Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Постагрогенная трансформация дерново-подзолистых почв 6
Глава 2. Природные условия района исследования 22
2.1 Климат 22
2.2 Рельеф... 24
2.3 Почвообразующие породы 26
2.4 Растительность 28.
2.5 Почвенный покров 29
Глава 3. Объекты и методы исследования 31
Глава 4. Результаты и обсуждение 48
4.1 Флористический состав растительных сообществ 48
4.2 Динамика запасов надземной и подземной биомассы травяно-кустарничкового яруса 52
4.3 Физические и физико-химические свойства почв
4.3.1 Плотность сложения 55
4.3.2 Гранулометрический состав почв 58
4.3.3 Кислотно-основные свойства почв 62
4.4 Органическое вещество почв 66
4.4.1 Водорастворимое органическое вещество 73
4.4.2 Групповой и фракционный состав гумуса
4.5 Эмиссия почвой углекислого газа 85
4.6 Динамика запасов углерода в почвах и растительности постагрогенных ландшафтов южной тайги 89
Выводы.. 92
Литература...
- Почвообразующие породы
- Почвенный покров
- Динамика запасов надземной и подземной биомассы травяно-кустарничкового яруса
- Групповой и фракционный состав гумуса
Введение к работе
Актуальность темы. Почвы играют важную роль в углеродном обмене между наземными экосистемами и атмосферой, как источник и сток парниковых газов, ответственных за изменение климата планеты. Даже относительно небольшое изменение в динамике органического вещества почв может значительно повлиять на уровень углекислого газа в атмосфере. В связи с экономическим кризисом начала 90-х годов XX столетия более одной четверти сельскохозяйственных земель Российской Федерации было заброшено. Только в 1990-1995 гг. их площадь сократилась на 34 млн. гектаров [Панкова, 2000]. На месте агроценозов возникают новые, постагрогенные фитоценозы, характеризующиеся совершенно другим составом и структурой растительности. Наряду с прекращением сельскохозяйственных мероприятий, новые фитоценозы играют существенную роль в постагрогенной трансформации почв, приводя к изменению морфологических, химических и микробиологических свойств почв, не столь отчетливому, как динамика растительности, но всегда имеющему место [Хохлов, 2004]. В таежной зоне это особенно актуально, так как через определенное время на залежи происходит формирование лесных сообществ, меняющих характер почвообразования и экологические функции почв. Это очень важно для биогеохимического цикла углерода в отдельных ландшафтах и в биосфере в целом, поскольку бореальные леса являются нетто-стоком углерода атмосферы [Кобак, 1993; Collins at al., 2000]. Поэтому важной научной проблемой является количественная оценка изменения запасов органического вещества почв в результате изменения характера землепользования.
Изучением трансформации почв при их выводе из сельскохозяйственного использования занимались многие исследователи, однако до сих пор нет единого мнения о направленности изменений химических свойств почв постагрогенных ландшафтов. Не получили адекватной оценки изменения запасов органического вещества почв и биомассы растительных сообществ. Поэтому в настоящее время вопрос об изменениях запасов углерода в почвах и биомассе растительных сообществ постагрогенных ландшафтов является весьма актуальным.
Цель настоящей работы - оценить изменения запасов углерода в почвах и растительности на различных стадиях постагрогенной сукцессии в южной тайге. В задачи исследования входит оценить:
-
Флористический состав растительных сообществ на разных стадиях лесовосстановительной сукцессии;
-
Изменение запасов надземной и подземной биомассы в процессе постагрогенной сукцессии;
-
Изменение некоторых показателей гумусного состояния почв;
-
Динамику эмиссии почвой углекислого газа как одного из показателей микробиологической активности;
5. Изменения запасов углерода в почвах и растительности в разных блоках биогеоценоза на различных стадиях постагрогенной сукцессии.
Научная новизна работы Выявлены особенности динамики различных фракций фитомассы в ходе постагрогенного лесовосстановления. Впервые получены данные по постагрогенной динамике содержания и запаса водорастворимого углерода. Получены оценки изменения запасов углерода в почве и разных компонентах растительного покрова покрове в ходе постагрогенных сукцессии в ландшафтах таежной зоны.
Практическая значимость. Полученные данные могут быть полезны для прогнозов баланса углерода в постагрогенных экосистемах в результате лесовосстановительной сукцессии. Кроме того, результаты исследования динамики физико-химических и химических свойств почв в ходе постагрогенной эволюции могут иметь практическое применение для оценки земель, в частности, при проблемах отнесения постагрогенных территорий к сельскохозяйственному или лесному фонду, т.е. могут быть применены при рациональном подходе к использованию залежных земель.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были представлены на международных научных конференциях: «География продуктивности и биогеохимического круговорота наземных ландшафтов: к 100-летию проф. Н.И. Базилевич» (Пушино, 2010), «Современные проблемы генезиса, географии и картографии почв» (Томск, 2011), «Ломоносов-2011» (Москва, 2011). Материалы исследований по теме диссертации докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры общего почвоведения факультета почвоведения МГУ.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 5 работ, из них 1 статья в журнале.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов, списка литературы, включающего 224 источника, из них 30 иностранных, и приложений. Работа изложена на 148 страницах, содержит 61 таблицу, 56 рисунков.
Почвообразующие породы
Эти же авторы отмечают, что за 20 лет нахождения в залежи агрохимические свойства исследуемой почвы (Ленинградская область) ухудшились. Так, содержание гумуса в окультуренной почве составляло 3,8%, а при переходе в залежное состояние -снизилось до 3,58%. Уменьшилась степень насыщенности почв основаниями, возросла почвенная кислотность, резко снизилось содержание элементов питания, что связанно с отсутствием поступления их с удобрениями, вымыванием ряда элементов с фильтрующими водами и отчуждением при сенокосном использовании. Как отмечают авторы, гумусовое состояние почв, находящихся под многолетней травянистой растительностью, оценивается в литературе неоднозначно. Широко распространенно мнение, что оно стабильно и характеризуется практически бездефицитным балансом гумуса. Однако многолетние мониторинговые исследования позволили установить, что только первые 3 года после прекращения применения удобрений содержание и состав гумуса улучшенного сенокоса оставались стабильными. В дальнейшем выявлены статистически достоверные негативные изменения содержания и состава гумуса, связанные с прекращением антропогенного воздействия. Исследования авторов свидетельствуют о резкой дифференциации бывшего пахотного слоя по содержанию гумуса. Если в слое 3-15 см существенных изменений не происходило, то в слое 16-25 см его содержание снизилось в 2 раза и составило всего 1,88%. Подобное явление следует рассматривать как негативное, так как при распашке почвы в слое 0-25 см неизбежно снизятся содержание и запасы гумуса. Лабильная часть гумуса - наиболее доступный источник питания растений азотом, поэтому при прекращении антропогенного воздействия изменения, в первую очередь коснулись этой группы гумусовых кислот. Скрытая деградация гумусового состояния почв связана с уменьшением содержания водорастворимых фракций гумусовых веществ, ослаблением связи гумусовых кислот с глинистыми минералами и снижением оптической плотности [Литвинович и др., 2002].
Изменение агрохимических свойств почв в результате выхода их из сельскохозяйственного использования происходит и на однородных породах. Сравнительные исследования свойств палевых дерново-подзолистых почв на лессовидном суглинке под дубово-еловым лесом, сосново-лиственничным лесом 30-летнего возраста по бывшей пашне и на залежи [Алейникова, 1975] показали, что почвы под 30-летним сосново-лиственничным лесом сохраняет бывший пахотный горизонт и отличается более высокой аэрацией и низкой степенью влагообеспеченности по сравнению с почвами залежи и коренного дубово-елового леса.
Как свидетельствую! данные С.Ф. Сушкова [1974], свойства пахотных почв на бедных песчаных и флювиогляциальных отложениях, оставленных в залежь изменяются быстрее, чем свойства почв на суглинках и двучленных породах.
Таким образом, скорость и степень изменения бывших пахотных почв при их зарастании определяются не только продолжительностью нахождения в залежи или срокам повторного залесения и типом биоценоза, но и типом подстилающей породы.
Некоторые исследователи отмечают изменение почвенных свойств под луговой растительностью.
Активное возобновление древостоя, в основном через мелколиственные породы (березу, осину) происходит в течение первых 10 лет после снятия антропогенной нагрузки. Луга, развитые на слабоокультуренных подзолистых почвах, при продолжении сенокошения не зарастают, а некосимые луга зарастают, как минимум, через 40 лет. Антропогенные изменения в старопахотных почвах оказались столь глубоки, что они до сих пор контролируют растительный сукцессионый ряд. Показано, что и для подзола, и для старопахотной почвы свойственны довольно низкие значения солевого и водного рН. Однако для пахотного горизонта разница между солевым и водным показателем минимальна, что свидетельствует о высокой буферности почвы [Кузнецов, 2003]. В более ранних работах отмечалось, что в дерново-подзолистых почвах под суходольной растительностью увеличивается мощность гумусового горизонта, и он обогащается элементами питания. Вопрос же о степени затухания подзолистого и дернового процессов, а также о характерных чертах последнего в этих почвах остается открытым. Длительное воздействие на дерново-подзолистые почвы суходольной травянистой растительности в условиях водораздельных, хорошо дренируемых территорий, не приводит к накоплению в них гумуса и не изменяет характер гумусообразования. В составе гумуса под травянистой растительностью лишь несколько возрастает относительная роль гуминовых кислот, но преобладающее значение имеют фульвокислоты, а среди последних - свободные и подвижные формы. Значительно более существенное влияние, по мнению автора, оказывает луговая растительность на биологическую аккумуляцию поглощенных оснований. Наиболее интенсивный вынос Са и Mg из верхней полуметровой толщи происходит в почве леса. Под суходольной травянистой растительностью, благодаря интенсивной биологической аккумуляции, вынос оснований заметно снижен как в гумусовом, так и в подзолистом горизонте. Автор считает, что под суходольными злаково-разнотравными лугами в дерново-подзолистых почвах развиваются два процесса - подзолистый и дерновый [Короткое, 1960].
При смене луговой растительности на лесную почвенный профиль постепенно дифференцируется морфологически по элювиально-иллювиальному типу. Постепенно обозначается горизонт АЕ, а затем подзолистый Е-горизонт. Происходит увеличение рН, содержания калия, фосфора, гумуса от почв под луговой растительностью к почвам под молодым березовым лесом, а затем резкое снижение их в коренном лесу. Это показывает общее улучшение лесорастительных свойств подзолов после вырубки при отсутствии антропогенной нагрузки. Некоторые авторы указывают [Якименко, 1987] что, так как суходольные луга не являются сами по себе устойчивыми образованиями, то изменения почв в результате отсутствия влияния лесной растительности продолжаются сравнительно не долго и неустойчиво, так что принципиально иная почва образоваться не может. Со старением луга влияние травяной растительности постепенно затухает. Несколько более сложные закономерности наблюдаются в отношении показателей гумусного состояния почв различных зон зарастания. Так, при изучении постагрогенной сукцессии в средней тайге приенисейской Сибири, максимальное содержание гумуса отмечено в почве под молодым березовым лесом, минимальное - в коренном лесу [Телеснина и др., 1997].
В ходе изучения восстановления растительности и изменения химических и лесорастительных свойств почв на используемых и заброшенных суходольных лугах Среднего Енисея, образованных на месте коренных кедровых лесов показано, что в зависимости от наличия и характера антропогенной нагрузки (кошение, выпас+кошенис) растительный покров находится на разных стадиях восстановления лесной растительности. Используемые для косьбы и выпаса луга (луговая стадия сукцессии) имеют разнотравно-злаковый травостой с высокой долей непоедаемых видов (одуванчика, лютиков, подорожника), характерно почти полное отсутствие напочвенного покрова. Господствующей является синузия трав. При прекращении антропогенной нагрузки начинается активное возобновление древостоя, в основном через мелколиственные породы (березу), внедрение в травостой лесных и опушечных видов, а при смыкании подроста (стадия жердняка) - резкое разреживание трав вплоть до единичных экземпляров и формирование напочвенного покрова через стадию политриховых мхов. Господство переходит к древесной растительности, начинается формирование лесной флоры. Почвы производных растительных сообществ характеризуются лучшими лесорастительными свойствами, чем почвы коренного леса. От луговой стадии к березовому жердняку лесорастительные свойства улучшаются. Почвы березового жердняка характеризуются особенно высоким содержанием гумуса и питательных веществ. Выпас и кошение лугов приводят к подкислению почв и уменьшению кол-ва питательных веществ.
Изменение режима землепользования, в частности прекращение распашки, неизбежно приводит к существенным изменениям во всех составляющих круговорота углерода, что не может не отражаться на биологической активности почв. Данные по изменению биологической активности почв в основном касаются изменения эмиссии почвами СОг при выводе их из сельскохозяйственного использования и в настоящее время довольно немногочисленны. Так. в работах последних лет в основном представлены балансовые расчеты на основе различных моделей, которые представляют собой оценочные данные по запасам органического вещества в почвах, скоростям его аккумуляции и т.д. [Курганова, Кудеяров, 1998]. Общей тенденцией, которую отмечают все авторы, является существенное увеличение эмиссии диоксида углерода вследствие возрастания биологической активности почв при залужений пахотных почв [Lariononova at al, 2003; Курганова и др., 2007; Vuichard et al., 2007].
Также немногочисленны сегодня данные по изменению других показателей биологической активности почв после вывода из сельскохозяйственного использования. Согласно имеющимся данным, при зарастании пашни лесом повышается содержание микробной биомассы [Ананьева и др., 2009]. Динамика биологической активности почв определяется также длительностью их последействия на состав и активность микробоценоза почвы [Сазонов, 2005]. Практически не изучен в настоящее время такой важный фактор динамики биологической активности почв, как влияние растительности, проявляющееся прежде всего через поступление растительного опада и его изменение в ходе постагрогенеза, при том что большинство элементов питания в почве связаны своим происхождением с растительными остатками [Фокин и др., 1979]. Кроме того, именно поступление свежего опада стимулирует рост и активность всех групп микроорганизмов [Сорокина, Сорокин, 2007].
Почвенный покров
Костромская область - одна из наиболее лесистых в Центральной части Европейской России. Леса в области составляют основной элемент растительности и преобладают над всеми типами сообществ, занимая здесь около 74% территории.
Согласно ботанико-географическому районированию [Растительность европейской части СССРД980; Огуреева, 1991; Зоны итипы..., 1999] исследуемая территория входитв подзону южнбтаежных лесов североевропейской провинции Евроазиатской таежной области. Коренными типами растительных сообществ здесь являются темнохвойные еловые, сосново-еловые и пихтово-еловые леса бореального и субнеморального типа, широколиственно-елово-пихтовые неморальные, (широкотравные) светлохвойные сосновые леса, заболоченные пушистоберезовые и черноольховые сообщества, низинные, переходные и верховые болота. В настоящее время большая часть территории области занята производными мелколиственными лесами с участием хвойных пород и сельскохозяйственными угодьями.
Флористическое богатство растительного покрова Костромского Заволжья невысоко - почти 1500 дикорастущих видов. Здесь преобладают многолетние (66% списка) и однолетние (30%) травянистые растения. Деревья представлены 22 видами, кустарники 36 и кустарнички 14 видами, что в целом составляет около 4% представителей флоры [Шутов, Шутова, 1996]. Среди эколого-ценотических групп преобладают таежные виды, лугово-лесные и луговые растения. Дубравные (широкотравье), или неморальные виды деревьев, кустарников и травянистых растений здесь находятся на северном пределе своих ареалов. Если в среднем голоцене в связи с резким потеплением климата широколиственные породы (вяз, дуб, липа, орешник) и их травянистые спутники играли значительную роль в южной тайге, то с позднего голоцена площадь лесов с участием широколиственных деревьев начала резко сокращаться, уступая место ели и пихте [Любимова, 1967].
По породному составу леса Костромской области представлены в следующем соотношении: сосна - 28%, ель - 24%, берёза - 38%, осина - 9%, ольха серая - 0,5%.
В южной тайге, куда входит территория Костромской области, преобладают темнохвойные и светлохвойные леса и их производные мелколиственные сообщества, которые по занимаемой площади несколько опережают хвойные [Дудин, 2000]. 2.5 Почвенный покров.
По почвенному районированию Нечерноземья территория Костромского Заволжья относится к Среднерусской южно-таежной провинции дерново-подзолистых среднегумусированных почв. В почвенном покрове области доминируют дерново-подзолистые почвы (около 75,5%) [Национальный атлас почв РФ, 2011]. Собственно подзолистые почвы (без гумусоаккумулятивного горизонта) занимают 5 % территории. Исследования трех последних десятилетий в еловых лесах тайги показали, что их вклад в структуру почвенного покрова более значительный [География почв..., 1972; Орлов и др., 1980; Почвенно-геологическис условия..., 1984; Дворников и др., 1987;]. Дерновый или гумусоаккумулятивный горизонт, в основном, идентифицируется в лесных сообществах по бывшим пахотным землям и под мелколиственными лесами по вырубкам. Все пахотные почвы отнесены также к дерново-подзолистым. Большие площади занимают в почвенном покрове и собственно подзолы 5,5% (почвы на песках и супесях с господством процесса альфегумусовой миірации). На карте Российской Федерации (масштаб 1:2,5 млн.) они включены в дерново-подзолистые иллювиально-железистые лочвы на песчаных и супесчаных породах. Доля болотно-подзолистых почв как элемента дифференцированно-увлажпенных сочетаний, в данном регионе составляет около 11%. Аллювиальные почвы в земельном фонде Костромской области занимают 10%. Торфяные почвы верховых, низинных и переходных болот занимают в сумме 4,3% от рассматриваемой территории.
В преобладающих на территории области хвойных и хвойно-мелколиственных лесах с кислым опадом и, в ряде случаев, с заторможенным биологическим круговоротом создаются условия для консервации органического вещества в виде лесной подстилки, грубого гумуса и торфа (процессы подстилко- и торфообразования, гумусоаккумулятивный процесс). Повсеместное распространение под лесной растительностью имеют такие почвообразовательные процессы, способствующие дифференциации почвенного профиля, как альфегумусовая миграция, кислотный гидролиз, выщелачивание, лессиваж. Превышение осадков над испарением, близкое подстилание песчаных и супесчаных отложений тяжело суглинистой мореной или пермскими и юрскими глинами обусловливают широкое развитие в почвах процессов оглесния, как за счет поверхностного, так и грунтового переувлажнения.
Подавляющее число почв имеет кислую реакцию почвенного раствора, низкую обеспеченность элементами питания растений; пахотные угодья нуждаются в известковании и внесении комплексных удобрений [Богатырев, 1989; Васильевская, 1989; Иванов, 1989].
Исследование проводили на территории Мантуровского района Костромской области. Условия почвообразования соответствуют северной части южной тайги, где естественные растительные сообщества представлены еловыми травяно-кустарничковыми лесами. Почвообразующие породы представляют собой разнообразные ледниковые и водно-ледниковые отложения [Ьолысов, Фузейна, 2001]. Чаще всего встречаются двучленные породы - древнеаллювиальные или флювиогляциальные пески (иногда перекрытые покровными суглинками) залегают на глинистых моренных отложениях. Структура почвенного покрова обусловлена, главным образом, мезорельефом, и представлена дифференцированно-увлажненными сочетаниями дерново-подзолистых, болотно-подзолистых и болотных торфяных почв. Характерной особенностью является широкое развитие в почвах процессов оглеения [Васильевская, 1989]. Собственно объектами исследования были два участка, расположенные на правобережье р. Унжи, и представляющие собой бывшие пашни и сенокосные угодья, выведенные из использования и зарастающие лесом.
Первый (Долгиревский) участок расположен в 7-8 км от русла реки. Почвообразующие породы представлены легкосуглинистыми отложениями, подстилаемыми глинистой мореной на глубине 60-70 см. Примерно до середины 80-х годов участок использовался как пашня, затем - как сенокос, но площадь сенокошения постепенно сокращалась, в результате чего луг постепенно зарастает. На участке заложены площадки, соответствующие стадиям зарастания: 1) Сенокосный луг (Д4); 2) Молодой ивово-березовый лес, 20 лет (Д5); 3) Полновозрастный березово-еловый лес (Д6). Почвы: в полновозрастном лесу - дерново-подзолистая, Д 5 - дерново-подзолистая постагрогенная, на участке Д4 - агродерново-подзолистая реградированная глееватая.
Динамика запасов надземной и подземной биомассы травяно-кустарничкового яруса
ВТ2 77-100 Плотнее предыдущего, структура крупноглыбистая, черные углистые остатки, средний суглинок, включения валунов 2-3 см, сизоватые глинистые кутаны по граням структурных отделыюстей. В прикопках сочится вода с 40, 42,47 см. Глубина Е - 40, 42, 47 см Освоенная дерново-слабоподзолистая языковатая среднепахотиая легкосуглинистая на флювиогляциалышх песках, подстилаемых мореной [Классификация и диагностика почв СССР, 1977].
Агродерново-подзолистая реградированная языковатая ненасыщенная среднепахотиая легкосуглинистая на флювиогляциальных песках, подстилаемых мореной [Классификация и диагностика почв России, 2004].
Площадка 2. Ивово-березовый лес 20 лет (Д5) N 58 12 48,4" Е 44 Ж 32,9" (+ 4 м). Сомкнутость крон 0,6-0,7, высота - несколько м. Парцеллы не выражены. ОГШ травяно-кустарничкового покрова- 60-70%, выражен неравномерно (рис. 6).
Земляника обыкновенная 40%; Иван-чай узколистный 25%. О 0-2 Коричнево-бурая, свежая, слабо- и среднеразложившаяся подстилка из листьев и трав, многочисленные корни, переход ясный, граница ровная. AYpal 2-13 Влажный, буровато-темносерый, легкий суглинок, комковато-порошистый, рыхлый, много корней, гумусовые потеки, много отмытых зерен кварца, переход постепенный, граница волнистая.
AYpa2 13-21 Влажный, рыхлый, на сером фоне охристые пятна до 1 см 3%, легкий суглинок, комковато-глыбистый, отмытые зерна кварца, железисто-марганцевые конкреции, переход заметный по цвету, граница ровная. EL 21-40 Сырой, белесый, легкий суглинок, глыбистый, железисто-марганцевые конкреции плотные до 5 см, мало корней, переход заметный по окраске и плотности, граница языковатая
ВТ 41-73 Влажный, на охристом фоне белесые затеки толщиной до 2-3 см, плотный, средний суглинок, обильные железисто-марганцевые конкреции до 2-3 см, глинистые кутаны по граням структурных отдельностей, глыбисто-призмовидный, единичные корни, переход ясный, граница ровная BTg 73-85 Мокрый (начинает сочиться вода). Рис. 6. Ивово-березовый лес 20 лет (Долгиревский участок). Освоенная дерново-неглубокоподзолистая среднелахотная легкосуглинистая на флювиогляциальных песках, подстилаемых мореной [Классификация и диагностика почв СССР, 1977]
Дерново-подзолистая постагрогенная ненасыщенная среднепахотная легкосуглинистая на флювиогляциальных песках, подстилаемых мореной [Классификация и диагностика почв России, 2004] Площадка 3. Полновозрастный березово-еловый лес (Д6). N 58 12 38,9" Е 44 26 28,3" (± 6 м). (8Е2Б) - сомкнутость крон 0,8-0,9. Подрост из ели и березы. ОПП травяно-кустариичкового яруса около 30%, много мертвопокровных участков (рис. 7).
Полновозрастный березово-еловый лес (Долгиревский участок). Всйник незамечаемый 10%; Костяника обыкновенная 5%; Сивец луговой 3%; Ветреница дубравная 3%; Черника обыкновенная 2%; Ландыш майский 2%: Земляника лесная 2%;
Марьянник дубравный менее 1%.
О 0-3 Коричнево-бурая, свежая, слабо- и среднеразложившаяся подстилка из листьев и трав, многочисленные корни, переход ясный, граница ровная.
АО 3-10 Влажноватый, буровато-серый, легкий суглинок, комковато-порошистый, много корней, рыхлый, переход заметный по окраске, граница слабоволнистая.
AEL 10-20 Влажноватый, на светло-буром фоне более темные участки, легкий суглинок, плитчатая структура, плотнее предыдущего, меньше корней, переход постепенный по окраске, граница размытая.
ВТ 20-32 Влажноватый, на буровато-охристом фоне белесые участки, средний суглинок (рыжие пятна), супесь (сизые пятна), мелкоглыбистый с выраженной горизонтальной слоистостью, плотнее предыдущего, редкие корни, включения гальки, отдельные линзы песка, переход заметный, граница затечная.
BTg 32-95 Влажноватый, на буровато-охристом фоне крупные сизовато-серые участки (пылеватый суглинок), рыжеватые пятна (супесь), глыбистый, железистые примазки, глинистые кутаны по граням структурных отдельностей, отмытые зерна кварца, единичные корни, переход заметный, граница ровная. BCg 95-120 На желто-охристом фоне сизовато-серые пятна, свежий, плотный. Дерлово-слабошдзолистая легкосуглинистая на флювиогляциальных песках, подстилаемых мореной [Классификация и диагностика почв СССР, 1977]
Дерново-мелкоподзолистая глееватая ненасыщенная легкосуглинистая на флювиогляциальных песках, подстилаемых мореной [Классификация и диагностика почв России, 2004].
Второй участок (Унжинский) расположен в 1-1,5 км от реки в нижней части приводораздельного склона. Почвообразующие породы представлены супесчаными и песчаными отложениями флювиогляциального происхождения, в толще которых на разной глубине могуг встречаться глины - иногда в виде отдельных линз - которые служат водоупором, если залегают в пределах почвенного профиля. Выделены площадки: 1) Пашня (Ш1), почва - агродерново-подзолистая; 2) 5-летняя залежь по пашне (Г4), почва - агродерново-подзолистая реградированная; 3) залежь 15 лет (ГШ), почва - агродерново подзолистая реірадированная глееватая; 4) Сомкнутый молодой осиново-березовый около 40 лет (ГШ2), почва - агродерново-подзолистая постагрогенная; 5) Полновозрастный березово-еловый лес (Ш4), почва - подзолистая.
Площадка 1. Пашня (засеяна овсом) (Ш1). N 58 10 55,0 Е 44 28 27,8" ± 7м (рис. 8). Рис.8. Пашня (Унжинский участок). Р1 0-9 Свежая серая дернина, густо пронизана корнями, отслаивается от нижележащего горизонта, переход ясный, граница ровная. Р2 9-30 Свежий, темно-бурый (9-15 см); неоднородный: на буровато-сером фоне охристо-бурые пятна (0,5-J см, 30% - среднее количество, слабоконтрастные, диффузные границы) и черные пятна-примазки (до 2 мм, 2%, заметные, границы ясные), а также единичные светло-рыжие пятна (до 3 см, 2%. граница ясная, контрастность выдающаяся), супесь, комковато-зернистый, мелкопористый, мелкотрещиноватый, мягкий, рыхлое структурное сложение, густые корни (до 5 мм), червороины, отмытые зерна кварца, Мп-примазки, Fe-стяжсния. включения гравия (0,5 см), переход резкий, граница слабоволнистая. AEL 30-46 Влажновагый, окраска неоднородная, серовато-палевая разных оттенков, супесь, структура ореховато-зернистая с элементами горизонтальной делимости, единичные мелкие поры, мягкий, плотное структурное сложение, редкие корни, отмытые зерна кварца, единичные Мп-примазки, включения гравия (0,5 см), гальки (слабоокатанной 1,5x3 см), переход постепенный, граница размытая.
ELB 46-66 Влажноватый, окраска неоднородная: рыжие, красновато-рыжие, белесые и палевые фрагменты, песок, бесструктурный, очень мягкий (при подсыхании -сыпучий), рыхлое раздельно-частичное сложение, мелкопористый, единичные корни, включения гравия, гальки и мелкого щебня, переход заметный по окраске и плотности, граница карманная.
В 66-72 Влажноватый, окраска неоднородная: на красно-буром и белесовато-рыжем фоне - сизые затеки-прожилки (15-20%), песок, структура глыбистая, пор и трещин нет, твердоватый, плотное структурное сложение, переход ЯСНЫЙ ПО ПЛОТНОСТИ и грансоставу, граница карманная.
Групповой и фракционный состав гумуса
Гумусовый профиль дерново-подзолистых почв характеризуется значительной пространственной изменчивостью. Ее связывают с различными факторами - современной растительностью и функционированием биогеоценоза [Ремезов, 1961; Карпачевский и др. 1968, 1971; Холопова, 1977] литолого-геоморфологическими условиями и микрорельефом [Филатов, 1923, І945; Корниенко, 1950; Бутузова, 1960; Долгова, 1964; Розмахов и др. 1963; Фридлаид, 1965, 1972], а также историей лесного массива.
Динамика содержания органического углерода почвы в процессе зарастания пашни или сенокоса выражена, главным образом, в верхней части профиля, т.е. в старопахотной толще. Из старопахотных горизонтов образцы почв отбирались послойно: 0-10, 10-20 и 20-30 см в 6-кратной повторносте. Статистический анализ полученных данных проводили с помощью программы Statistica 6.
Существенные изменения отмечены в распределении углерода по профилю по мере увеличения возраста зарастания, при этом эти изменения неодинаковы в почвах разных участков. Наиболее четко характер распределения углерода меняется в почвах Унжинского участка (рис. 22), отличающихся наиболее легким гранулометрическим составом и наиболее глубоким расположением литологического контакта. Равномерно-убывающее распределение, характерное для почв пашни, осложняется на последующих стадиях элювиальным минимумом, а содержание углерода становится резко-убывающим за счет увеличения его содержания в верхней части почвенного профиля.
В почвах Долгиревского участка распределение гумуса имеет равномерно-убывающий характер (рис. 23). По мере зарастания распределение становится менее дифференцированным при неизменном в общем его характере. Во всех почвах хроноряда отмечен элювиальный минимум в содержании гумуса, располагающийся обычно на глубине литологического контакта.
При выведении из хозяйственного использования почва зарастает травянистой растительностью. Многие авторы отмечали благотворное влияние луговых трав на гумусовое состояние почв, считается, что в луговых почвах оно стабильно [Дологов, 1963; Короткое, 1970; Короткое, 1977; Пестряков. 1977; Фокин, 1983; Кирюшин, 1986]. Это объясняется большим количеством поступающего в почву легкогумифицируемого растительного материала — корней трав, которые, постепенно отмирая и обновляясь, служат основным источником пополнения запасов гумуса.
В наших исследованиях на Унжинском участке по мере естественного зарастания пахотных территорий лесом величина содержания углерода увеличивается по всей старопахотной толще от пашни к полновозрастному лесу, что было отмечено при более ранних исследованиях [Ананьева и др., 2009]. Однако это увеличение проявляется различно в разных частях старопахотного горизонта. На всех стадиях постагрогенной сукцессии от пашни до почв под сообществами молодого и полновозрастного леса содержание углерода значительно и достоверно возрастает в верхнем десятисантиметровом слое (рис. 24). Формирование пахотного слоя при окультуривании способствует более выровненному распределению гумуса за счет его перераспределения во всей почвенной массе, вовлеченной в пахотный слой. Так, на пашне содержание углерода в слое 0-10 и 10-20 см достоверно не различается и составляет, соответственно, 1,05+0,07% и 1,03+0,08%. При переходе от пашни к залежи 5 лет наблюдается достоверное увеличение содержание углерода в слое 0-10 см на 0,50 % (до 1,55+0,04%). На стадии 15 летней залежи содержание углерода в слое 0-10 см достоверно увеличивается до 1,88+0,05%. В почве молодого леса в слое 0-10 см содержание углерода составляет 2,48+0,28%, что на 0,60% больше, чем в почве залежи 15 лет. Почва полновозрастного леса характеризуется высоким содержанием углерода (4,05±0,25%). который сосредоточен в незначительном по мощности перегноино-аккумулятивном горизонте (приложение табл. 13-16).
Повышение содержания органического вещества в верхней части старопахотного горизонта на первом этапе (залежь 5 и 15 лет), видимо, связано с активным преобразованием дернины, которая возникла на стадии залежи, а на более поздних - с поступлением листового опада древесного яруса [Семенов и др., 2004]. В более глубоком слое - 10-20 см - содержание углерода меняется намного слабее, а характер этого изменения не обнаруживает выраженной закономерности (рис 25). Так, если в почве пашни содержание гумуса в двух верхних слоях одинаково, то в ходе постагрогешюи сукцессии превышение содержания гумуса в поверхностном слое над нижележащим становится полуторакратным. Различная интенсивность гумусонакопления в разных частях старопахотного горизонта приводит к его дифференциации на два подгоризонта.
В залежных почвах Унжинского участка происходит заметное перераспределение органического вещества, наибольшее содержание гумуса наблюдается в самой верхней части гумусового горизонта (0-10 см), превышая его количество в аналогичной части профиля пахотных почв. В нижней части гумусового горизонта (10-20 см) залежных почв отмечается четкая тенденция к уменьшению содержания углерода, по сравнению с вышележащей толщей. Так, в почве под залежью 5 лет в слое 10-20 см старопахотной толщи происходит достоверное уменьшение содержания углерода по сравнению с вышележащим подгоризонтом в 1,6 раза и составляет 0,96+0,08%. В почвах залежи 13 лет и молодого леса в нижней части старопахотного горизонта содержание углерода достоверно уменьшается в 1,3 раза и составляет, соответственно, 1,39+0,05% и 1,83+0,11%. Содержание органического вещества в нижележащих горизонтах Е и В достоверно не изменяется и на всех стадиях зарастания пашни лесом составляет 0,2-0,3%. Таким образом, в процессе зарастания пашни лесом происходит дифференциация бывшей пахотной толщи на 2 подгоризонта по содержанию гумуса. Вероятно, подобная дифференциация по содержанию гумуса вызвана неглубоким проникновением корневой системы луговых растений, основная масса которой сосредоточена в слое 0-10 см, что согласуется с данными С.Н. Митяшиной [2001] и О.А. Паладич [2005]. Уже через 10-20 лет после снятия антропогенной нагрузки нижний слой старопахотной толщи существенно отличается по своим свойствам от вышележащего слоя. В залежных почвах постепенно происходит усиление элювиальных процессов в нижней части гумусированного горизонта, что морфологически диагностируется по наличию отбеленных зерен кварца и приближение данных почв к исходному целинному состоянию.
