CC BY
33
УДК 630*652.2
ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ПОЧВ В УСЛОВИЯХ ПОЛЕВЫХ И ЛЕСОПАРКОВЫХ ЭКОСИСТЕМ МОСКОВСКОГО МЕГАПОЛИСА
И.М. Яшин, д.б.н., Л.П. Когут, И.С. Прохоров, к.с.-х.н., И.И. Васенев, д.б.н.
РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева
Почвы и экосистемы мегаполиса испытывают значительные антропогенное воздействие (физическое и химическое), осложненное «кислотными дождями», а также антигололедными солями. В статье рассмотрены результаты длительных стационарных опытов по водной миграции веществ в дерново-подзолистых почвах катен (пла-кор - склон холма - подошва склона) Полевой опытной станции и Лесной опытной дачи РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева. Приведены также фактические данные о кислотности, составе гумуса и генезисе этих почв.
Ключевые слова: дерново-подзолистые почвы, кислотность, водная миграция веществ, гумусовое состояние почв, экосистемы мегаполиса.
ECOLOGICAL CONDITION OF SOILS IN FIELD AND FOREST-PARK ECOSYSTEMS OF MOSCOW CITY
I.M. Yashin, L.P. Kogut, I.S. Prokhorov, I.I. Vasenev
Megapolis soils and ecosystems suffer rather anthropogenic pressure (physical and chemical), complicated by acid rains and de-icing salts. Results of long-term stationary experiments related to compound water migration in sod-podzolic soil of catena (plakor - hill slope - slope sole) at Field experimental station and Forest experimental station of Russian Timiryazev State Agrarian University are presented. Fact data for acidity, humus compound and soil genesis is given also.
Keywords: sod-podzolic soil, acidity, compound water migration, humus soil condition, megapolis ecosystems.
Локальное химическое загрязнение почв ионами тяжелых металлов (ТМ) и иными экотоксикантами особенно активно выражено в крупных мегаполисах [1]. Отмечается изменение свойств почв как парковых, селитебных, так и полевых ландшафтов (гольфполей, почв стадионов, питомников, опытных и дачных участков, примыкающих к территории крупных городов). Информации подобного рода пока явно недостаточно. Поэтому нами проводится локальный мониторинг экологического состояния почв, экосистем и оценка миграции в них веществ [2].
Географически территория Лесной опытной дачи (ЛОД) и Полевой опытной станции расположена на макроводоразделе рек Яузы и Москвы с абсолютными отметками высот 165-175 м над уровнем моря. Эти урочища активно используются людьми более 200 лет и сложены сильно сглаженными холмами и древними долинообраз-ными ложбинами стока. Почвообразующие породы: тяжелосуглинистая каменистая морена, покровные суглинки и двучленные отложения, в которых супеси на глубине 54-67 см подстилаются тяжелыми суглинками. Почвенный покров ЛОД обстоятельно изучен специалистами кафедр почвоведения, экологии и лесоводства РГАУ-МСХА. Здесь проводили также комплексные почвенно-экологические и лизиметрические исследования [1, 3].
Среднее многолетнее количество осадков на ЛОД около 610 мм, из них 320 мм выпадает за май-август. Среднегодовая температура воздуха 4,1°С. Грунтовые воды на плакорах залегают на глубине 2,5-3,0 м и на процессы почвообразования влияния почти не оказывают. В нижней трети склона выположенных холмов грунтовые воды обнаружены на отметке 117 см, а гумусовый горизонт достигает здесь 42-46 см из-за намытости. Почвы Полевой опытной станции изучены менее обстоятельно: преобладает в основном агрохимическая информация о свойствах пахотного горизонта [4].
Генезис почв и почвенный покров рассматриваемых объектов активно изучали в 1995-2004 гг., когда И.М.
Яшин проводил со студентами полевую практику по ландшафтоведению и общей экологии.
Внутрипрофильную миграцию водорастворимых органических веществ (ВОВ) и ионов ТМ в почвах изучали с помощью метода сорбционных лизиметров. Жесткие пластмассовые колонки с приемниками вод (на 1 -1,5 л) устанавливали под генетические горизонты почв в 2-4-кратной повторности. Колонки располагали или под кронами зрелых деревьев на ЛОД, или в «окнах» между ними; на Полевой станции - в почвах, где выращивали козлятник и клевер красный в почвенно-геохимической ка-тене. Использовали следующие сорбенты: низкозольный активированный уголь, размер частиц 0,25-0,1 мм, основной оксид алюминия для хроматографии, ионообменные синтетические смолы (катионит КУ-2 в Н+-форме и анио-ниты - полифункциональный ЭДЭ-10п и монофункциональный АВ-17 и ОН--форме). Сорбенты в колонках разделяли 2 см слоем, химически очищенного кварцевого песка по методике И.М. Яшина. 10% раствор НС1 малоэффективен, заметная часть соединений Бе остается в песке в форме труднорастворимых гидроксидов железа Их удалить можно только с помощью органических ли-гандов и щелочи. Химические свойства почв изучали традиционными физико-химическими методами [2, 3].
Почвенно-экологическое картографирование почв нескольких кварталов (фаций) ЛОД в М 1:500, выполненное авторами, показало, что на пестроту почвенного покрова большое влияние оказывают генезис почвообра-зующих пород, рельеф, ветровалы, вырубки, характер насаждений, а также повреждения почв и растительности в период Великой Отечественной войны (здесь были глубокие траншеи, блиндажи, аэростатные площадки). Морфология почв ЛОД подробно рассмотрена в работах [1, 5]. На Полевой станции профили почв также трансформированы вследствие плантажной обработки почв. Причем, сведения о генезисе почв Полевой станции в литературе порой противоречивые, что отмечено в рабо-
те [4]. Например, не учитывается двучленность сложения почвенных профилей, возможно, из-за популярной концепции формирования в агроландшафтах мощного пахотного горизонта. При этом взаимосвязь между генетическими горизонтами почв до сих пор остается изученной
неполно и во внимание практиками почти не принимается. Не учитывается важная информация о водной миграции и трансформации удобрений и мелиорантов, загрязнение ими грунтовых вод. В этой связи рассмотрим морфологию почв Полевой опытной станции.
Почвенный разрез № 4. Верхняя треть пологого склона мореного увала (культура - козлятник). Разрез заложен к востоку от опыта Д.Н. Прянишникова кафедры земледелия в 64 м. Микрорельеф - ложбинки стока и борозды от вспашки.
свежий, темно-серый, легкосуглинистый, слабо уплотненный непрочно мелкокомковато-пылеватый, редко мелкие угольки, интенсивно пронизан корнями, много растительного детрита, тонкопористый, в нижней части пропитан «потечным гумусом - компонентами ВОВ», редко мелкая дресва, переход волнистый по цвету и плотности;
влажный, серый, супесчаный, непрочно плитчато-комковатый, сильно уплотненный (плужная подошва), редкие «гнезда» Fe-Mn мелких конкреций размером не более 1,5 мм в диаметре, они хаотично разбросаны в нижней части горизонта, дресва и редко мелкие камни, корни растений, редко копролиты, переход волнистый по цвету;
контактно-оглеенный горизонт: влажный, белесо-красновато-бурый (видны затеки ВОВ), супесчаный, комковато-плитчатый, очень сильно уплотненный в сухом состоянии за счет цементации мелкозема коллоидами Fe, Si, единичные корни, дресва и камни, много Fe примазок, копается с большим усилием, переход ясный по цвету и плотности;
иллювиальный горизонт - сорбционный барьер миграции и водоупор - сырой (после дождей), красновато-бурый, тяжелосуглинистый, локально опесчаненный, очень плотный, крупно-ореховато-призматический, аморфные формы Fe, Si и Mn заполняют миграционные трещины, много мелких камней и щебня, копается с трудом, переход постепенный;
сырой, красно-бурый с большим количеством тонких (искривленных и белесых) «языков» в слое 68-84 см, опускающихся из верхнего гор. Eh/В, тяжелосуглинистый, крупно призматический, вязкий, очень плотный, по граням структурных отдельностей бурая лакировка и примазки Fe, валунчики и камни, редкие корни, водная миграция здесь идет не фронтально, а локально -по трещинам; переход постепенный;
почвообразующая порода (морена) - сырой, красно-бурый, тяжелосуглинистый (редко линзы крупнозернистого и ожелезненного песка), глыбистый, очень плотный (до слитого), отдельные сизовато-белесые и вязкие языки, крупные камни и редко валунчики, редкие пятна оглеения, копается с очень большим усилием. Мелкозем почвы не вскипает от 10% раствора НС1 по всему почвенному профилю. Карбонатов кальция педоген-ного генезиса не обнаружено, но щебень СаСО3 геологического генезиса иногда встречается с 128 см. Почва: дерново-подзолистая контактно-глееватая легкосуглинистая трансформированная на двучленных отложениях.
А
-^пах
0-21 (21 см)
А1
21-29(31) см
Еь/Ву
29(31)-39(42)см
В
39(42)-68 см
ВСg 68-100 (32 см)
СУ
100-167 (67 см)
Диагностика морфологических признаков почвы Полевой станции показала, что ее профиль заметно трансформирован, и в нем отсутствуют некоторые горизонты лесной почвы - До, АоМ^, Еь, которые были припаханы и ухудшили агрономические свойства горизонта Апах. Двучленное строение профилей почв, характерное для фаций ЛОД, включает верхний песчано-супесчаный (реже легкосуглинистый) верхний слой и тяжелосуглинистый нижний (на глубине 54-67 см), которые соприкасаются через четко выраженный и мощный контактно-глеевый ярко белесый горизонт EL'g. На полевой опытной станции верхний легкосуглинистый (опесчаненный) слой менее мощный: контакт между кроющим и подстилающим слоями в почвах при двучленном сложении осуществляется на глубине 30-40 см, значит, часть этого слоя уже эродирована. В средней части склона этого же холма (в катене) в профиле почвы уже нет горизонта Еь/В(в) - он припахан и его вещества ухудшают агрономические свойства горизонта Апах. Пахотный горизонт здесь уже менее мощный (21-23 см), и залегает на красновато-буром горизонте В - плотном водоупоре. В дальнейшем, при эрозии, мелкозем горизонта А1 будет эродирован в подошву склона, а к поверхности приблизится красновато-бурый иллювиальный горизонт. Его и будут в будущем распахивать; свойства этой сильноэродиро-ванной (и по генезису новой) почвы заметно ухудшатся,
особенно физические, также резко ухудшится качество выращиваемой продукции.
Такие «почвоподобные тела» лучше исключить из земель сельскохозяйственного назначения. Как будет диагностироваться такая почва? Возможно, как бурозем (так часто именуют почвы в ландшафтах Прибалтики), но это некорректно, поскольку нужно учитывать динамику процессов почвообразования и эрозию (в том числе в лесах - вырубки и ветровалы). В буроземах отмечается оглинивание мелкозема в средней части профиля, как в лесных ландшафтах Карпат. Для почв тайги с двучленным сложением профиля процесс оглинивания нехарактерен. На этом примере видно, что пока в агросфе-ре используется супесчано-легкосуглинистый слой почв на двучленных породах, этот слой можно окультуривать. Затем наступят иные времена, о которых мы кратко и сказали. Следовательно, знание морфологии почв позволяет оценивать экологическую безопасность агроланд-шафтов на ближайшую перспективу.
В современный период субпрофиль лесного подзола с горизонтами А0, Еь и испытывает активное биогеохимическое воздействие таежной биоты и продуктов ее жизнедеятельности; весной и осенью прокрашивается миграционными компонентами водорастворимых органических веществ (ВОВ) и органоминеральными соединениями Fe, Мп - «потечным гумусом».
Развивая идеи В.В. Докучаева, Б.Б. Полынов предложил классифицировать горизонты почв на субстантивные и генетические [3]. Первые выделяются в профиле, исходя из особенностей химического состава, свойств и структурной организации почвенных масс; вторые - с учетом их генезиса. Последний методологический подход был предложен еще В.В. Докучаевым: генезис и свойства почвы рассматривали в виде сложной функции, зависящей от пяти факторов почвообразования. В дальнейшем эта концепция была дополнена известной триадой И.П. Герасимова: факторы - почвенные процессы -свойства почвы. Эта триада основополагающая. Факторы почвообразования (климат, биота, породы, рельеф и история ландшафта) не прямо воздействуют на почвы, а через процессы почвообразования. Их учет обязателен, поскольку почвы - динамически функционирующие подсистемы конкретных экосистем. В этой связи стандартизировать свойства почв и создавать стандартные почвенные (и гумусовые) образцы в принципе некорректно: сменятся сезоны года - заметно изменятся и свойства почвы, например, биологическая активность генетических горизонтов, миграция веществ. Это особенно типично для ландшафтов тайги с промывным водным режимом, длительным промерзанием почв, выпучиванием камней (щебня) и биогенной кислотностью. Здесь актуален почвенно-экологический мониторинг.
Рассмотрим некоторые химические свойства почв ЛОД. Величины рНкс1 верхних генетических горизонтов, определенные в августе, находились в пределах 3,0-4,4 и характеризовались очень сильно кислой реакцией. Подобная ситуация отмечена для всех изученных профилей. Наиболее высокие значения рНкс1 обнаружены в горизон-
те А1/Бьв, в глубь по профилю они незначительно уменьшаются. Высокая степень кислотности связана, на наш взгляд, с присутствием значительных масс ВОВ, фульво-кислот, соединений алюминия и марганца, а также сильных минеральных кислот, поступающих в виде «кислотных дождей» (табл. 1). Сумма поглощенных щелочноземельных оснований (Са2+ + М^2+) в изученных почвах невысокая и лишь в почвах кварталов 10 и 7, на старовозрастных посадках лиственницы и сосны, достигает 6-12 мг-экв/100 г почвы [1]. Значения гидрологической кислотности высокие, как в горизонте А1/Еьв, так и в нижних - БЬв, EL/Вg: 3,7-6,4 мг-экв/100 г. Почвы старовозрастных посадок лиственницы и сосны характеризуются более высокими значениями Нг (12,3-21,5 мг-экв/100 г). Этот факт генетически связан с мобилизацией в раствор из опада, лесных подстилок и корневых выделений ВОВ.
Содержание гумусовых веществ (табл. 2) в горизонте А1/Еь лесопарковых почв ЛОД характеризуется как очень высокое; обычно оно не превышает 2,5-3,2% (фоновая площадка в учхозе «Михайловское» Подольского р-на Московской обл., лесная опушка) [2]. Возможно оно связано с локальным выпадением аэрозольных частиц сажи, интенсивно сорбирующей миграционные компоненты ВОВ. Для этого использовали метод сорбционных лизиметров. Установлено, что в верхних горизонтах почв ЛОД активно выражена нисходящая водная миграция ВОВ (табл. 3). Горизонт Бь лесных супесчаных дерново-подзолов ЛОД сезонно пропитывается компонентами ВОВ, в частности, полифенолами и органоминеральными соединениями Fe, Мп, придающими верхнему слою темно-серый цвет, а в летний период он часто диагностируется как горизонт А1 . Поэтому мы его диагностируем как горизонт А1/Е^.
1. Изменение величин pHкcl по горизонтам дерново-подзолов контактно-глееватых супесчаных на двучленных отложениях ЛОД. Отбор почвенных образцов - 5 августа
Квартал на Пробная Ориентировоч- Горизонты (барьеры миграции) почв
ЛОД площадь ный возраст Л1/Еь, 2-12 см (сорб- ЕЬр, 25-35 см (сорбцион- ЕЬр/В ^'р) 50-60 см
насаждений, лет ционный барьер) ный, сезонно-оглеенный) (контактно-глеевый)
7 (сосна) «Р» 34 3,5 ± 0,5 3,0 ± 0,7 4,5 ± 0,1
8 (лиственница) «В» 40 3,0 ± 0,4 3,2 ± 0,2 4,6 ± 0,2
8 (дуб) «М» 52 3,4 ± 0,3 3,4 ± 0,2 4,7 ± 0,3
8 (сосна) «Л» 83 3,2 ± 0,4 3,3 ± 0,5 4,8 ± 0,1
11 (сосна) «Г» 109 3,3 ± 0,3 3,6 ± 0,3 4,6 ± 0,2
5 (лиственница) «Ж» 115 3,2 ± 0,1 3,4 ± 0,1 4,8 ± 0,1
10 (лиственница) «А» 117 3,5 ± 0,5 3,4 ± 0,2 4,6 ± 0,3
7 (сосна) «П» 122 4,4 ± 0,3 4,0 ± 0,1 4,9 ± 0,1
Среднее при п = 8: х 3,4 3,5 4,7
2. Содержание гумусовых веществ (Сорг х 1,724; %) в подзолах контактно-глееватых
супесчаных, развитых на двучленах. ЛОД РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева
Квартал на ЛОД Пробная площадь Возраст насаждений, годы Горизонты (барьеры) почв
Л1/Еь (2-12 см) Еьв (22-35 см) Ер/Вр ^'р) (50-60 см)
7 (сосна) «Р» 34 4,4 ± 0,6 1,7 ± 0,3 0,4 ± 0,1
8 (лиственница) «В» 40 6,5 ± 0,9 1,6 ± 0,2 0,9 ± 0,2
8 (дуб) «М» 52 8,0 ± 1,8 2,3 ± 0,4 0,2 ± 0,1
8 (сосна) «Л» 83 5,4 ± 0,7 2,1 ± 0,4 0,2 ± 0,1
11 (сосна) «Г» 109 7,0 ± 1,4 1,4 ± 0,2 0,5 ± 0,1
5 (лиственница) «Ж» 115 6,0 ± 0,8 1,8 ± 0,5 0,3 ± 0,1
10 (лиственница) «А» 117 7,6 ± 0,9 1,1 ± 0,2 0,3 ± 0,04
7 (сосна) «П» 122 4,3 ± 0,7 1,8 ± 0,6 0,2 ± 0,03
Среднее значение при п = 8: х 6,2 1,7 0,4
3. Сезонный масштаб нисходящей миграции ВОВ и их состав в почвах ЛОД
Горизонт и Объем воды в Сорг ВОВ, мг/л Вынос Сор1 Сорг ИОВ в Сорбция и ми-
глубина уста- приемниках в прием- в водо-ацетоновом в аммоний- ВОВ, г/м2 составе нерализация
новки колонок, лизиметров, никах элюате угля ном элюате за 1 год ВОВ, % ВОВ гор. Аь % к
см л вод (ИОВ) с угля (ФС) поступившему
Стационарные площадки на ЛОД РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева. Парцелла - под кроной дуба. Квартал 13.
Разрез 47: дерново-подзолистая легкосуглинистая на морене. Нижняя 1/3 склона холма. Наблюдения 1 год.
Ао(О), 3 1,54 2,9 417,4 95,8 38,6 81,3 -
А1, 14 1,15 6,3 74,2 186,7 19,7 28,4 49,0
A1/ELh, 27 0,93 8,4 35,7 216,8 19,0 14,1 3,6
Парцелла - под кроной лиственницы. Квартал 7. Разрез 15Л. Дерново-подзол контактно-глееватый супесчаный,
развитый на двучленных отложениях. Плакор холма. Наблюдения 1 год.
Ао(О), 2 1,74 11,6 537,3 204,5 55,9 72,4 -
Ai/Eh, 15 1,43 8,8 204,2 371,9 43,4 35,4 22,4
Ehg, 28 0,84 15,6 114,8 227,3 25,7 33,6 40,8
Квартал 7. Разрез 15Л. Плакор холма. Наблюдения в период вегетации: с 05 июня по 21 сентября
Ао(О), 2 0,25 1.4 89,5 137,1 17,1 39,5 -
Ai/Ehs, 16 0,22 3.6 37,9 88,2 9,5 30,1 44,4
Квартал 7. Разрез 15Л. Плакор холма. Наблюдения в абиогенный период: 15 октября по 21 мая
Ао(О), 2 1,22 4,8 313,7 184,2 37,5 63,0 -
Ehg, 29 1,37 11,5 176,3 219,8 29,8 44,5 20,5
Квартал 7. Разрез 15Л. Плакор холма. Опыт по изучению восходящей миграции: с 15 октября по 21 мая.
Ehg, 28 - - 74,2 192,8 20,1 27,8 Возврат 53,6%
Примечание. Сорбция ВОВ почвой отражает соотношение их масс на входе и выходе из генетического горизонта при миграции; заметная масса ВОВ при этом биодеградирует. Здесь, в принципе, и реализуется понятие «градиент барьера» миграции.
В почвенно-геохимической миграции веществ важную роль играет круговорот воды. В верхнем супесчаном слое с двучленным сложением почв в зоне тайги протекает провальная фильтрация почвенных растворов, а в суглинке - миграция по трещинам. На контакте слоев супеси и суглинка (на плакорах) часто застаивается избыток влаги и ВОВ: здесь развивается оглеение. На склонах холмов и увалов развит латеральный поток миграции. Двучлены -прекрасные водоупоры и хранители природных вод, способствуют развитию болот. Последние питают Северные реки, обогащенные ВОВ. Присутствие ВОВ уменьшает силу поверхностного натяжения растворов в капиллярах и тонких порах, поэтому почвенный раствор активнее мигрирует и с восходящим потоком влаги летом и зимой. Кроме водной миграции ВОВ, в почвах тайги круглый год наблюдается диффузия веществ. Ее роль заметно возрастает в контактно-осветленном горизонте двучленов, где образуются закисные соединения Fe2+, Mn2+, а также коллоидные системы AL, Fe, Si. Здесь весьма активны физико-химические процессы, а в верхнем подзолистом горизонте (Е) - биогеохимические. Наиболее точный учет мигрантов, на наш взгляд, должен проводится не только по растворимым в воде компонентам (водная миграция), но и по оценке диффузии и функционированию микроорганизмов. Процессы диффузии зависят от концентрационных градиентов веществ, их молекулярной массы в горизонтах почвы, и характера оглеения - поверхностное, грунтовое.
В полевых опытах использовали низкозольный активированный уголь «карболен». Сорбированные углем ВОВ, в лаборатории фракционировали по аналитической схеме W. Forsyth в модификации И.М. Яшина [3]. В составе компонентов ВОВ идентифицированы как индивидуальные органические вещества - ИОВ: алифатические органические кислоты, полифенолы, аминокислоты, так и специфические органические соединения, в частности, фульвокислоты (ФК). Соотношение их масс
было неоднозначно в изученных почвах. Из лесной подстилки в составе ВОВ больше диагностировано ИОВ, а после миграции ВОВ через сорбционные барьеры в их составе увеличивалась масса ФК. В молекулярных структурах ФК всегда обнаруживаются Бе-органические комплексные соединения. Возможно, формирование молекул ФК связано с сорбционным комплексообразо-ванием и перегруппировкой структур ВОВ с участием Бе3+ и микроорганизмов. Не исключено, что экологические функции мобильных ВОВ и ФК проявляются в качестве биогенных «аккумуляторов» и переносчиков генетической информации экосистем по трофическим цепям. В почве эта информации видоизменяется и сохраняется более полно в структурах гуминовых веществ.
Установлено, что в транс-аккумулятивной фации ЛОД (под кроной дуба) в годовом цикле миграции заметно выражена сорбция ВОВ веществами горизонтом Аь Здесь задерживается около 49% мигрируемых масс ВОВ.
Горизонт А^Ь, как мы и предполагали, служит транзитом для ВОВ: сорбция не выражена. Характерно, что в наземном растительном покрове почти отсутствуют травянистые растения, очевидно, вследствие аллелопатиче-ских свойств ВОВ. На плакоре, под кроной лиственницы, в горизонте А^ь отмечен аккумулятивно-элювиальный процесс: здесь закрепляется только 23% мигрируемых масс ВОВ. Хотя в горизонте Е^ наблюдается более масштабная сорбция ВОВ. В период вегетации водная миграция ВОВ в почвах ЛОД выражена менее масштабно (из-за активизации микроорганизмов), а в их составе заметно преобладают вещества фульвокислотной природы. В условно абиогенный период водная миграция в почвах ЛОД существенно усиливается: восходящий поток ВОВ достигает 20,1 г/м2 Сорг. Восходяще-нисходящие потоки миграции ВОВ активизируют биологическую активность длительно промерзающих почв тайги и мобилизуют химические элементы в раствор из почвенных
4. Масштаб водной миграции ВОВ и их компонентный состав в дерново-подзолистых почвах на двучленах Полевой опытной станции РГАУ-МСХА за период май-сентябрь
Глубина установки колонок, см
Количество воды в приемных сосудах лизиметров, л
Состав ВОВ в элюатах с угля, Сорг, г/м2 за 1 год
в водо-ацетоновом элюате (ИОВ)
в аммониином элюате
_(ФК)_
Общий масштаб миграции ВОВ, Сорг г/м2 за 1 год
Транс-элювиальный агроландшафт. Посев козлятника. Разрез 4 (верхняя 1/3 склона увала)
А 94
^пах,
1,1 ± 0,1
5,7 ± 1,7
3,8/40,0*
9,5 ± 3,7
Eh/B(g), 39
0,9 ± 0,2
3,1 ± 2,2
2,6/45,0
5,7 ± 2,8
Транс-аккумулятивный агроландшафт. Посев клевера. Разрез 1 (подошва склона)
Апах, 20
1,2 ± 0,2
8,2 ± 3,4
5,9/41,0
14,1 ± 5,6
Транс-аккумулятивный агроландшафт. Посев козлятника. Разрез 3 (подошва склона)
А 15
-^пах,
1,4 ± 0,4
9,7 ± 4,1
7,8/44,0
17,5 ± 5,4
* В знаменателе - % углерода ФК от общего масштаба миграции ВОВ
минералов и коллоидов. В этой связи доступность химических элементов биоте существенно повышается, в частности и за счет комплексообразования.
В сравнении с дерново-подзолами на двучленах ЛОД в почвах Полевой опытной станции вынос Сорг ВОВ заметно меньше, как и доля ФК в составе ВОВ (табл. 3, 4). Водная миграция ВОВ в почвах характеризуется их фракционированием по величинам молекулярных масс вследствие кислотного гидролиза минералов и насыщения ионами металлов. Нижних горизонтов достигают слабо усредняемые катионами фракции ВОВ. Источником ВОВ в пахотных почвах служат не только пожнивные растительные остатки, но и трансформируемые ВОВ гумусовые соединения почв. Для оценки реального масштаба миграции ВОВ в пахотной почве был проведен модельный опыт по мобилизации ВОВ (по углероду) в раствор из образца почвы Полевой станции. Дистиллированной водой в статике за двое суток из образца гор. А1 (раз. 4) мобилизуется 42,9 ± 7,1 мг/кг Сорг ВОВ. Масса пахотного слоя изучаемой почвы - 310 кг/м2. Из этой массы возможна мобилизация Сорг в период дождей 42,9 мг/кг х 310 кг = 13,2 г/м2. Ориентировочная масса ВОВ, поступающих с корневыми выделениями и опадом растений ~35-45 г/м2; смывы с вегетативных органов растений ~3 г/м2. Тогда общая мобилизация составит 13,2 + 35 + 3 = 51,2 г/м2 Сорг ВОВ. Согласно нашим исследованиям 82% новообразованной массы ВОВ биодеградирует микроорганизмами, что составит: 51,2 г/м2 х 0,82 = 41,0 г/м2. Оставшаяся устойчивой масса ВОВ к биодеградации равна 51,2 - 41,0 = 10,2 г/м2. Примерно 1/3 их массы сорбируется почвой и участвует в химических реакциях превращения веществ и обновления структур гумуса почвы - 3,0 г/м2 - это очень мало. Остается: 10,2 -3,0 = 7,2 г/м2 миграционно способной массы ВОВ по Сорг. Для одного из вариантов опыта на Полевой станции вынос ВОВ по Сорг составляет 9,5 ± 3,7 г/м2 за 1 год из горизонта Апах; почва находится на плакоре и не испытывает дополнительный латеральный приток влаги и ВОВ. В нижней 1/3 склона вынос ВОВ заметно возрастает (табл. 4).
Физико-химические свойства дерново-подзолистых почв пахотного горизонта Полевой опытной станции (разрез 3) имеют слабокислотную реакцию среды (рНкс1 5,15,5), невысокую гидролитическую кислотность (до 3,3 мг-экв/100 г почвы). Гумуса в минеральном субстрате немного - 0,8-1,3% по Сорг. Химические свойства горизонтов, залегающих глубже пахотного слоя, почти не отличаются от аналогов ЛОД [4]. Групповой состав гумусовых веществ в разрезе 4 гор. Апах (посев козлятника) по Сорг следующий: Сорг в почве - 1,4%; Сорг гуминовых веществ -
21,4% от Собщ; Сорг ФК - 43,9%; Сорг гумина - 34,7%. Отношение углерода гуминовых веществ (ГВ) к углероду ФК равно 0,48. Это указывает на фульватный - мобильный состав гумуса. Следовательно, культура козлятника активно подкисляет почву за счет органических кислот и большой биомассы растений. В горизонте Апах (под клевером, разрез 1), содержание Сорг - 1,9%, доля углерода ГВ достигает 38,7%, а ФК - 34,6%; 26,7% - гумин. Отношение Сгс/Сфс составляет 1,1. Гумусовые вещества под бобовыми многолетними травами имеют благоприятный фуль-ватно-гуматный состав, а мелкозем пахотного горизонта почвы - водопрочную зернисто-комковатую структуру.
Выводы. 1. В сосново-лиственничных фациях ЛОД, а также на пашне Полевой опытной станции РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева изучены морфология, химические свойства почв, развитых на двучленных отложениях. 2. Дерново-подзолы на двучленах ЛОД отличаются очень высокой кислотностью по всему профилю и наличием значительного количества обменного алюминия. Дерново-подзолистые аналоги Полевой станции имеют благоприятные свойства пахотного горизонта; с глубины 39-42 см эти свойства резко ухудшаются. 3. Исследованы сезонный и годовой масштаб водной миграции ВОВ. 4. В дерново-подзолистых легкосуглинистых почвах Полевой станции отмечен заметно меньший масштаб миграции компонентов ВОВ, что связано с их биодеградацией микроорганизмами. В составе ВОВ этих почв преобладают низкомолекулярные органические вещества неспецифической природы. В почвах ЛОД среди ВОВ больше мигрирует фульвокислот.
Литература
1. Яшин И.М., Буринова Б.В. и др. Исследование барьеров миграции ТМ в почвах Лесной опытной дачи РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева // Известия ТСХА, 2010, Вып. 3. - С. 9-23.
2. Яшин И.М., Когут Л.П. и др. Ландшафтно-геохимическая диагностика почв Европейского Севера России. Монография. Под общ. ред. И.М. Яшина. - М.: РГАУ-МСХА, 2012. - 158 с.
3. Яшин И.М. Мониторинг процессов миграции и трансформации веществ в почвах. Методические указания. - М: РГАУ-МСХА, 2013. - 183 с.
4. Сафонов А.Ф., Алферов А.А. Длительному полевому опыту 90 лет. - М.: РГАУ-МСХА, 2002.
5. Яшин И.М., Васенев И.И. и др. Исследование влияния почвенной биогенной кислотности на подзолообразование // Известия ТСХА, 2012, Вып. 6. - С. 142-158.
