Постагрогенные дерново-подзолистые почвы под лесом и лугом в Подмосковье: свойства, эволюция и элементы водного баланса Хохлов Сергей Федорович

Содержание к диссертации

Введение

Глава 1. Степень изученности агрогенных изменений дерново подзолистых почв и их постагрогенной эволюции (обзор литературы)... 6

1.1 История землепользования в Московской области 6

1.2. Современные представления о генезисе и свойствах дерново-подзолистых почв 8

1.3. Агрогенные изменения морфологических и химических свойств дерново-подзолистых почв и вопросы их классификации

1.4 Варианты постагрогенной эволюции дерново-подзолистых почв под разными фитоценозами 14

1.5 Цель работы 20

1.6 Конкретные задачи исследований 20

1.7 Предполагаемая научная новизна 21

1.8 Теоретическая и практическая значимость 21

1.9 Положения, выносимые на защиту 22

1.10 Степень достоверности и апробация результатов 23

Глава 2. Объекты и методы исследований 25

2.1. Общая характеристика территории объектов исследования 25

2.1.1. Геологическое строение 25

2.1.2. Рельеф 26

2.1.3. Почвообразующие породы 28

2.1.4. Климатические условия 30

2.1.5. Растительный покров 32

2.1.6. Почвенный покров и почвы

2.2. Характеристика ключевых участков 39

2.3. Методы исследования 44

Глава 3. Элементы водного баланса постагрогенных почв под лугом и лесом 47

3.1. Климатические особенности, определяющие соотношения элементов водного баланса почв 47

3.2. Образование и поступление воды в период снеготаяния 48

3.3. Снежный покров и его влияние

3.3.1. Скорость и продолжительность снеготаяния 51

3.3.2. Снежный покров и глубина промерзания/оттаивания почв

3.4 Расход общего запаса воды в период снеготаяния 54

3.5 Величины стоков в промерзшей и талой почве 59

3.6 Заключение 67

Глава 4. Морфологическая и аналитическая характеристики почв 69

4.1. Предложения по индексации морфологических признаков в диагностике почв

4.2. Агрогенные дерново-подзолистые почвы 70

4.3. Молодые постагрогенные дерново-подзолистые почвы под лесом и лугом. Ключевой участок Сареево

4.3.1. Морфология и характеристика постагрогенной толщи лесной площадки 74

4.3.2. Морфология и характеристика постагрогенной толщи луговой площадки 82

4.3.3. Сравнительный анализ морфологии постагрогенной толщи под лесом и лугом 89

4.3.4. Сравнительный анализ химических показателей свойств постагрогенной толщи лесной и луговой площадок 91

4.4. Постагрогенные дерново-подзолистые почвы длительного нахождения под лесом и лугом 92

4.4.1. Морфология и характеристика постагрогенной толщи под посадками ели 60-летнего возраста 92

4.4.2. Морфология и характеристика постагрогенной толщи под зарастающим лугом 60-летнего возраста 93

4.4.3. Сравнительный анализ химических показателей свойств постагрогенной толщи под 60-летними еловыми посадками и лугом 94

4.4.4. Морфологические и химические свойства постагрогенной толщи под посадками ели 100-летнего возраста 95

4.5. Дерново-подзолистые почвы под условно коренными лесами, морфологические и химические свойства 96

4.6. Хроноряды постагрогенной трансформации почв 99

4.7. Характер нижней границы постагрогенной толщи 103

4.8. Заключение 106

Глава 5. Проявление постагрогенной эволюции почв (обсуждение результатов) 110

Выводы 114

Список литературы

• Варианты постагрогенной эволюции дерново-подзолистых почв под разными фитоценозами
• Климатические условия
• Снежный покров и глубина промерзания/оттаивания почв
• Сравнительный анализ морфологии постагрогенной толщи под лесом и лугом

Введение к работе

Актуальность темы исследования

В связи с резким сокращением площади пахотных земель, достаточно остро встает вопрос о дальнейшем землепользовании постагрогенных почв, изменениях их свойств и возможностей их использования. Научно обоснованное решение этой проблемы невозможно без изучения трансформации постагрогенных почв - изменения строения и вещественного состава почв, а также протекающих в них процессов.

Для практических нужд культурного луговодства и лесоразведения необходимо изучение влияния луговой и лесной растительности на прежнюю пахотную почву. Важно знать направления и скорость изменения почв, возможности их обратной трансформации в ценные пахотные угодья, а также получение научно обоснованных решений о переводе измененной пашни в ту или иную категорию земель (сельскохозяйственное угодье, лесные или прочие земли).

Степень разработанности темы

Обзор литературных источников показывает, что на фоне значительной изученности свойств и устойчивости пахотных горизонтов дерново-подзолистых почв и формирующих их процессов, информация о постагрогенной трансформации бывшего пахотного горизонта относительно невелика, а иногда и противоречива. Отмечаемая всеми авторами однородность свойств пахотного горизонта объясняет выделение его как единого образования в классификации 1977 г (Апах - А пахотный) и более дифференцированно в классификации 2004/2008. В последнем случае для дерново-подзолистых почв предусмотрены два разных горизонта, измененных земледельческим использованием: Р - агрогумусовый и РВ (PC) агроабразионный.

Исследования постагрогенных изменений верхней части профиля почв выявили следующие не вполне ясные или дискуссионные вопросы:

1. Каким образом трансформируются агрогенные признаки в верхней части почвенного профиля после прекращения использования почвы под пашню?

2. В каком направлении изменяется водно-тепловой режим постагрогенной толщи, как важный компонент условий функционирования почвы и фитоценоза?

3. Каковы особенности гумусового профиля в почвах под разными фитоцено-зами лесовосстановительных сукцессии?

4. На каком этапе постагрогенной эволюции проявляются признаки оподзоли-вания под лесом и лугом?

5. Какие агрогенные признаки наиболее устойчивы во времени?

6. Достаточно ли существующих диагностических характеристик (в классификации почв России 2004/2008) для отражения постагрогенной эволюции дерново-подзолистых почв?

В работе исследованы условия функционирования и пути трансформации по-стагрогенных горизонтов в различных биогеоценозах, формирующихся и сформированных по бывшей пашне: косимый луг и посадки ели.

Цель исследования

Выявить основные тренды трансформации постагрогенных дерново-подзолистых почв под лесными и луговыми ценозами и особенности элементов их водного баланса.

Задачи исследования

1) На основании имеющихся картографических сведений и литературных мате
риалов выявить ареалы разновозрастных (от 20 до 100 лет) постагрогенных дерново-
подзолистых почв под лесными и луговыми фитоценозами в Подмосковье. В преде
лах выявленных ареалов провести полевые исследования с особым вниманием к со
хранившимся агрогенным и вновь сформированным морфологическим признакам.

2. Изучить особенности изменений элементов водного баланса и условий функционирования постагрогенных почв под развивающимися посадками ели и разнотравным косимым лугом на примере экспериментальных водно-балансовых площадок Подмосковной водно-балансовой станции на ключевом участке Сареево. Дать оценку свойств постагрогенных дерново-подзолистых почв в связи с гидротермическими показателями.

3. Провести детальный анализ изменений верхней части профиля дерново-подзолистых почв под косимым лугом и посадками ели на ранних стадиях постагрогенной эволюции с помощью комплекса морфологических методов исследования.

4. Изучить эволюцию морфологических свойств постагрогенной толщи под разновозрастными лесными и луговыми фитоценозами более поздних эволюционных стадий.

5. Представить эволюционный ряд постагрогенных почв по характеру строения постагрогенной толщи, используя различные сочетания морфологических признаков и генетических горизонтов в системе классификации почв России.

Научная новизна

На качественном и количественном уровнях дана оценка трансформации строения и свойств дерново-подзолистых почв, находящихся на начальных стадиях постагрогеннои эволюции под различными искусственными фитоценозами, а также уточнена диагностика постагрогенных дерново-подзолистых почв более поздних стадий развития фитоценозов. Впервые предпринята попытка установить связь вновь приобретенных постагрогенных свойств дерново-подзолистых почв с элементами водного баланса.

Теоретическая и практическая значимость работы

Теоретическая значимость исследования заключается в расширении и углублении представлений о влиянии лесных и луговых фитоценозов на почвообразовательные процессы и их проявления в свойствах почв в течение длительного времени, начиная с нуль-момента. Показана роль развивающихся лесопосадок в изменении соотношения стоков воды в ранневесенний период в сравнении с лугом. Дана оценка отражения результата выявленных почвообразовательных процессов в классификации почв России.

Результаты исследования постагрогенных дерново-подзолистых почв могут быть использованы в практических целях при разработке мероприятий по рациональному природопользованию, мониторинге земель в южно-таежной зоне, специальных исследованиях постагрогенных почв - на экспериментальных участках и при составлении детальных (крупномасштабных) почвенных карт.

Положения, выносимые на защиту

1. В течение первых 20 лет существования постагрогеннои почвы под посадками ели и лугом создаются разные условия функционирования, что отражается на водно-физических и морфологических свойствах почв. Под елью почвы «холоднее» и глубже промерзают по сравнению с лугом; в них больше объем впитывания воды с поверхности, как в талом, так и мерзлом состояниях. Сквозь постагрогенную толщу лесной почвы фильтруется примерно в 1,3 раза больше воды, чем сквозь толщу почвы под лугом.

2. Основные морфологические преобразования, физические и химические изменения в постагрогеннои толще отчетливо проявляются спустя 20-25 лет. На лугу под влиянием развитой корневой системы трав формируется серогумусовый (дерновый) горизонт мощностью около 10 см. Под лесом преобразования охватывают всю постагрогенную толщу, появляются грубогумусовый, гумусовый и элювиальный горизонты. В элювиальном горизонте отмечаются слабые признаки альфегумусовой дифференциации. Со временем в лесных биогеоценозах развиваются естественные

признаки лесных почв, однако нижняя граница агрогоризонта в профиле почв сохраняется, по крайней мере, в течение 100 лет.

3. В возрастном ряду постагрогенных почв от нуль-момента до 100 лет выявлены эволюционные тренды, обусловленные влиянием трех растительных сообществ: лесных хвойного, смешанного, и лугового. Выявленные тренды отражаются в составе генетических горизонтов и временных генетических признаков.

4. В рамках классификации почв России (2004, 2008) сукцессионные ряды постагрогенных почв отображаются в формировании диагностических и переходных горизонтов, а также в обязательном присутствии признака (ра). Предложены дополнительные «временные» признаки, отсутствующие в классификации почв России, а также предложения к диагностике агрогенных и постагрогенных дерново-подзолистых.

Степень достоверности и апробация результатов

Достоверность полученных результатов обеспечивалась методически обоснованными целями и задачами и непосредственно характером проводимых исследований; использовалась система адекватных и взаимодополняющих методов, а также обширные литературные материалы, не противоречащие полученным результатам.

Основные положения по теме диссертации докладывались на заседаниях ученого совета и отдела генезиса, географии, классификации и цифровой картографии почв Почвенного института им. В.В. Докучаева; результаты исследований были представлены в материалах научных конференций и съездов: Материалы IV съезда Доку-чаевского Общества Почвоведов (Новосибирск, 2004), 18^th World Congress of Soil Science (Philadelphia, Pennsylvania, USA 2006), материалы Всероссийской научно-практической конференции «Агроэкологическое состояние и перспективы использования земель России, выбывших из активного сельскохозяйственного оборота.»; в научном отчете РФФИ № 03-04-48285-а «Постагрогенные почвы лесной зоны Европейской России: эволюция, диагностика, классификация», а также изложены в трех статьях в научных журналах, рекомендуемых ВАК.

Благодарности

Автор глубоко признателен научному руководителю - доктору биологических наук, профессору М.И. Герасимовой за консультации и всестороннюю помощь на каждом этапе работы; научному руководителю - доктору сельскохозяйственных наук В.Д. Тонконогову за идею и постановку темы и кандидату сельскохозяйственных наук Г.С. Базыкиной за помощь в использовании и интерпретации гидрологических

данных, Е.Б. Скворцовой за постоянную помощь и консультации по описанию и анализу физических свойств почв.

Структура и объем диссертационной работы.

Работа состоит из введения, 5 глав, выводов, библиографического списка литературы из 131 источников и, 3 приложений. Работа изложена на 154 страницах машинописного текста.

Варианты постагрогенной эволюции дерново-подзолистых почв под разными фитоценозами

Вопросам трансформации дерново-подзолистых почв в результате первичной распашки, различных гидротехнических мелиорации, окультуривания и классификации посвящено большое количество исследований [116; 35; 36; 76; 77]. Именно в дерново-подзолистых почвах отчетливо прослеживаются результаты агрогенных воздействий - нарушение залегания и целостности исходных горизонтов, их перемешивание, включение в агрогоризонт контрастных по свойствам морфонов элювиального и текстурного горизонтов, сохранение фрагментов серогумусового (дернового), а также появление темного гумусированного агрогоризонта Р над светлым горизонтом EL или BEL в окультуренных почвах. Последнее явление послужило причиной некоторого противопоставления культурного «дернового» процесса, как результата разумных действий человека, «разрушающим» элювиальным природным процессам, обусловленных кислотной агрессией продуктов разложения хвойного опада в сочетании с промывным водным режимом, т.е. оподзоливанием [59; 60]. Именно этот подход заложен в разделение дерново-подзолистых почв по степени окультуренности [64; 65; 35; 36].

На агрогенную эволюцию дерново-подзолистых почв, как комплексный почвообразовательный процесс, обратил пристальное внимание В.Д. Тонконогов, что нашло отражение в статьях посвященных этой проблеме современности [113; 111].

НА. Караваева [42], разделяя и развивая идеи агрогенной эволюции, выделила для дерново-подзолистых почв два ее типа, получивших наибольшее распространение на Восточно-Европейской равнине: природоподобная — в условиях низкой агротехники, и аккумулятивная (улучшающая) — в оптимальных условиях. При природ оподобной эволюции определяющими элементарными почвенными процессами (ЭПП) в профиле являются лессиваж, партлювация, Al-Fe-гумусовая миграция, конкрециеобразование, выщелачивание, обесструктуривание. Большинство этих ЭПП в агропочвах по сравнению с природными выражены сильнее, т.е. их проявления можно рассматривать как признаки развивающей (по Таргульяну) эволюции. При традиционном или «дефицитном» земледелии могут возникать: подплужное уплотнение из-за несвоевременной или нерациональной работы сельскохозяйственной техники, транзитное иллювиирование ила и суспензий, образование конкреций у плужной подошвы и другие явления. Они создают потенциальную возможность появления достаточно устойчивого оглеения в пахотном слое, т.е. способствуют развитию трансформирующего типа эволюции.

При аккумулятивной эволюции возникают или существенно усиливаются ЭПП аккумуляции гумуса и питательных элементов, оструктуривания, гомогенизации почвенной массы, нейтрализация кислотности; создается новый аккумулятивно-гумусовый агрогоризонт Р большой мощности.

Позднее центральным объектом детального изучения стали агрогоризонты дерново-подзолистых почв [37; 38; 40; 41; 61; 62]. Прежние представления о гомогенности пахотных горизонтов оказались не совсем верными. В горизонтах выявили признаки вертикальной дифференциации и неоднородности на уровне отдельных морфонов. Морфоны представляют собой молодые агрогоризонты (до 5-7 лет), где различимы элементы прежнего серогумусового и элювиального горизонта, сохранившихся хуже, а также горизонтов BEL или ВТ, которые ясно выделяются бурым цветом, компактным сложением и формой агрегатов -блоковых или ореховатых. Все эти варианты нашли отражение в классификации и диагностике почв России, где для молодых агрогоризонтов дан квалификатор -турбационный признак агрогетерогенный (agr); а для почв, где в нижней части агрогоризонта ясно выделяются фрагменты припаханного ВТ - турбационный признак агроабрадированный (pb).

Вертикальная дифференциация агрогоризонтов заключалась в выявлении в них 3 частей: верхней - рыхлой, неустойчивой, регулярно подвергающейся механическому перемешиванию, средней - элювиальной, где в течение вегетационного периода идут процессы выноса тонких частиц, и нижнейплужной подошве, иллювиальной и слабо глееватой [40]. Очевидно, что во всех трех случаях агрогенныи горизонт состоит из разного материала и различается по своим физико-химическим свойствам.

Еще одним направлением в исследованиях агрогоризонтов можно считать попытки их типизации. Группировка агрогоризонтов может иметь как достаточно общий характер, исходить из теоретических представлений о соотношениях природных и антропогенных процессов и, в известной мере, отражать степень окультуренности [38], так и более предметный, т.е. опираться на комплекс свойств, преимущественно морфологических. Примером последней является группировка, предложенная М.И. Герасимовой для почв юго-западной части Московской области [31]. Были выделены следующие варианты агрогоризонтов: обычный, зоогенный, деградированный, со вторым гумусовым горизонтом, намытый, а также бурый и реградированный; они отражали реальное разнообразие почв полей традиционного земледелия. Сочетание обоих подходов имеет место еще в одной группировке Н.А. Караваевой с соавторами [38], различающих следующие классы горизонтов: типичные, оптимизированные, кумулятивные и абрадированные, каждый из которых обладает не только определенным комплексом морфологических и химических свойств, потенциальных критериев более детального разделения. По мнению авторов статьи, эта система представлений универсальна, т.е. может быть использована для агрогенных почв разных природных зон [38].

Распашка естественных дерново-подзолистых почв и их использование в традиционной системе земледелия или окультуривание приводят к созданию измененных почв, которые имеют новое строение профиля. В соответствии с принципами субстантивно-генетической классификации, почвы с определенным набором диагностических горизонтов классифицируются как типы. Следовательно, дерново-подзолистые почвы, в которых имеется новый пахотный горизонт, представляют собой другой тип почв соответствующий набору горизонтов в профиле (рис. 1). В агрогоризонт обычно бывают вовлечены горизонты AY, EL и BEL (частично), иногда припахивается верхняя часть горизонта ВТ или он в основном состоит из припаханного горизонта ВТ. Как правило, серогумусовый горизонт полностью включается в агрогоризонт; в несмытых и слабосмытых почвах в него также входит горизонт EL, хотя нередко под агрогоризонтом можно выделить его «остатки». Сохранение части элювиального EL горизонта возможно при минимальном развитии эрозии и/или в областях аккумуляции (местных понижениях, уступах на пологих склонах, нижних частях вогнутых склонов), в полевых севооборотах, а также при повышенной мощности горизонтов AY и EL или наличии переходного (недиагностического) горизонта AYEL.

Климатические условия

С момента снеготаяния начинает формироваться боковой сток талых вод по уклону местности, величина которого зависит от ОЗВ, темпов снеготаяния, глубины промерзания и оттаивания, увлажненности и фильтрационной способности почв. В целом за весь период наблюдений суммарный боковой сток на площадке под лугом был больше. Его доля от ОЗВ в отдельные годы доходила до 83 % и даже до 95 % в 1999 г., тогда как под посадками ели она не превышала 65 %.

В первую половину периода наблюдений с 1981 г. до 1989 г., сток на лугу обычно не превышал 12 % по относительным показателям от ОЗВ или 28 мм по абсолютным значениям (рис. 3.6.). Позже эта разница в некоторые годы составляла до 65 % ОЗВ (111 мм по абсолютным значениям).

Рассмотрим отдельно поверхностный (рис. 3.7) и внутрипочвенный (рис. 3.8) стоки и вклад каждого из них в общий (суммарный) боковой сток. Данные получены на стоковых площадках ПВБС. В первый период (1981-1987 гг.) когда высота саженцев ели не превышала полуметра, величины стоков на обеих площадках были близкими. В 1987 г., когда деревья подросли, поверхностный сток на площадке под лугом стал относительно больше. С 1993 г. закономерности в распределении поверхностного стока стали неопределенными.

Логично было бы предположить, что максимумы поверхностного стока относятся к годам с экстремально большим запасом воды в снеге (см. рис. 3.2 а), однако это не так. Высокие значения поверхностного стока часто приходятся на годы с малыми запасами воды в снеге. Сравнительный анализ составляющих водного баланса позволил заключить, что максимальный поверхностный сток соответствует годам, когда снеготаяние заканчивалось раньше оттаивания почвы (табл. 3.2). Например, в 1998 г. величина поверхностного стока под лесом была выше, чем под лугом, хотя снега под лесом почти не было. Под лугом снеготаяние проходило по талой почве, а под лесом по промерзшей до 1 м. Поверхностный сток сформировали запасы воды в снеге (22 мм) и ливневые дожди (161 мм).

Как указывалось выше, в процессе роста ели в посадках менялись мощность снежного покрова, запас воды в снеге, температурный режим почв, что отразилось на глубине промерзания почв, времени оттаивания и различиях в величине поверхностного стока под лугом и лесом.

Внутрипочвенный сток представляет собой стекание гравитационной воды из временных зон насыщения в почве, когда скорость просачивания в более глубокие горизонты ниже скорости стекания. Внутрипочвенный сток в профиле дерново-подзолистых почв в период снеготаяния формируется над текстурным горизонтом (ВТ), а при наличии неоттаявшего мерзлого слоя над ним. В целом, объем внутрипочвенного стока в течение всего периода наблюдений был больше под лугом (рис. 3.8). В начальный период (1981-1988 гг.) разница была незначительной - не более 15 мм, или 7-10 % от ОЗВ, а начиная с 1990 по 2003 г. разница в объемах стока была значительно больше -от 25 до 70 мм, или до 40 % от ОЗВ. 120 т

На основании сведений о величине суммарного бокового стока и его динамике по мере роста ели, рассчитаем по разности ОЗВ и величине бокового стока, какое количество воды может просочиться в почвенный профиль, т.е. величину инфильтрации на разных площадках (рис. 3.9).

Как и в предыдущих оценках стока, различия между площадками на ранних этапах (1981-1987 гг.) невелики, но инфильтрационный сток под лесом изначально был немного больше (рис. 3.9). Это незначительное превышение инфильтрации под посадками ели в первые годы их существования можно объяснить наличием свежих засыпанных ямок под саженцами, через которые вода быстро просачивалась в почву. Позднее, по мере роста саженцев (1988-1992 гг. и до 2003 г.) отмечается постоянное превышение инфильтрационного стока под лесом по отношению к лугу. Следует отметить, что в конце периода наблюдений его величина в абсолютных значениях под лугом выше (верхний график рис. 3.6), что объясняется большими запасами воды в снеге по сравнению с ее запасами в лесу.

Итак, рассмотрев динамику запасов воды и изменения основных статей расхода в виде бокового стока и инфильтрации воды в период от начала снеготаяния до окончания половодья, подведем итоги по отдельным этапам.

На начальном этапе наблюдений (1981-1986 гг.) высота снежного покрова и промерзание почв и объемы поверхностного стока на обоих участках были почти равными, а внутрипочвенный сток под лугом был несколько больше (табл. 3.1).

В следующий период (1987-1991 гг.) ОЗВ в среднем под лесом был равен 199 мм, под лугом - 169 мм, снегонакопление в лесу было больше, чем под лугом, но почвы под лесом промерзали глубже. Поверхностный и внутрипочвенный сток в посадках был меньше. Суммарный боковой сток под лугом в среднем составлял 49 %, под лесом он был почти вдвое меньше - 29 %. Таким образом, талые воды под лесом достаточно полно впитывались в почву, и величина инфильтрации в среднем составляла 71 %, а под лугом 51 % (табл. 3.1).

На этапе уплотнения посадок (стадия жердняка, 1992-1995 гг.) ОЗВ в среднем на площадке под лесом был равным 179 мм, под лугом - 180 мм. Суммарный боковой сток под лугом составлял 70 %, под лесом всего 42 %. Как и на предыдущем этапе, величина инфильтрации под лесом была больше и составляла 58 %, под лугом - 30 % (табл. 3.1).

В дальнейшем (1996-2003 гг.) посадки ели стали настолько густыми, что снега стало накапливаться еще меньше, почвы намного глубже промерзали, чем почвы под лугом (рис. 3.5). ОЗВ в среднем на площадке под лесом составлял 112 мм, под лугом - 176 мм, т.е. в 1,6 раза меньше. Боковой сток под лесом стал в 1,7 раза меньше чем под лугом (58 % под лугом против 28 % под лесом), а инфильтрация сохранялась относительно высокой - 72 %, под лугом 42 % (табл. 3.1).

Чтобы разобраться, насколько различны водно-физические свойства сравниваемых почв под лугом и лесом необходимо «избавиться» от фактора мерзлоты, которая служит экраном для инфильтрационного стока талой воды («термогидродинамический геохимический барьер» [86]). В нашем распоряжении имеются материалы регулярных измерений глубины верхней и нижней границы промерзания почв с 1981 по 2003 год, и по этим материалам были выявлены годы, когда снеготаяние проходило по мерзлой и по талой почве. Достоверно известно, что весной в 8 случаях снеготаяние начиналось по талой почве и в 10 случаях по мерзлой почве: результаты этой оценки сведены в таблицу 3.2, и на ее основе построены графики - рис. 3.11 и рис. 3.12.

Снежный покров и глубина промерзания/оттаивания почв

Постагрогенная толща под 60-летним лугом характеризуются слабокислой реакцией в гумусовом горизонте (рНВ0Д. = 5,2), в нижней части постагрогенной толщи значение кислотности незначительно понижается (рНВ0Д. = 5,4). Характер распределения суммы обменных оснований в постагрогенной толщи такой же, как в рассмотренных выше почвах: самое высокое значение в гумусовом горизонте (11,7 смоль/кг.і), а самые низкие значения непосредственно под гумусовым горизонтом (6,2 смоль/кг.і). Ближе к границе с естественным горизонтом их содержание незначительно увеличивается. Отмечается относительно повышенное содержание Mg в гумусовом горизонте (1,8 смоль/кг). Содержание гумуса в гумусовом горизонте равно 4,2 %.

Содержание дитионит-растворимого железа в постагрогенной толще колеблется в диапазоне 0,7-1,1, оксалаторастворимого 0,4-0,6%. Во всех постагрогенных почвах содержание оксалат- и дитионит-растворимого железа постоянно и обнаруживает незначительный рост того и другого на 0,1 % в слое 4-20 см, а на лугу только дитионит-растворимого железа на глубине 17-25 см.

Морфология и химические показатели свойств постагрогенной толщи под посадками ели с примесью сосны 100-летнего возраста

Постагрогенные дерново-подзолистые почвы под 100-летними искусственными сосняками с елью по бывшей пашне изучались в квартале 49 Малинского лесничества Подольского лесхоза рядом с Биогеоценологической станцией "Малинки" Института проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН (Приложение В). Возраст устанавливался по материалам лесоустройства и хозяйственным описаниям имений XVIII—XIX вв. и известен из устных сообщений.

Исследованы мертвопокровная и широкотравная парцеллы в сосново-еловых посадках, в целом сходных с типами леса 60-летнего возраста. Общая формула строения постагрогенной толщи не изменилась:AY-AY/ELpa-ELpa, однако существенно изменились свойства гумусового горизонта, который стал неоднородным, как по мощности, так по структуре и плотности. В сравнении с 60 летними посадками отмечается легкое осветление в нижней части постагрогенной толщи (AY/ELpa-EL), а горизонт ELpa палевого цвета без оттенков бурого или серого. Помимо этого, в пределах постагрогенной толщи в сосново-еловой широкотравной парцелле обнаружено несколько кротовых нор, а ниже в горизонте BEL описаны кротовины с материалом из постагрогенной толщи.

Так же как и в 60-летних посадках, в нижней части постагрогенной толщи 100-летнего ельника реакция среды слабокислая (рНВ0Д. =4,8) и наименьшее содержание обменных оснований непосредственно под гумусовым горизонтом. Близкие результаты были получены О.Ю. Барановой и др. [19] (Приложение Б, табл. Б2 и БЗ) при исследовании почв под 100-летними искусственно посаженными сосняками с елью по бывшей пашне в соседних кварталах этого же лесничества. Содержание дитионит-растворимого железо во всей постагрогенной толщи составляет 1,0%, оксалаторастворимое в гумусовом горизонте (0-5 см) -0,5 %, а в остальной части 0,6 %. Коэффициент Швертмана соответственно 0,4-0,5.

В качестве условно-коренного (фонового) леса рассматривались широкотравный дубово-елово-березовый (Р14) и елово-березовый (Р1) леса в Сареево, ельник кисличник (ТІ 8) в Зеленоградском и ель ник-кисличник (фон) в Малинках (Приложение A3). Сведения о фоновом лесе в Малинках взяты из материалов статьи О.Ю.Барановой с соавт. [19]. Разрезы в фоновых лесах Сареево заложены в Звенигородском лесхозе Пионерского лесничества в кварталах 96, 97, которые по материалам Лесного плана Московской области (Приложение В) обозначаются как спелые и перестойные с преобладанием березы. На Зеленоградском ключевом участке разрезы заложены в Правдинском ЛХТ Алешкинского лесничества в квартале 132 и обозначается как приспевающий лес с преобладанием ели. В Малинках фоновый ельник-кисличник исследовался в Малинском лесничестве Подольского лесхоза. Все условно-коренные (фоновые) леса, под которыми изучались почвы, представляют собой естественные биогеоценозы, длительное время существовавшие как лесные. В почвах под этими лесами отсутствуют признаки былой распашки, и профиль содержит набор горизонтов характерный для дерново-подзолистых почв.

В общих чертах сравниваемые горизонты отличаются друг от друга структурным состоянием в верхней части профиля до текстурного ВТ горизонта [92]. Структура гумусовых горизонтов обусловлена большим количеством копролитов, размеры которых сильно отличается (рисунок 4.8 а, б, в, г) в сравниваемых разрезах: в гумусовом горизонте елово-березового леса (Р1) копролиты 5 мм и соответствующая его размеру комковатая структура, а в дубово-елово-березовом лесу (Р14) копролиты 1,4 мм и соответствующая мелкокомковатая структура гумусового горизонта. С глубиной копролиты все больше теряют свою форму ассимилируясь в почвенную массу (рисунок 4.8 Э, е, ж, з), наиболее выражено в горизонтах разреза Р1, тем самым горизонты уплотняются и структура становится все более массивной. В разрезе Р14 с глубины 10 см в структуре появляются элементы плитчатости, которые с глубиной усиливаются и в горизонте EL и верхней части горизонта BEL диагностируется хорошо выраженная плитчатая структура (рисунок 4.8 к,м).

Сравнительный анализ морфологии постагрогенной толщи под лесом и лугом

С момента прекращения пахоты и появления на пашне естественной или искусственной растительности изменяются условия функционирования почвы, в соответствии с которыми формируется комплекс процессов, приводящих к изменению (трансформации) бывшей пахотной толщи.

Изучались изменения элементов водного баланса почв и условий их функционирования в процессе роста посадок ели (лес) в сравнении с лугом за 23-летний период. Исследовалось влияние луга и посадок ели на изменения химических, физических свойств и морфологии постагрогенной толщи в возрастном ряду: под лугом до 60 лет и посадками ели до 100 лет.

За 23 года в процессе роста посадок ели менялся микроклимат, что отразилось в общем понижении среднегодовой температуры приземного слоя воздуха и поверхности почв. Понижение температуры вызвано уменьшением потока прямых солнечных лучей попадающих на дневную поверхность почв, которые частично проходят сквозь образовавшийся лесной полог посадок ели, а в холодный период - уменьшением мощности снежного покрова, снижающего влияние отрицательных температур воздуха на почву.

Неглубокая корневая система ели способствует разрыхлению корнеобитаемого слоя, а процессы замерзания/оттаивания вносят свой вклад в разуплотнение постагрогенной толщи. В результате, под елью постагрогенная толща имеет лучшие инфильтрационные показатели по сравнению с постагрогенной толщей под лугом. Кроме того, меньшая скорость снеготаяния под пологом ели по сравнению с лугом способствует уменьшению бокового стока.

Анализ морфологии горизонтов профиля постагрогенной толщи под лугом и лесом в возрастном ряду показал, что за 23 года произошли существенные изменения отличающие их. Эти изменения отражают специфику влияния растительности на почву и определяют современные процессы почвообразования.

На лугу под влиянием корневой системы трав преобразовалась верхняя часть (0-10 см) постагрогенной толщи с формированием гумусового горизонта. Под лесом преобразования произошли на всю глубину постагрогенной толщи с появлением грубогумусового и элювиального горизонтов. В элювиальном горизонте в нижней части постагрогенной толщи почвы под лесом более «морозные условия» функционирования привели к развитию хорошо выраженной плитчатой структуры, включающей в молодых почвах прежние биогенные микроструктуры. В элювиальном горизонте можно обнаружить слабые признаки текстурной дифференциации (дифференциация верхних и нижних поверхностей плиток). Дальнейшее развитие фитоценозов не приводит к значительным изменениям морфологии формирующегося профиля постагрогенной толщи.

Наиболее устойчивым признаком прежнего агрогенного этапа эволюции почвы оказывается характер нижней границы постагрогенной толщи, который остается достаточно отчетливым даже в столетних лесных почвах.

Полученные заключения в целом согласуются с имеющимися в литературе представлениями и подтверждаются результатами режимных наблюдений.

Выявленные различия в весенних стоках и почвообразовательных процессах подтверждаются различиями в химических и физико-химических свойствах постагрогенных почв разных фитоценозов. Верхние горизонты лесных почв устойчиво характеризуются более кислой реакцией рНВ0ДН = 5,0, под лугом -6,2, большим содержанием обменного водорода (1,2 и 0,2 смоль /кг, соответственно) и меньшим - обменных оснований (9 и 12 смоль /кг). Гумусовый профиль почв под лугом характеризуется равномерным убыванием книзу, а под лесом имеется резкий перегиб; содержание гумуса в верхней части бывшего агрогоризонта закономерно меньше под лесом 1,8%, чем под лугом 4,3.

Перечисленные свойства, имеющие малые характерные времена, отражают специфику современных почвенных процессов в сравниваемых биоценозах.

Однако небольшая продолжительность существования выявленных проявлений постагрогенной трансформации является известным ограничением для их отражения в субстантивно-генетической классификации. Проведенное исследование позволяет остановиться на трех группах явлений, которые целесообразно обсудить в рамках классификации почв России (2004 и 2008 гг.). 1. При описании почв разных стадий постагрогенной эволюции были введены обозначения для новообразованных горизонтов и важных или новых признаков, выделяемых в профиле бывшего пахотного слоя: AY, AYfmc, AYzcp, AYfr, AY/ELfmc, AY/ELzcp, AY/ELpa, ELpa, Pel, Ppa и т.п. Были идентифицированы и охарактеризованы новые серогумусовые и элювиальный горизонты - AY и EL, переходные образования - AY/EL, и измененные постпахотные горизонты - Р с дополнительными генетическими признаками (el, pa), имеющиеся в классификации. Наряду с этими горизонтами и признаками, предложены следующие, связанные с растительностью (f) и с почвенными животными (z): fr-(root) большое количество корней травянистой растительности, образующие дернину; fine - (mycelium) обильный грибной мицелий, который в силу своих особенностей «осветляет» горизонт, иногда создавая в профиле видимость признаков элювиального или подзолистого. Предположительно способствует фиксации и консервации результатов жизнедеятельности почвенных животных. zep - (coprolites) присутствие большого количества экскрементов преимущественно дождевых червей, которые определяют структуру почвы; zkr - (krotovina) наличие кротовин в горизонте. Перечисленные признаки, используемые в работе и введенные для диагностики различных особенностей горизонтов в постагрогенной толще не являются подтиповыми признаками в системе Классификации почв России, поэтому предлагается включить их в приложение, которое целесообразно использовать как дополнительный материал для прикладных классификационных разработок и т.п.