CC BY
47
ГЕНЕЗИС И ГЕОГРАФИЯ ПОЧВ
УДК 631.41
ДИНАМИКА НЕКОТОРЫХ СВОЙСТВ ПОСТАГРОГЕННЫХ ПОЧВ ЮЖНОЙ ТАЙГИ В СВЯЗИ С ОСОБЕННОСТЯМИ СМЕНЫ РАСТИТЕЛЬНОСТИ1
А.С. Владыченский, В.М. Телеснина, К.А. Румянцева, С.И. Филимонова
(кафедра общего почвоведения)
В настоящее время на территории России сокращается площадь земель, используемых в сельском хозяйстве [1], в результате чего освоенные, а затем заброшенные почвы претерпевают новый этап эволюционного развития. Существенную роль в их пост-агрогенной трансформации играют специфические смены растительности, в особенности в таежной зоне, где формируются лесные сообщества, меняющие характер почвообразования и экологические функции почв. При снятии антропогенной нагрузки вследствие прекращения окультуривания (перемешивание пахотного горизонта, внесение удобрений и т.д.) и воздействия смены растительного покрова гумусное состояние дерново-подзолистых почв существенно меняется. При зарастании почв лесом изменяются их морфология, физические и химические свойства, особенно в верхней толще [2]. В течение первых 70—100 лет зарастания пашни лесом верхняя часть старопахотной толщи приобретает свойства, характерные для гумусового горизонта лесных почв (высокая рыхлость, агрегированность и зоогенность), тогда как в ее нижней части уменьшается количество гумуса и появляются признаки подзолистого горизонта [21]. Скорость превращения пахотных почв в целинные в значительной степени зависит от особенностей почвенных разностей внутри зоны подзолистых почв. Например, дифференциация пахотного горизонта легкосуглинистых дерново-палево-подзолистых почв идет в несколько раз медленнее, чем среднесугли-нистых дерново-подзолистых [14]. При прекращении антропогенного воздействия происходит трансформация гумуса, в первую очередь его лабильной части: 1) снижение содержания гумусовых веществ, извлекаемых водной и пирофосфатной вытяжками; 2) ослабление связи между глинистыми минералами и гумусовыми веществами; 3) изменение качественного состава гумуса, оцениваемого по оптической плотности. В целом изучение лабильной части гумуса свидетельствует о скрытой деградации почвы [12]. Отдельного рассмотрения заслуживает проблема почвообразования и гумусного состояния почв суходольных лугов. 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 характера гумусообразования после вывода из сельскохозяйственного использования. Большее влияние луговая растительность оказывает на биологическую аккумуляцию поглощенных оснований [10]. Так как суходольные луга сами по себе не являются устойчивыми образованиями, то изменения почв в результате отсутствия лесной растительности продолжаются сравнительно недолго и неустойчиво и принципиально иная почва образоваться не может. Со старением луга влияние травяной растительности постепенно затухает [23].
Анализ имеющихся в литературе сведений позволяет выделить в почвах следующие процессы, происходящие при зарастании лугов лесом: 1) разрушение дернового горизонта Ад и различные формы его деградации, что может выражаться в уменьшении мощности этого горизонта или в уменьшении в нем содержания гумуса [8, 15]; 2) разные стадии развития подзолистого процесса в нижней части старопахотного горизонта; подзолообразование идет быстрее на легких дренированных почвах, а также под лесом с присутствием ели [5]; 3) деградация почвенного гумуса, которая проявляется в снижении его количества и оптической плотности гумусовых веществ [12]. К настоящему времени накоплены определенные научные материалы, касающиеся динамики именно залежных почв, т.е. образовавшихся на месте заброшенной пашни. Работы, посвященные динамике почв при зарастании сенокосов, практически отсутствуют, хотя на территории России их в настоящее время не меньше, чем зарастающих пашен. Цель настоящей работы — изучить влияние естественного лесовос-становления по суходольному лугу, образованному на месте пашни, на некоторые свойства почв. Для наиболее полного выявления динамики гумусного состояния были выбраны три хроноряда, отличающиеся по литологическим условиям.
Объекты и методы исследования
Исследование проводили на территории Манту-ровского р-на Костромской обл., что географически
и и 2
соответствует северной части подзоны южной тайги2.
1 Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ (грант № 07-04-00744).
2 Авторы благодарят за помощь в проделанной работе сотрудников Костромской экологической станции ИПЭЭ РАН им. А.Н. Северцова.
Структура почвенного покрова территории во многом определяется неоднородностью почвообразующих пород, а также особенностями мезорельефа [4]. Изучаемые участки расположены на коренном берегу р. Унжи, в 3—7 км от русла. Почвообразующие породы здесь представляют собой опесчаненные покровные отложения, подстилаемые на разной глубине московской мореной, причем смена породы происходит также на разной глубине (40—100 см). На участках, более отдаленных от долины Унжи, литоло-гический контакт наблюдается на глубине 40—50 см, тогда как уже в 2—3 км от реки практически весь почвенный профиль сформирован на песчаных отложениях. Коренная растительность представлена бере-зово-еловыми лесами, но ее особенности варьируют (табл. 1). Участки имеют разную глубину залегания почвообразующей породы — моренного суглинка, что отражается на гидрологическом режиме, растительности и как следствие на многих свойствах почв, как естественных, так и постагрогенных.
Масловский участок. Выделены следующие зоны зарастания: 1) косимый злаково-разнотравный луг, образованный на месте пашни (М1); 2) сенокос, заброшенный 5—6 лет назад и зарастающий мелколиственными деревьями, — луг злаково-раз-нотравный (М2); 3) молодой березняк 15—20 лет сфагново-травяной (М3); 4) березово-сероольша-ник 25—30 лет травяной (М4). Условно-коренная растительность — зрелый ельник-кисличник (М5). Кроме того, есть небольшой распаханный участок, на котором изучали эмиссию почвой углекислого газа (см. ниже).
Долгиревский участок. Представлены следующие растительные сообщества: 1) косимый злаково-раз-нотравный луг, образованный на месте пашни (Д9); 2) сенокос, заброшенный 5 лет назад и зарастающий соснами, — луг разнотравно-злаковый (Д8); 3) молодой ивово-березовый лес 15 лет, мятликово-травяной
(Д7). Условно-коренная растительность — зрелый елово-березовый лес (Д6).
Унжинский участок. Ряд зарастания состоит из следующих зон: 1) пашни, засеянной овсом (У1); 2) косимого луга, образованного на месте пашни, с доминированием злаков (У2); 3) сенокоса, заброшенного несколько лет назад, с доминированием злаков (У3). Условно-коренной зрелый лес представлен ельником-черничником (У4).
На участках распашку прекратили в конце 80-х — начале 90-х гг. Все старопахотные почвы отнесены к агродерново-подзолистым [9]. В них сохранился старопахотный горизонт, отличающийся темным цветом и ровной границей. Почвы условно-коренных лесов дерново-подзолистые. В каждой зоне зарастаний описана растительность и почва, сделаны укосы надземной фитомассы травяного (травяно-кустарничкового) яруса, отобраны пробы для учета корней с глубины 0—30 см, а также почвенные образцы из разреза и пяти прикопок (азот определяли из трех прикопок). Кроме того, камерным методом определяли эмиссию почвой углекислого газа.
Обсуждение результатов
Динамика растительности. Проведенная оценка запасов надземной фитомассы травяно-кустарнич-кового и мохового ярусов, а также эколого-фло-ристический анализ выявили некоторые общие тенденции в динамике растительности в ходе ле-совосстановления. От сенокосного луга к условно-коренному лесу значение общей надземной, а также подземной фитомассы травяно-кустарничкового яруса падает во всех рядах зарастания независимо от локальных условий. При этом в составе фитомассы уже на стадии заброшенного сенокоса существенно меняется флористический состав и снижается его разнообразие, что вообще характерно при прекра-
Таблица 1
Сравнительная характеристика условий почвообразования на изучаемых участках
Показатель Масловский участок Долгиревский участок Унжинский участок
Положение в рельефе Почвообразующая порода Почвенно-грунтовые воды Растительность (ненарушенная): формула древостоя сомкнутость крон подлесок подрост Травяно-кустарничковый ярус водораздел опесчаненные покровные отложения, подстилаемые мореной на глубине 40—50 см не вскрыты елово-березовый лес, травяной 4Е6Б 0,5-0,6 черемуха, малина, рябина ольха серая кислица, земляника, звездчатка жестколистая, ОПП 40% водораздел опесчаненные покровные отложения, подстилаемые мореной на глубине 70-75 см не вскрыты елово-березовый лес, травяно-злаковый 5Е5Б 0,6-0,9 не выражен ель, береза вейник незамечаемый, костяника, золотая розга, ОПП 0-60% приводораздельный склон опесчаненные покровные отложения, подстилаемые мореной на глубине более 100 см не вскрыты елово-березовый лес, травяно- кустарничковый 5Е5Б 0,7 крушина ломкая, можжевельник ель, береза черника, брусника, сивец, щитовник, ОПП 0-70%
щении сенокоса [18]; уменьшается доля разнотравья и бобовых, увеличивается доля злаков. Далее, уже в лесных сообществах за счет снижения фитомассы бобовых, разнотравья и злаков возрастает фитомасса мхов и кустарничков (за исключением зрелого леса Масловского участка). В коренном и производных растительных сообществах Масловского участка по сравнению с двумя другими в растительном покрове встречается больше нитрофильных и эвтрофных видов (ольха, крапива, малина), что говорит о более высокой обеспеченности азотом и минеральными элементами. Определенная закономерность есть в динамике экологических групп видов (нами были посчитаны для каждого растительного сообщества показатели трофности («богатства засоления») по Л.Г. Раменскому [20] применительно ко всем видам, покрытие которых составляет 2% и более). Число олиготрофных видов (индицирующих бедные почвы) растет от сенокоса к зрелому лесу во всех рядах, число эвтрофных и мезоэвтрофных (индицирующих богатые и довольно богатые почвы), как правило, падает (табл. 2).
Лесная подстилка. Среди почв зрелых лесов наибольшие запасы подстилки характерны для песчаной почвы, т.е. Унжинского участка, наименьшие — для почвы Масловского участка. Таким образом, чем глубже находится литологический контакт (чем поч-
ва более легкая), тем органопрофиль ближе к типу «модер» (большой запас подстилки и резко убывающее содержание гумуса по профилю). Накопление запасов подстилки от стадии мелколиственного леса (для первых двух хронорядов) к стадии зрелого леса гораздо интенсивнее происходит на Долгиревском участке, чем на Масловском (табл. 3).
Кислотность. Проведенные исследования показали, что в целом при зарастании пашни и сенокосного луга актуальная кислотность почвы растет (табл. 3). В основном это касается, естественно, верхней части почвенного профиля, затронутой постагрогенными изменениями, которые в данном случае заключаются в смене растительности. Следует отметить, что наименее отчетливая динамика кислотности в связи с зарастанием луга лесом наблюдается на Масловском участке, характеризующемся высоким залеганием литологического контакта и сравнительно умеренно кислой почвой в контроле (под зрелым лесом). На Унжинском участке, почвы которого по всему профилю песчаные и наиболее кислые в контроле, динамика кислотности, напротив, весьма отчетлива по сравнению с двумя другими участками. Очень показательно то, что во всех изучаемых сукцессионных рядах наибольшее повышение актуальной кислотности почвы соответствует именно переходу лугового растительного сообщества в лесное.
Таблица 2
Динамика надземной и подземной фитомассы и экологических групп травяного и травяно-кустарничкового ярусов
в ходе зарастания заброшенных земель
Участок Характер растительности Фитомасса общ. надземная, г/м2 Фитомасса живая надземная, г/м2 г/ ь, шь о т е « Фитомасса подземная, г/м2 Кустарнички, г/м2 г/ к г/ ок с О г/ и, щ о в Хв г/ ак л т Разнотравье, г/м2 Бобовые, г/м2 Олиготрофы, % Олигомезотрофы, % Мезоэвтрофы, % Эвтрофы, %
Масловский участок
М1 сенокосный луг 343 174 169 647 0 15,3 3,0 0 53,1 45,4 38,4 2,6 21,7 65,2 4,3
М2 зарастающий луг 165 104 61 804 0 1,5 0,01 1,6 48,7 36,1 16,5 18,2 27,2 54,6 0
М3 молодой лес 15 лет 73 56 17 990 0 16,6 11,6 1,0 4,3 18,4 4,0 28,2 57,2 0 14,3
М4 молодой лес 25 лет 95,5 51,0 0 0 0 4,5 0 2,0 1,9 42,2 0
М5 зрелый лес 17 17 0 195 0 0 1,0 0 1,0 15,0 0 45,4 54,6 0 0
Долгиревский участок
Д9 сенокосный луг 510 147 363 685 0 0,56 0,08 0,08 55,1 78,8 12,7 6,2 25 43,8 25
Д8 зарастающий луг 162 83 79 1012 0 0,08 11,2 0,5 66,5 4,2 0,4 10 10 60 20
Д7 молодой лес 15 лет 75 38 37 686 0 15,5 1,6 0 6,48 12,6 1,44 23,5 23,5 35,3 17,7
Д6 зрелый лес 33 33 0 108 18,1 0 0 0 0 10,7 5,0 83,4 16,6 0 0
Унжинский участок
У1 пашня 99 94 5 424 0 0 0 15,5 21,8 5,0 - - - -
У2 сенокосный луг 239 218 21 1486 0 0 0 2,8 139,6 33,6 42,4 7,1 14,2 64,5 14,2
У3 зарастающий луг 394 137 257 1533 0 0,22 11,0 0,37 99,9 22,2 4,4 13,3 13,3 60 13,3
У4 зрелый лес 174 161 13 816 115,0 2,8 1,5 0,72 22,3 14,3 8,9 82 17 0 0
Таблица 3
Кислотность и некоторые показатели гумусного состояния почв изучаемых хронорядов
Участок Характер растительности Горизонт, глубина рН Запасы подстилки, т/га Гумус, % Запасы 0-30, т/га Сгк/Сфк К, % С/К
М1 сенокосный луг Астаропах 0-18 5,34 - 4,47 126,9 1,0 0,17 8,6
Е 18-30 5,42 1,22 1,3
ЕВ 30-57 5,50 1,88
В 57-80 5,87 2,75
М2 зарастающий луг Астаропах 0-24 5,08 - 3,40 114,2 1,3 0,19 7,3
ЕВ 24-47 5,47 1,5 0,97
В 47-95 5,74 1,72
М3 молодой лес 15 лет Астаропах 0-21 5,21 4,1 3,00 75,6 0,84 0,18 12,0
Е 21-36 5,27 1,30 0,65
ЕВ 36-46 5,43 1,14
В 46-95 5,56 1,71
М5 зрелый лес О 0-5 7,3 - 87,5
А 5-25 5,16 3,50 0,60 0,17 9,9
Е 25-39 5,19 1,10 0,21
ЕВ 39-65 5,34 1,04
В 65-106 5,48 2,15
Д9 сенокосный луг Астаропах 0-14 6,7 - 3,20 87,8 1,5 0,19 20,5
Астаропах 14-25 6,6 2,81 1,05
В 25-50 6,4 0,64
В§ 50-68 6,0 0,64
Д8 зарастающий луг Аё 0-10 6,6 - 1,70 63,7 1,22 0,11 12,9
Астаропах 10-23 6,8 1,81 0,5
ЕВ 23-31 6,5 1,26
В 31—47 5,1 0,84
В§Ге 47-31 5,1 0,41
ВС§ 73-95 5,0 0,17
Д7 молодой лес А1 0-15 5,6 7,0 1,80 67,6 1,03 0,08 15,5
Астаропах 15-30 5,4 1,72 0,78
ЕВ 30-50 5,0 0,64
В§ 50-75 4,7 0,50
Д6 зрелый лес 15 лет О 0-4 10,7 - 44,0
АЕ 4-18 4,2 1,10 0,73 0,12 15,1
В1 18-32 4,7 1,14
В1 32-43 4,6 0,38
В§ 43-73 4,7 0,34
В§ 73-80 4,7 0,12
Окончание табл. 3
Участок Характер растительности Горизонт, глубина рН Запасы подстилки, т/га Гумус, % Запасы 0-30, т/га Сгк/Сфк К, % С/К
У1 пашня Апах 0-10 6,4 - 2,14 49,9 0,14 10,2
Апах 10-24 6,3 1,21
Е 24-31 6,15 0,72
ЕВ 31-55 6,14 0,46
В 55-97 5,60 0,31
У2 сенокосный луг Астаропах 0-10 5,0 - 1,91 38,5 0,10 21,7
Астаропах 10-21 5,5 0,85
Е 21-38 5,40 0,4
ЕВ 38-69 5,56 0,20
В 69-98 5,82 0,22
У3 зарастающий луг Астаропах 0-10 4,7 - 2,17 55,8 0,13 11,0
Астаропах 10-18 5,4 1,21
ЕВ 28-45 4,68 0,20
В 45-68 4,53 0,24
ВС 68-76 4,48 0,22
У4 зрелый лес О 0-2 3,70 21,3 - 89,6
АЕ 2-8 4,21 6,3 0,20 27,2
Е 8-24 4,04 0,53
ЕВ 24-43 4,59 0,62
В 43-74 4,45 0,93
ВС 74-97 4,41 0,29
Гумусное состояние. В динамике содержания гумуса в ходе зарастания луга лесом общей для всех участков является тенденция к постепенному уменьшению этого показателя. Однако есть и некоторые различия. В сукцессионном ряду Масловского участка в почве зрелого леса изначально высокое содержание гумуса для лесной почвы — 3,5%, тогда как этот показатель выше только в почве сенокосного луга. На Долгирев-ском участке картина несколько иная. Содержание гумуса максимально в почве сенокосного луга и постепенно падает к почве коренного леса (соответственно от 3,2 к 1,1%). В ряду, соответствующем Унжинскому участку, динамика содержания гумуса при зарастании вообще плохо выражена по причине низкого значения этого показателя во всех постагрогенных почвах (не выше 2,1%). При этом довольно высоко содержание гумуса в верхнем горизонте лесной почвы, возможно, за счет грубогумусности (гор. АЕ плохо отделяется от подстилки). Дело в том, что изначально в почвах всех участков, соответствующих стадии зрелого леса,
распределение органического вещества по профилю носит разный характер — наиболее эндоморфное на Масловском участке (при относительно низком запасе подстилки высокое содержание гумуса в минеральной части профиля), наиболее эктоморфное в песчаной почве Унжинского участка (высокий запас подстилки в сочетании с резко падающим вниз по профилю содержанием гумуса в минеральной части). Это, по-видимому, также отражается на динамике гумуса наряду с особенностями лесовосстановитель-ной сукцессии и глубиной литологического контакта. Наибольшие запасы гумуса (в старопахотном горизонте) на Масловском и Долгиревском участках характерны для стадии сенокосного луга (126,9 и 87,8 т/га соответственно), далее происходит постепенное снижение (как и с содержанием гумуса). Что касается Унжинского участка, максимальный запас гумуса соответствует стадии зрелого леса (возможно, за счет грубогумусности гор. АЕ). От пашни к сенокосному лугу запас гумуса, естественно, снижается
из-за прекращения сельскохозяйственных мероприятий, но на стадии старого луга он снова несколько повышается. Все почвы Масловского участка больше обогащены гумусом, чем другие; это может быть связано с особенностями почвообразующей породы: как с ее составом, так и с глубиной литологического контакта (это хорошо отражается на растительности, разной на трех представленных участках). Известно, что обогащенность породы илистой фракцией может быть причиной более интенсивной гумификации [16]. Снижение содержания и запасов гумуса во всех рядах заметно коррелирует со снижением количества надземной и подземной биомассы травяно-кустар-ничкового яруса. Кроме того, при смене луговой растительности лесной в травяно-кустарничковых ярусах начинают преобладать осоки и кустарнички, состав опада которых, в отличие от луговых трав, не благоприятствует образованию устойчивых гуминовых веществ [7, 15]. Изучен групповой и фракционный состав гумуса в почвах Масловского и Долгиревского участков (рис. 1, 2). Почвы Унжинского участка, как правило, настолько малогумусны, что определение в них всех групп и фракций органического вещества
едва ли целесообразно. В первых двух рядах при переходе лугового сообщества в лесное гумус становится все более фульватным. При этом смена фульватно-гуматного гумуса на гуматно-фульватный происходит на стадии образования сомкнутого древостоя, когда поступление опада становится преимущественно поверхностным. Общее содержание углерода гуми-новых кислот в обоих рядах падает в ходе зарастания луга. На Масловском участке максимальное значение углерода гуминовых кислот соответствует почве заброшенного сенокоса (разр. М2), что связано, возможно, с активизацией именно на этой стадии разложения обильных корневых остатков, соответствующих предыдущей стадии, — при забрасывании сенокоса в данном случае особенно резко меняется флористический состав и как следствие количество и распределение подземной фитомассы [19]. В обоих рядах общее количество фульвокислот растет от почвы сенокосного луга к почве условно-коренного леса. Среди гумино-вых кислот почвы зрелого леса Масловского участка преобладают гуминовые кислоты 3-й фракции, что для дерново-подзолистой почвы нетипично и может объясняться особенностями почвообразующей породы. В почве сенокосного луга, созданного на месте пашни, возрастает по сравнению с контролем доля гуминовых кислот 1-й фракции, доля гуминовых кислот 3-й фракции падает незначительно. Далее, по мере зарастания луга, содержание углерода гуминовых кислот 1-й фракции возрастает, 2-й и 3-й падает, так что на стадии мелколиственного леса
2-й фракции нет. Почва зрелого леса Долгиревского участка по фракционному составу гуминовых кислот больше похожа на «зональную» лесную почву: преобладает 1-я фракция, 2-я отсутствует. В почве сенокосного луга появляется 2-я фракция гуминовых кислот (незначительно). В ходе зарастания количество углерода в 1-й и
3-й фракциях постепенно снижается, 2-я фракция исчезает уже на стадии заброшенного несколько лет назад сенокосного луга. В почвах обоих участков общее количество фульво-кислот повышается от сенокосного луга к елово-березовому лесу, причем на всех стадиях зарастания значение углерода фульвокислот выше на Масловском участке, как и значение общего углерода и углерода гуминовых кислот. Значение углерода «агрессивной» фракции фульвокислот на Дол-гиревском участке постепенно растет от сенокосного луга к лесу, тогда как на Масловском участке минимальное значение этого показателя соответ-
Рис. 2. Динамика группового и фракционного состава гумуса (Долгиревский участок) ствует лесу, а максимальное — за-
Стадии сукцессии
Рис. 1. Динамика группового и фракционного состава гумуса (Масловский участок)
брошенному несколько лет назад сенокосному лугу. По-видимому, опад осок и ситников, занимающих значительную долю в травостое последнего, благоприятствует образованию «агрессивных» фульвокислот.
Содержание общего азота в почвах Масловского участка в ходе зарастания меняется мало, но при этом обращает на себя внимание динамика отношения углерода к азоту: этот показатель существенно возрастает именно при переходе лугового сообщества в лесное, затем снова падает в почве зрелого леса. Интересно, что С/К почвы леса незначительно отличается от такового почвы сенокосного луга (довольно низкое значение), что говорит об изначально благоприятных лесорастительных свойствах почвы Масловского участка. Среди почв Долгиревского участка максимальное отношение С/К характерно для почвы сенокосного луга, что в данном случае может быть обусловлено большим содержанием гумуса на этой стадии зарастания. С другой стороны, содержание общего азота в почвах этого участка закономерно падает от сенокосного луга к молодому лесу, снова возрастая в почве зрелого леса. Что касается Унжин-ского участка, отношение С/К достигает максимума в почвах зрелого леса, тогда как в почвах пашни и старого луга оно относительно невысокое.
Выявлены некоторые общие закономерности в динамике почв в ходе естественного лесовосстанов-ления по сенокосному лугу. Происходит постепенное снижение содержания и запасов гумуса, а также постепенное увеличение доли в нем фульвокислот, причем особенно эти изменения заметны при формировании в фитоценозе сомкнутого древостоя. Это связано прежде всего с резким уменьшением подземной фитомассы и как следствие снижением внутрипоч-венного поступления растительных остатков: именно корни поставляют в почву гораздо больше зольных элементов, чем надземная фитомасса [3]. Кроме того, надземная фитомасса травяных сообществ, особенно бобовых и разнотравья, богаче зольными элементами, а также легче поддается разложению и гумификации [6], чем опад древесных пород, в том числе лиственных. Таким образом, если на первых стадиях поселения древостоя в почве еще есть резерв корневых остатков от предыдущей стадии зарастания и они могут способствовать внутрипочвенному гуму-сообразованию, то к стадии сомкнутого древостоя этого резерва уже нет, а фитомасса травяного яруса (и надземная и подземная) в лесу крайне мала по сравнению с луговыми сообществами. Березовый лес 15-20-летнего возраста еще не поставляет столько лиственного опада, чтобы обеспечивать образование и накопление большого количества гумусовых веществ, как березовый лес более зрелого возраста, — есть данные о том, что почва под березняком 30-35 лет более гумифицирована, чем почва интенсивно используемого сенокосного луга [22]. С другой стороны, поскольку изучаемые участки отличаются как по особенностям почвообразующих пород, что
отражается на гранулометрическом составе, так и по особенностям растительности, что отражается на биологическом круговороте, есть некоторые различия и в динамике показателей гумусного состояния, несмотря на вышеперечисленные общие тенденции. Снижение содержания и запасов гумуса отчетливее проявляется в более тяжелых и обогащенных органическим веществом почвах (Масловский участок) — распашка, использование, по-видимому, приводят к некоторому повышению этих показателей, в ходе зарастания они снижаются и так и не восстанавливаются до уровня почвы зрелого леса, по крайней мере на стадии молодого березняка. На более легких и менее гумуси-рованных почвах (средняя глубина литологического контакта) распашка и использование земель также повышают содержание и запасы гумуса (довольно существенно), причем повышенными по сравнению с лесом они остаются на всех изученных стадиях зарастания. На песчаной почве все вышеперечисленные закономерности проявляются очень слабо. Более того, пахотная почва без весьма интенсивных сельскохозяйственных мероприятий может иметь содержание и запас гумуса более низкие, чем в лесной почве. По-видимому, определенную роль играют изначальные свойства почвы: если сравнить разрезы Д6, М5 и У4 (зрелый лес), то они существенно отличаются по всем изученным свойствам. Различия в динамике фракций гуминовых кислот и фульвокислот также во многом обусловлены изначально разным групповым и фракционным составом гумуса, что в свою очередь может быть объяснено как особенностями гранулометрического состава, так и в определенной степени составом растительности, в частности обогащенно-стью растительного опада зольными элементами и легкоразлагаемыми органическими соединениями. Еще один существенный момент — в почвах Масловского участка в ходе зарастания лесом повышается содержание Сгк-1, а в почвах Долгиревского снижается. Возможно, в одних условиях (относительная обогащенность зольными элементами, благоприятный для гумификации гидротермический режим при высоком водоупоре) происходит более интенсивное разложение корневых остатков от предыдущей стадии зарастания, что приводит к накоплению в почве свободных и непрочносвязанных гуминовых кислот; при другом сочетании локальных факторов (температура, влажность, гранулометрический состав, количество зольных элементов) либо разложение растительных остатков замедлено, либо нет достаточных условий для накопления гуминовых кислот в почве [17]. Действительно, существенные изменения фракционного состава гумуса (особенно гуминовых кислот) происходят уже на стадии заброшенного сенокосного луга.
Эмиссию почвой углекислого газа определяли трижды: конец июня 2007 г., конец сентября того же года, начало мая 2008 г. (табл. 4). Для всех сук-цессионных рядов характерно снижение эмиссии СО2 почвой сенокосного луга по сравнению с поч-
Эмиссия почвами углекислого газа
Площадка Дыхание, мг СО2/м2 -ч
весна (май, 2008) лето (июнь, 2007) осень (сентябрь, 2007)
Масловский участок
М0 (пашня) не опр. 175 не опр.
М1 (сенокосный луг) 115
М2 (зарастающий луг) 45
М3 (молодой лес 15 лет) 80
М4 (молодой лес 25 лет) 101,2
М5 (зрелый лес) 99,4
Долгиревский участок
Д9 (сенокосный луг) 360,4 115,2 282
Д8 (зарастающий луг) 213,4 55,0 170
Д7 (молодой лес 15 лет) не опр. 145,0 110
Д6 (зрелый лес) 56,3 205,0 180
Унжинский участок
У1 (пашня) 158,1 102,5 не опр.
У2 (сенокосный луг) 197,5 32,1 220,0
У3 (зарастающий луг) 241,6 163,5 не опр.
У4 (зрелый лес) 118,7 180,0 90,0
вой пашни, для двух рядов — резкое ее снижение почвой зарастающего луга по сравнению с почвой сенокосного, а затем снова рост этого показателя в молодых мелколиственных лесах. Для почв зрелых лесов характерны, как правило, максимальные показатели эмиссии углекислого газа. Динамика эмиссии на стадиях пашня — сенокосный луг — зарастающий луг в принципе соотносится с динамикой других показателей, т.е. снижение рН, содержания и запасов гумуса также может косвенно указывать на снижение микробиологической активности. Микробиологическая активность дерново-подзолистой постагрогенной почвы в данном случае определяется как самой растительностью [11], так и целым комплексом факторов, в том числе и локальными тепловым и гидрологическим режимами, которые в свою очередь напрямую зависят от характера растительного покрова [13]. Прекращение перемешивания пахотного слоя делает водно-воздушный режим менее благоприятным для микроорганизмов. Прекращение сенокошения обусловливает накопление на поверхности почвы травяного опада, что также не может не сказываться на температурном и воздушном режимах. Показательно, что данная закономерность не наблюдается именно на Унжинском участке, где почвы наиболее легкие и лучше аэрированы. На стадии молодого леса эмиссия почвой углекислого газа снова резко возрастает в 2—3 раза, что, возможно, связано с увеличением количества надземного опада и как следствие посто-
Таблида 4 янных деструкционных процессов в лесной подстилке, сопровождающихся выделением углекислого газа. Определенный вклад вносит также возрастание корневой биомассы (за счет корней деревьев), дыхание которой также включается в общую эмиссию СО2.
Влияние смены характера сельскохозяйственного использования на изучаемые свойства, а именно перехода пахотной почвы в почву суходольного луга (сенокосного), можно наблюдать на примере почв Унжинского участка. Морфологически профили этих почв не различаются. Что касается физико-химических свойств, то в почве сенокосного луга по сравнению с почвой пашни существенно повышена кислотность, причем по всему профилю. Меняется после прекращения распашки и характер профильного распределения рН: в почве пашни он падает вниз по профилю, в почве сенокоса, напротив, несколько возрастает, что связано с влиянием корневых систем уже постоянного лугового сообщества. Кроме того, несколько снижаются как содержание гумуса, так и его запасы в верхней части профиля. Профильное распределение содержания гумуса также различается в изучаемых почвах: на пашне оно менее резко убывает вниз по профилю. Показательно, что эмиссия почвой углекислого газа при переходе от пашни к сенокосному лугу также падает, что может косвенным образом указывать на снижение биологической активности почвы [13]. Главной причиной всех этих изменений является прекращение агротехнических мероприятий, направленных на увеличение почвенного плодородия, а также постепенная деградация пахотного горизонта.
Выводы
1. При прекращении распашки дерново-подзолистой почвы и дальнейшем использовании ее в качестве сенокосного угодья происходит некоторое снижение плодородия: повышается кислотность, содержание и запасы гумуса снижаются, распределение гумуса по профилю становится более регрессивно-аккумулятивным.
2. При зарастании лесом сенокосных лугов, образованных на месте пашни, происходит повышение кислотности почвы по всему профилю, а также изменение характера профильного распределения рН: если в луговых экосистемах этот показатель вниз по профилю снижается, то в лесных, напротив, повы-
шается, что говорит о влиянии на данный процесс именно луговой растительности.
3. В ходе лесовосстановления по суходольному лугу происходит снижение содержания и запасов гумуса, при этом он становится более фульватным. Перечисленные свойства почвы существенно меняются на стадии образования сомкнутого древостоя. На стадии старого луга возможно как незначительное повышение, так и снижение содержания гумуса в зависимости от специфики смены флористического состава.
4. Степень изменения кислотности и некоторых показателей гумусного состояния почв определяется такими локальными факторами, как почвообразующая порода, в частности ее гранулометрический состав, а также особенностями динамики растительности. Динамика содержания и запасов гумуса отчетливее выра-
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Агропромышленный комплекс России. М., 2001.
2. Баранова О.Ю., Номеров Г.Б., Строганова М.Н. Изменение свойств пахотных дерново-подзолистых почв при зарастании их лесом // Почвообразование в лесных биогеоценозах. М., 1989.
3. Быкова Л.Н., Зырин Н.Г. Значение корней травянистой растительности в круговороте азота и зольных элементов // Вестн. Моск. ун-та. Сер. биол., почвовед. 1960. № 3.
4. Васильевская В.Д. Почвы южнотаежного Заволжья в пределах Костромской области // Структура и динамика экосистем южнотаежного Заволжья. М., 1989.
5. Гедымин А.В. Влияние истории использования земель на некоторые свойства почв бассейна Валдайского озера // Природные ресурсы и вопросы их рационального использования. М., 1976.
6. Гончарова И.Б., Востокова Л.Б. Биологическая продуктивность и зольный состав растительности аллювиальных луговых почв поймы Северной Двины // Вестн. Моск. унта. Сер. 17. Почвоведение. 1992. № 4.
7. Гришина Л.А., Копцик Г.Н., Макаров М.И. Трансформация органического вещества почв. М., 1990.
8. Гузэль Н.И. Изменения почвенного покрова при зарастании бывших сельскохозяйственных земель на Карельском перешейке // Мат-лы по изучению русских почв. 1999. № 1.
9. Классификация и диагностика почв России. Смоленск, 2004.
10. Коротков А.А. Изменение дерново-подзолистых почв под луговой растительностью // Почвоведение. 1960. № 9.
11. Курганова И.Н., Кудеяров В.Н. Оценка потоков диоксида углерода из почв таежной зоны России // Почвоведение. 1998. № 9.
жена в тяжелых и гумусированных почвах, динамика кислотности — в более легких почвах.
5. Изменение группового и фракционного состава гумуса в ходе постагрогенной лесовосстановитель-ной сукцессии при любых условиях заключается в снижении содержания гуминовых кислот 2-й и 3-й фракций. Динамика углерода гуминовых кислот 1-й фракции определяется особенностями почвы.
6. При прекращении распашки эмиссия углекислого газа дерново-подзолистой почвой снижается, достигая минимального значения на стадии зарастающего луга, затем на стадии появления лесного сообщества на месте лугового снова существенно возрастает, возможно, по причине возрастания количества опада и вклада в дыхание почвы корневых систем деревьев.
12. Литвинович А.В., Павлова О.Ю., Чернов Д.В. Изменение гумусового состояния дерново-подзолистой почвы при прекращении антропогенного воздействия // Докл. Российской академии сельскохозяйственных наук. 2002. № 6.
13. Макаров Б.Н. Газовый режим почвы. М., 1988.
14. Макаров И.Б. Дифференциация пахотного горизонта дерново-подзолистых почв в условиях их окультуривания: Автореф. канд. дис. М., 1981.
15. Никитин Б.А. Свойства и классификация окультуренных дерново-подзолистых почв. Чебоксары, 1976.
16. Орлов Д.С., Бирюкова О.Н., Суханова Н.И. Органическое вещество почв Российской Федерации. М., 1996.
17. Орфанитский Ю.А. Основы лесного почвоведения. М., 1982.
18. Продуктивность луговых сообществ. Анализ первичного продукционного процесса. Л., 1978.
19. Работнов Т.А. Луговедение. М., 1984.
20. Раменский Л.Г., Цаценкин И.А., Чижиков О.Н., Антипин Н.А. Экологическая оценка кормовых угодий по растительному покрову. М., 1956.
21. Скворцова Е.Б., Баранова О.Ю., Нумеров Г.Б. Изменение микростроения почв при зарастании пашни лесом // Почвоведение. 1987. № 9.
22. Телеснина В.М., Шахин Д.А., Куваев В.Б., Роден-ков А.Н. Динамика почв и растительности в ходе лесовос-становительной сукцессии на суходольных лугах (средний Енисей) // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 17. Почвоведение. 1997. № 4.
23. Якименко Е.Ю. Особенности почвообразования на суходольных лугах // Почвоведение. 1987. № 5.
Поступила в редакцию 14.05.08
DYNAMIC OF SOME SOUTH TAIGA POST-AGRICULTURAL SOILS FEATURES
IN CONNECTION WITH VEGETATION CHANGE PARTICULARITIES
А.S. Vladychensky, V^. Telesnina, ^A Rumyantseva, S.I. Filimonova
Some characteristics of ecosystem carbon balance dynamic were studied for neglected agricultural lands of south taiga. Soil acidity increases by reafforestation from meadow ecosystems to forest ecosystems. Humus content in soil upper layer decreases by reafforestation, this index dynamic being less clear in sandy soils. Emission of carbon dioxide by soil depends on reafforestation stage.
