CC BY
165
УДК 574.42
ФИТОЦЕНОТИЧЕСКИЕ И АНТРОПОГЕННЫЕ АСПЕКТЫ ПОЧВЕННЫХ СУКЦЕССИЙ ПРИСЕЙМЬЯ Г. КУРСКА
© 2016 Н. П. Неведров1, Е. П. Проценко2, Е. В. Иванова3
1канд. биол. наук, ассистент кафедры общей биологии и экологии
e-mail: 9202635354@mail.ru 2докт. с.-х. наук, профессор кафедры общей биологии и экологии e-mail: protselena@yandex.ru 3аспирант кафедры почвоведения, общего земледелия и растениеводства Курской государственной сельскохозяйственной академии e-mail: ekaterina-ivanoval990@mail.ru
Курский государственный университет
В работе произведена попытка описания антропогенно-спровоцированных сукцессий почвенного покрова, функционирующего под нетипичными искусственными насаждениями в условиях г. Курска. Песчаные почвы на аллювиально-флювиогляциальных отложениях под насаждениями сосны обыкновенной за 60-70 лет проходят стадию от дерново-подзолистых до подзолистых почв. Скорость деградации AY горизонта у дерново-подзолистых песчаных почв г. Курска составляет около 0,26 см в год.
Ключевые слова: песчаные почвы, подзолистые почвы, почвенные сукцессии, сосна обыкновенная, погребенная почва, аллювиально-флювиогляциальные отложения.
Современный почвенный покров города Курска представляет собой достаточно «пестрый ковер», слагающийся зональными и интразональными почвами, которые в большинстве своем претерпели антропогенные преобразования различного генезиса (техногенные, урбогенные, агрогенные). Наиболее трансформированными, несомненно, являются участки почв, расположенные в промышленных, селитебных зонах и зонах индивидуального жилищного строительства (ИЖС). В меньшей степени подвержены антропогенному прессу почвы санитарно-защитных, рекреационных зон и участки особо охраняемых природных территорий. Здесь даже можно наблюдать небольшие выделы естественных почв, ввиду чего почвы данных территорий эволюционируют при доминировании классических факторов почвообразования с некоторым антропогенным вмешательством [Неведров и др. 2016а; Неведров и др. 2016б].
Значительная часть территории города представлена поймами и надпойменными террасами, которые образуют масштабные санитарные и рекреационные зоны (рис. 1). На аллювиальных, делювиальных и флювиогляциальных отложениях функционирует растительность многих типов, среди которой имеются лиственные леса естественного происхождения (дубравы) и антропогенные насаждения (сосновые боры), а также встречаются пойменные и суходольные луга. Созданные человеком масштабные насаждения сосны обыкновенной в окрестностях г. Курска на надпойменных террасах р. Сейм (урочища Горелый лес, Гуторевый бор, Моква и др.) являются неотъемлемым компонентом экологического каркаса Курска [Батраченко и др. 2014].
Искусственно высаженные сосновые леса являются нетипичными для г. Курска сообществами, их характерная черта - связь с определенной стадией сукцессионного ряда. Растительный покров сосновых лесов сильно зависит от рельефа и количества выпадающих осадков. В более увлажненных понижениях рельефа в сосняках наблюдается заселение мелколиственных и широколиственных пород (дуб черешчатый, береза белая, клен остролистный) и травянистых представителей
(осоковые, злаковые). На сухих выровненных территориях под сомкнутыми кронами сосны растительный покров развит крайне слабо. Здесь наблюдается обилие мертвопокровных участков, но на осветленных «пятаках» отмечаются лишайники и зеленые мхи [Полуянов 2005].
Известно, что возраст, а также количественный и качественный состав искусственных насаждений являются мощными факторами, трансформирующими почвенный покров [Докучаев 1954; Ремезов 1956;]. Однако данных, касающихся направленности и скорости этой трансформации (изменение морфологии и основных физических свойств почв) в городских условиях под азональной растительностью, не
Рис. 1. Типы местности на территории г. Курска (по Н.О. Поляковой, 2010); цифрами обозначены исследуемые участки: 1 - притеррасная часть поймы р. Сейм; 2 - урочище Горелый лес; 3 -урочище Гуторевый бор; 4 - завод КЗТЗ
К тому же инвентаризация, мониторинг и оценка эколого-геохимического состояния почв территорий, формирующих экологический каркас города, является неотъемлемым компонентом поддержания экологического благополучия в нем. Поэтому данная работа имеет бесспорную актуальность.
Цель исследования состояла в оценке роли искусственных насаждений в трасформации почв в условиях г. Курска. Объектом исследования являлись почвы,
функционирующие на аллювиально-флювиогляциальных песчаных отложениях под искусственными насаждениями.
Все участки расположены в 2-4-х надпойменных террасах и притеррасной части поймы р. Сейм: урочище Горелый лес, территория завода КЗТЗ, урочище Гуторевый бор, луга в притеррасной части поймы р. Сейм (левый берег) (рис. 1) и представлены легкими песчаными почвами.
Изучались два участка, на которых расположены созданные человеком насаждения сосны в возрасте 60-70 лет (урочище Горелый лес №2, урочище Гуторевый бор №3) (рис. 1). В качестве контроля была взята погребенная почва завода КЗТЗ, на которой 62 года располагалось техногенное поверхностное образование. Соответственно, почва была изолирована от воздействия растительного покрова.
Оценивалась степень изменения мощности гумусового горизонта в процентах от контрольного консервативного образца. Оценку плотности сложения и влажность проводили по фоновым почвам подобного типа.
Для морфологического описания и определения мощности гумусового горизонта использовали профильный метод. Гранулометрический состав определяли мокрым методом, плотность сложения - методом режущего кольца согласно ГОСТ 5180-84, полевую влажность и запас влаги - весовым методом - ГОСТ 28268-89.
Первый участок находился в притеррасной части поймы и представлял собой выровненный участок, покрытый лугово-злаковой растительностью. Описание почвенного покрова участка приводится по репрезентативному разрезу №1. Данный участок мы условно приняли за контроль. Он схож с опытными изучаемыми участками рельефно, по составу почвообразующих пород и уровню антропогенного воздействия. И отличается лишь фитоценозом, который представлен естественной луговой растительностью. Тип почвы - аллювиальная темногумусовая глееватая легкосуглинистая на песчаных аллювиальных отложениях. Дернина (4-5 см) обеспечивает почву обильным поступлением органики. Мощность темногумусового горизонта составила 40 см (рис. 2). Темногумусовый горизонт хорошо окструктурен. Механический состав по горизонтам меняется значительно. В темногумусовом горизонте он легкосуглинистый, в эллювиально-иллювиальном - песчаный, в иллювиальном - суглинистый. Нижние слои профиля имеют ярко выраженное оглеение, которое наблюдается с глубины 70 см, что свидетельствует о периодически наступавшем переувлажнении (разлив реки и поднятие уровня грунтовых вод во время паводков). В данный момент преимущество ксерофитной флоры говорит о том, что последние 50-60 лет почва развивается в суходольных условиях. В нашем исследовании данный участок - это модель почвенной сукцессии, развивающейся на легких песчаных отложениях под лугово-злаковым разнотравьем.
Рис. 2. Аллювиальная темногумусовая глееватая легкосуглинистая почва на аллювиальных песчаных отложениях. Луг в притеррасной части поймы р. Сейм, зона ИЖС
Второй участок (опытный) находился в урочище Горелый лес. Урочище представлено выделами с насаждениями сосны обыкновенной послевоенных лет (1945— 1950). Он располагается на третьей и четвертой надпойменных террасах и представлен блюдцеобразными формами рельефа, с большим количеством западин. На относительно выровненных элементах рельефа отмечалось явное доминирование сосны обыкновенной. В аккумулятивных и склоновых элементах, а также по выровненному контуру западин на протяженности 20-30 м от края склонов произрастают дуб черешчатый, береза белая, тополь белый с немногочисленными вкраплениями сосны. Разрез №2 было решено заложить на контурном участке (для исключения факторов склонового смыва и аккумулятивного наноса почвенных элементов) в смешанном лесном выделе. В выделе с преобладанием сосны (основной участок) закладывалась прикопка. При морфологическом описании разрезов установлено, что мощность гумусового горизонта на контурном участке на 20-25 см больше, чем на участке под доминирующим сосняком, что обусловлено более интенсивным подзолистым процессом, происходящим в ходе разложения хвойного опада (рис. 3). По цвету гумусовый горизонт контурного участка заметно темнее, так как из-за относительно малого количества хвои здесь снижен подзолистый процесс, а листовой опад способствует развитию дернового процесса и аккумуляции гумуса. На контурном участке формируются дерново-подзолистые железисто-иллювиальные почвы без
четкого подзолистого горизонта, а на основном участке — подзолистые с ярко выраженным осветленным подзолистым горизонтом, который располагается непосредственно под органогенным.
AY
Рис. 3. Дерново-подзолистая песчаная железисто-иллювиальная почва без четкого подзолистого горизонта на аллювиально-флювиогляциальных песчаных отложениях. Урочище Горелый лес
Третий (опытный) участок — выровненный элемент рельефа, расположенный во второй надпойменной террасе левобережья р. Сейм «Урочище Гуторевый бор» искусственный сосновый лес, возраст которого 60-70 лет. Находится он в непосредственной близости к селитебной зоне и является местом отдыха большого количества горожан. Сомкнутость крон древостоя достигает 90%, но есть и достаточно осветленные участки. Встречаются небольшие территории, где сосна полностью отсутствует, и происходит их зарастание березой и тополем (возраст 10-20 лет). Среди травянистых растений на осветленных участках доминируют злаки.
Рис. 4. Подзолистая песчаная почва на аллювиально-флювиогляциальных песчаных отложениях. Надпойменная терраса «Урочище Гуторевый бор»
Почвенный покров выдела под посадками сосны представлен подзолистой песчаной почвой с отчетливым подзолистым горизонтом (рис. 4). На поверхности находится маломощный подстилочно-торфяной горизонт (хвоя, зеленые мхи, лишайники), под которым наблюдается прослойка грубого перегноя (1-2 см). Ниже залегает подзолистый (EL-горизонт), мощность которого - 9 см. Антропогенная нагрузка на выдел достаточно интенсивная, вся территория изрезана густой сетью тропинок и насыщена пятнами, уплотненными человеком во время культурного отдыха, в результате чего сильно изрежен травянистый покров, в том числе на осветленных участках.
В данной работе рассматривался только искусственный сосновый выдел. Оценивалась его роль в процессе трансформации почв. Описание участка проводили по репрезентативному разрезу №4, заложенному в типичных для данного выдела условиях (рис. 4).
Еще один контрольный участок находился во второй надпойменной террасе правобережья р. Сейм на территории бывшего завода КЗТЗ и представлял собой погребенную под стосантиметровым слоем техногенного поверхностного образования дерново-подзолистую песчаную почву на аллювиально-флювиогляциальных песчаных отложениях (рис. 5). Эта почва искусственно изолирована (законсервирована) от воздействия растительного покрова, так как корни растительности промышленной площадки не проникают на такую глубину. Вероятность вертикального стока кислых выделений корневых систем резко снижается за счет экранирования плотными слоями
щебня песка и глины, формирующими ТПО. Слабая аэрация и водопроницаемость ТПО снижает активность микробоценоза в погребенных горизонтах исходной почвы. То есть фактически почва сохранена и отражает морфологию образца 1954 г. (почва до основания завода КЗТЗ). Мощность гумусово-аккумулятивного горизонта погребенной почвы в среднем составляла 19 см (рис. 5). Согласно карте Генштаба РККА от 1939 г. на данной территории располагалось лиственное лесное сообщество [ЭтоМесто интернет контент...].
О
и1
и2
из
(А 19
(B)
(C)
Рис. 5. Погребенная под слоем ТПО дерново-подзолистая песчаная почва без четкого подзолистого горизонта на аллювиально-флювиогляциальных песчаных отложениях. Территория завода КЗТЗ: 1 - ТПО (100 см); 2 - погребенная почва
В ходе анализа данных морфологического описания отмечена максимальная мощность гумусово-аккумулятивного горизонта в почвах участка №1 - 41 см (табл.). Минимальная мощность наблюдалась в почвах основного участка Горелого леса и почвах Гуторева бора. Исходя из предположений, что погребенная почва территории бывшего завода КЗТЗ является контрольным участком и точкой отсчета современного микроэтапа педогенеза для исследуемых нами территорий, можно определить векторы почвенных сукцессий, а также судить о скорости аккумуляции и деградации гумусового горизонта в почвах на аллювиально-флювиогляциальных песчаных
отложениях в надпойменных террасах г. Курска. На участках, функционирующих исключительно под сосновыми насаждениями (участки №2.1 и №3), за счет интенсивного подзолистого процесса сформировались подзолистые почвы с отсутствием гумусово-аккумулятивного горизонта. Таким образом, гумусово-аккумулятивный горизонт полностью деградировал за 60-70 лет. Скорость деградации примерно 0,26 см/год. Сукцессионный почвенный ряд в данном случае имеет следующий вид: дерново-подзолистая —> подзолистая.
Зависимость некоторых морфологических и физических свойства почв на флювиогляциальных отложениях от состава фитоценоза и антропогенного воздействия
№ участка Участок Состав фитоценоза Время воздействия антропогенного фактора, лет Мощность гумусово-аккумулятивного горизонта, см Плотность почвы А/EL гор. В гор. Полевая влажность, % А/EL гор. В гор. Запас влаги, т/га в метровой толще Гранулометрический состав
1 Притеррас ная пойма р. Сейм (контроль) Осоково-злаковое разнотравье 40±2 1,31±0,02 1,53±0,01 11,4 8,3 1361 Легкосуглин истый/Песча ный
2.1 Горелый лес (основной) Сосновый бор 60-70 0 1,20±0,03 1,31±0,05 22 2,0 262 Песчаный
2.2 Горелый лес (контурный) Смешанный лес (Дуб, береза, тополь, сосна) 60-70 25±3 1,36±0,03 1,37±0,01 29 2,5 355 Песчаный
3 Урочище «Гуто-ревый бор» Сосновый бор 60-70 0 1,12±0,02 1,41±0,02 06 1,6 209 Песчаный
4 Завод КЗТЗ (контроль) Погребенная почва 62 17±3 1,51±0,05 1,62±0,01 85 10,0 1562 Песчаный
Мощность гумусово-аккумулятивного горизонта дерново-подзолистой почвы, сформированной на контурном участке Горелого леса в смешанном лесонасаждении, увеличилась на 32% по сравнению с погребенной почвой. Скорость прироста горизонта - 0,12 см/год. Здесь подзолистый процесс постепенно затухает, за счет смены растительного покрова (хвойного насаждения на лиственный лес). Однако в сравнении с контрольным участком №1 мощность аккумулятивного горизонта дерново-подзолистой почвы Горелого леса на 37,5 % меньше. Сукцессионный ряд «микропериода»: дерново-подзолистая —> дерново-подзолистая.
Поверхностные горизонты почв исследуемых и контрольных участков являются уплотненными (~ 1,3 г/см3). Мощность серогумусового горизонта у погребенной почвы еще выше - 1,5 г/см3, что обусловлено давлением оказываемым ТПО. Данные показатели плотности обусловлены гранулометрическим составом, а также типом фитоценоза и в целом являются характерными для песчаных почв. Исключением является урочище Гуторевый бор, на данном участке плотность поверхностного горизонта относится к категории «нормальная» > 1,15 г/см3 [Атлас почв СССР... 1974; Соколов 2006].
Несмотря на то что исследование проводили осенью в период достаточного увлажнения, запасы влаги в почвах под насаждениями сосны очень низкие: 209355 т/га, полевая влажность не превышает 3%, так как почвы песчаного механического
состава не способны удерживать влагу. На контрольном участке №1 из-за увеличения количества глинистой фракции и более высокой степени гидроморфизма почв запас влаги и полевая влажность в 3,5-4 раза выше, чем в опытных участках. Относительно высокая влажность и запасы влаги в погребенной почве обусловлены минимизацией иссушения (следствие погребения), а также высокой влагоемкостью экранирующего ТПО.
Заключение. На исследованных участках Горелого леса и Гуторева бора искусственные насаждения сосны обыкновенной за микропериод антропогенно-спровоцированного педогенеза (60-70 лет) привели к изменению почвенного покрова на уровне типа. Дерново-подзолистая песчаная железисто-иллювиальная почва трансформирована сосной обыкновенной до подзолистой песчаной железисто-иллювиальной почвы. Скорость убыли серогумусового горизонта в сукцессионном ряде «дерново-подзолистая почва —> подзолистая почва» равна 0,26 см/год. Присутствие лиственных деревьев способствует приросту мощности серогумусового горизонта в дерново-подзолистых песчаных почвах со скоростью 0,12 см/год. Выявлено, что песчаные почвы, развивающиеся под луговой растительностью, формируют аккумулятивный горизонт, который превосходит серогумусовый горизонт почв, изученных лесных сообществ на 37,5 %. Отсюда возникают дискуссионные вопросы, связанные с актуальностью сосновых насаждений в условиях г. Курска. Необходимы исследования, касающиеся расчетов и оценки углерододепонирующей и кислородопродуцирующей способностей данных экосистем, а также санитарных способностей трансформированных ими почв. Однако стоит заметить, что сосновые насаждения на территории г. Курска представляют собой неклимаксовые сообщества, находящиеся в определенной сукцессионной стадии. Поэтому работы, посвященные изучению данных объектов, позволят разработать стратегии по реорганизации и оптимизации устойчивости экологического каркаса г. Курска.
Библиографический список
Атлас почв СССР / под. ред. И.С. Кауричева, И.Д. Громыко. М.: Колос, 1974.
164 с.
Батраченко Е.А., Гонеев И.А., Лукашова О.П., Сошникова И.Ю. Роль ландшафтного планирования в сохранении устойчивости экологического каркаса урбанизированной территории (на примере города Курска) // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. Т. 16. №1(3). 2014. С. 607-611.
Докучаев В.В. Избр. соч. / под. ред. проф. С.С. Соболева. М.: Изд-во с-х. лит., 1954. 708 с.
Матвеев Н.М., Козлов А.Н. О влиянии экобиоморфного состава фитоценозов на химические свойства почвы // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. Т. 10. № 2. 2008. . С. 288-293
Неведров Н.П., Вытовтова Т.А., Пученкова А.В. Профильное распределение массовых концентраций и запасов свинца и кадмия в урбопочвах г. Курска // Auditorium. Электронный научный журнал Курского государственного университета. 2016 а. № 2 (10). URL: auditorium.kursksu.ru/pdf/010-009.pdf (дата обращения: 12.10.2016).
Неведров Н.П., Дюканова Е.Н., Неведрова Н.Ю. Содержание тяжелых металлов в поверхностных горизонтах почв функциональных зон Курской городской агломерации// Научные ведомости Белгородского государственного университета. Серия Естественные науки. 2016 б. № 11 (232). Вып. 35 С. 139-145
Полуянов А.В. Флора Курской области. Курск: Курск гос. ун-т, 2005. 264 с.
Ремезов Н.П. Роль биологического круговорота элементов в почвообразовании под пологом леса // Почвоведение. 1956. № 7. С. 68-79
Соколов Л.А. Дерново-подзолистые почвы на одночленных почвообразующих горных породах опытного лесничества // Актуальные проблемы лесного комплекса: сб. науч. тр. по итогам междунар. науч.-техн. конф. Вып. 13 / под ред. Е.А. Памфилова. Брянск: БГИТА, 2006. С. 247-249
ЭтоМесто интернет контент [Интернет ресурс].
URL:http://www.etomesto.ru/mapatlas ша^а/?х=35.946805&у=51.545045
