CC BY
37
=————— СИСТЕМНОЕ ИЗУЧЕНИЕ АРИДНЫХ ТЕРРИТОРИЙ -
УДК 631.47
ИЗМЕНЕНИЕ МОРФОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЧЕРНОЗЕМОВ В АГРОЛЕСОМЕЛИОРАТИВНОМ ЛАНДШАФТЕ1
© 2014 г. Л.Л. Новых, Ю.Г. Чендев
Белгородский национальный исследовательский университет Россия, 308015 Белгород, ул. Победы, д. 85. E-mail: novykh@bsu. edu.ru
Поступила 07.08.2013
Изучено изменение мощности гумусовых профилей и глубины вскипания почв при вовлечении черноземов в распашку и последующем замещении пашни лесополосами. Установлена дивергенция антропогенной эволюции черноземов при разных типах их использования в агролесомелиоративном ландшафте.
Ключевые слова: лесостепь, полезащитные лесополосы, чернозем, гумусовый профиль, линия вскипания, эволюция почв.
Начало научной разработки вопроса о значении для степей полезащитных лесонасаждений и о возможностях и методах облесения степей положила докучаевская экспедиция 1891 г. В работах В.В. Докучаева защитное лесоразведение стало неотъемлемой составной частью благоустройства степей. Программа осуществлялась на Старобельском и Каменно-степном опытных участках, где с 1893 г. началась закладка первых лесных полос, облесение прудов и ранее обезлесенных балок. В 1911 г. здесь была организована сельскохозяйственная опытная станция имени В.В. Докучаева. (Мильков и др., 1992).
Одновременно с развитием степного массивного лесоразведения в 1898 г. лесным департаментом было положено начало использования леса в борьбе с подвижными песками и эрозией. В дальнейшем защитное лесоразведение стало планомерным государственным мероприятием по борьбе с засухой и эрозией почвы. Лесоразведение в степи достигло наибольшего подъема в 1948-1953 гг. (Чегодаева и др., 2005).
В России имеются огромные площади сельхозугодий, нуждающиеся в посадке защитных лесонасаждений. По данным А.В. Стеценко, в Европейской части земли сельскохозяйственного назначения занимают площадь 120.3 млн. га или 62%, из них около 23% заняты многолетними насаждениями, в том числе лесополосами. Для устойчивого ведения сельского хозяйства, стабилизации микроклимата и предотвращения эрозии почв минимальный процент лесополос должен составлять, не менее, 8% от сельскохозяйственной территории, то есть 9.6 млн. га на Европейской части, и 15.2 млн. га в целом по России. Оптимальный процент в степных зонах, должен составлять около 20% от сельскохозяйственной площади, то есть 24 млн. га в Европейской части и 38 млн. га по всей России (Смелянский и др., 2009).
В последнее время, при обсуждении проблемы глобального потепления климата, практика агролесомелиорации все чаще изучается с позиций определения количества изъятого атмосферного углерода искусственными биогеоценозами лесополос (Kort, Turnock, 1999; Hernandez-Ramirez et al, 2011).
Секрет степной засушливости заключается не в малом количестве осадков, как в пустынях, а в слабой способности степных экосистем удерживать полученную влагу, что связано с резко выраженной сезонностью климата (Парамонов, Симоненко, 2007). По
1 Работа выполнена при поддержке грантов РФФИ: № 11-05-92500-АФГИР-Э_а и № 12-05-97512-р_центр_а.
исследованиям А.В. Стеценко, 2011), выделяются пять основных функций лесонасаждений: предотвращение засух: предотвращение водной и ветровой эрозии почв; повышение урожайности, сохранение разнообразия животного и растительного мира; повышение устойчивости агроландшафта. В связи со вступлением в силу Киотского протокола у лесополос ощутимо проявились еще две важные функции, которые леса выполняли и раньше, но они не оценивались: связывание СО2, т.е. снижение парникового эффекта, и компенсация промышленных выбросов СО2. В период с 1990 по 2002 гг. лесопосадками на сельскохозяйственных землях было поглощено на территории РФ 3047281 тыс. тонн СО2, в том числе 2% составил вклад Белгородской области, более 8% - Воронежской и менее 2% -Курской.
Первые сведения о влиянии лесных полос на почвы в «Каменной степи» были опубликованы Г.М. Туминым еще в 1930 г. (Мильков и др., 1992). Он отметил улучшение структуры, понижение глубины вскипания, увеличение мощности гумусового горизонта и содержания гумуса в нем, о трансформации обыкновенного чернозема в выщелоченный.
Основные направления изменения морфологических свойств почв под влиянием лесополос можно считать установленными. В то же время, темпы этого процесса и особенности его проявления в разных почвенно-биоклиматических условиях изучены недостаточно.
Цель работы - выявление направленности и степени изменения морфологических свойств черноземов в агролесомелиоративных ландшафтах на территории лесостепи Среднерусской возвышенности при вовлечении целинных почв в распашку и последующем замещении пашни лесополосами. В первую очередь изучили изменение морфологических признаков почв, т.к. морфология почвы - это концентрированное отражение ее генезиса, истории и ее развития (Розанов, 2004).
Для достижения цели решались следующие задачи:
1. Отобрать ключевые участки в разных климатических условиях лесостепи Среднерусской возвышенности; в геоморфологическом отношении соответствовать плоским водоразделам; на всех участках в непосредственной близости друг относительно друга в пределах ареала одной естественной почвенной разности должны находиться три угодья: целинная луговая степь, пашня и лесополоса, возникшая на месте пашни.
2. Установить хронологические рамки этапов хозяйственного освоения ключевых участков.
3. Заложить на каждом ключевом участке по 4 почвенных разреза (целина, лесополоса, пашня, провести их морфологическое описание и измерения мощности горизонтов и глубины вскипания от карбонатов.
4. Провести статистическую обработку полученных результатов и установить направленность почвообразования в результате смены целины пашней и в процессе последующего замещения пахотных угодий лесополосами
Материалы и методы
В результате проведения поисковых работ и реконгросцировочных выездов, в качестве ключевых нами были идентифицированы участки, расположенные в непосредственной близости от охраняемых лугово-степных ландшафтов лесостепи: южнее ЦентральноЧерноземного заповедника им. В.В. Алехина (участок «Стрелецкая степь»), западнее и на территории заповедника «Белогорье» (участок «Ямская степь»), на территории заказника «Каменная степь». Размещение исследуемых участков, характеризуется охватом различий в элементах рельефа и гидрографии территории (рис. 1).
Климатическая характеристика территории иллюстрирует наличие достаточного количества осадков с гидротермическим коэффициентом ГТК>1 (табл. 1). Для изучения истории хозяйственного освоения и возраста распашки почвенного покрова был использован историко-картографический метод. Нами были изучены разновременные картографические материалы XVIII, XIX, ХХ веков крупного масштаба. Установлено, что в конце XVIII века
территория всех ключевых участков представляла собой естественные лугово-степные биогеоценозы Возраст пашни, сопряженной с лесополосой, на участке «Стрелецкая степь», определен примерно в 140 лет. Аналогичный возраст имеет изученная пашня на участке «Ямская степь». Возраст пашни участка «Каменная степь» с учетом ее использования в переложной системе земледелия достигает 140-150 лет. Возраст лесополос оценивается в 5558 лет (рис. 1).
5 км
Ямская степь 1 1
Рис. 1. Размещение ключевых участков исследования на территории Центральной лесостепи Восточно-Европейской равнины. Fig. 1. Placement of key areas of research on the territory of Central forest-steppe zone of the East European plain.
Исследование почв производилось описанием почвенных разрезов. В каждом из них проводилось измерение мощности горизонтов и глубины вскипания в 15-кратной повторности. На основании сравнительного анализа строения почвенных профилей делались выводы о направленности почвообразования в результате смены целины пашней и в процессе замещения пахотных угодий лесополосами.
Таблица 1. Климатические характеристики ключевых участков исследования. Table 1. Climatic characteristics of key areas of research.
Участок Осадки, год, мм Среднегодовая 0/-I температура, С Гидротермический коэффициент
Стрелецкая степь 580 +5.3 1.2
Ямская степь 530 +5.6 1.1
Каменная степь 480 +5.8 1.0
Полученные результаты. Первые итоги обсуждаемой проблемы рассмотрены нами ранее (Чендев и др., 2012). В данной статье обсуждаются результаты исследований по выявлению климатических параметров в формировании почв ключевых участков в направлении с запада на восток друг друга сменяли черноземы выщелоченный («Стрелецкая степь»), типичный («Ямская степь») и обыкновенный («Каменная степь»). Классификационное положение исследованных почв (табл. 2) современной классификации почв России (Шишов и др., 2004) отражает влияние условий почвообразования. Все почвы развиты на лессовидных суглинках. Они относятся к стволу постлитогенных почв отделу аккумулятивно-гумусового типа почвообразования.
Таблица 2. Классификационное положение исследуемых почв. Table 2. The classification status of the surveyed soil.
Угодье Название почвы по классификации 2004 г.
«Стрелецкая степь»
Целина Чернозем глинисто-иллювиальный типичный среднемощный глубококарбонатный среднесуглинистый
Пашня Агрочернозем глинисто-иллювиальный типичный среднемощный среднепахотный средне- или глубококарбонатный среднесуглинистый
Лесополоса Чернозем глинисто-иллювиальный оподзоленный мощный среднекарбонатный среднесуглинистый
«Ямская степь»
Целина Чернозем миграционно-мицеллярный среднемощный глубоко карбонатный от средне- до тяжелосуглинистого
Пашня Агрочернозем миграционно-мицеллярный среднемощный высококарбонатный среднесуглинистый
Лесополоса Чернозем миграционно-мицеллярный мощный глубоко карбонатный среднесуглинистый
«Каменная степь»
Целина Чернозем миграционно-сегрегационный среднемощный среднекарбонатный тяжелосуглинистый
Пашня Агрочернозем миграционно-сегрегационный среднемощный среднекарбонатный тяжелосуглинистый
Лесополоса Чернозем миграционно-сегрегационный среднемощный глубоко карбонатный тяжелосуглинистый
Мощность гумусового горизонта (А) и гумусового профиля (А+АВ) в изученных почвенных разрезах (рис. 2) и глубина вскипания почв подвергаются существенным изменениям.
Обсуждение. Показатель мощности гумусовых горизонтов характеризуется незначительным варьированием (до 10%). Проведенная оценка значимости различий между средними показывает, что с вероятностью 95% можно утверждать:
- для участка «Стрелецкая степь»: целина и лесополоса существенно не различаются по мощности гумусового горизонта, но мощность аналогичного горизонта на пашне достоверно ниже, чем на целине или в лесополосе;
- на участке «Ямская степь» различия между угодьями наиболее заметны: мощность гумусового горизонта в почве лесополосы достоверно выше, чем на целине или на пашне; одновременно этот показатель в целинной почве достоверно выше, чем в почве пашни;
- для участка «Каменная степь» целинный и пахотный варианты не различаются по мощности гумусового горизонта; в то же время этот показатель в лесополосе достоверно выше, чем в почвах целины и пашни.
Рис. 2. Мощность гумусового профиля исследованных почв: первый столбик - мощность горизонта А; второй - мощность А+АВ. Fig. 2. The thickness of the humus profile of the investigated soils: the first column of the power of the horizon; And the second - the power of A+AB.
При рассмотрении гумусового профиля, включающего горизонты А и АВ, обнаружены следующие закономерности:
- на всех участках различия между изученными вариантами достоверны, т.е. мощность гумусового профиля на пашне ниже, чем на целине, даже в условиях плакорного рельефа;
- во всех случаях при размещении лесополосы мощность гумусового профиля нарастает по сравнению с пашней, однако в условиях юга лесостепи на участке «Каменная степь» она не превышает значений, отмеченных на целинном участке, в то время как в условиях северной и центральной лесостепи мощность гумусового профиля под лесополосами превышает аналогичный показатель для целинного варианта.
Причинами, обусловливающими снижение мощности плодородного слоя старопахотных автоморфных черноземов, могут быть: уменьшение объема почвы из-за дегумификации, уплотнение вследствие деградации структуры под воздействием обработки и прохождения сельскохозяйственной техники, потеря илистой фракции в верхней части почвенного профиля за счет агролессиважа, расход гумусированного материала на засыпку в трещины усыхания и проявление атмосферных засух в вегетационный период (Акимов, 2013).
Глубина вскипания почвы также характеризуется, незначительным варьированием. Оценка значимости различий между средними показывает, что «классическая» тенденция изменения глубины вскипания проявляется в Каменной степи, где почвы под лесополосой вскипают достоверно глубже, чем под пашней или на целинном участке, а целинные почвы -глубже, чем их пахотные аналоги.
В изученных почвенных разрезах на участке «Ямская степь» глубина вскипания на целине была достоверно глубже, чем на пашне или в лесополосе; одновременно почвы лесополосы вскипали глубже, чем пахотные варианты.
Иную ситуацию демонстрируют почвы Стрелецкой степи (черноземы иллювиально-глинистые). Линия вскипания на целинном участке достоверно ниже, чем на пашне или в лесополосе, к тому же почвы пашни вскипают достоверно глубже, чем почвы лесополосы.
По проблеме изменения во времени глубины залегания карбонатов в профилях распахиваемых черноземов лесостепной зоны существуют три точки зрения: уровни залегания понижаются в результате агрогенного выщелачивания (Агроэкологическое состояние..., 1996); глубина залегания не меняется, однако в новом гидротермическом режиме возрастает амплитуда сезонной пульсации солей углекислого кальция (Щеглов, 1999; Брехова, Щеглов, 2001). Уровни залегания карбонатов повышаются в результате усиления физического испарения с поверхности пахотных полей в начале и в конце вегетации культурной растительности, а также на парующих полях (Афанасьева, 1964; Побединцева, 1989; Лебедева, 2002). Наши исследования подтверждают последнюю точку зрения.
Выводы
1. Длительная (около 140 лет) распашка черноземов привела к достоверному снижению мощности гумусового профиля для выщелоченных, типичных и обыкновенных черноземов, несмотря на плакорный рельеф, исключающий проявление эрозионных процессов.
2. Замена пашни лесополосами приводит к увеличению мощности как гумусового горизонта А, так и гумусового профиля А+АВ в сравнении не только с почвами пашни, но и разновидностям целинного участка.
3. Уровни залегания карбонатов в распахиваемых черноземах повышаются в результате усиления физического испарения с поверхности полей. При замещении пашни лесополосами закономерности изменения глубины вскипания различны в разных биоклиматических условиях лесостепи.
В целом наблюдается дивергенция антропогенной эволюции черноземов при разных типах их использования в агролесомелиоративном ландшафте, что связано с эволюционной сменой климатических режимов почв при замещении степной целины пашней, а пашни -лесополосой.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Агроэкологическое состояние черноземов ЦЧО / под общ. ред. А.П. Щербакова, И.И. Васенева. 1996. Курск. 330 С.
Афанасьева Е.А. 1964. Образование и режим мощных черноземов // Черноземы ЦЧО и их плодородие. М.: Наука. С. 5-64.
Акимов Л.М. 2013. Пространственно-временные закономерности атмосферных засух на территории Воронежской области в вегетационный период // Аридные экосистемы. Т. 19. №2. С. 15-20.
Брехова Л.И., Щеглов Д.И. 2001. Особенности изменения карбонатного профиля чернозема типичного при сельскохозяйственном использовании // Тез. докл. 4-ой Всероссийской конф. «Проблемы эволюции почв». М.: ПОЛТЕКС. С. 155-156.
Лебедева И.И. 2002. Гидрологические профили миграционно-карбонатных (типичных) черноземов и агрочерноземов // Почвоведение. № 10. С. 1214-1223.
Мильков Ф.Н., Нестеров А.И., Петров П.Г. и др. 1992. Каменная степь: Лесоаграрные ландшафты. Воронеж: Изд-во ВГУ. 224 С.
Парамонов Е.Г., Симоненко А.П. 2007. Основы агролесомелиорации: учебное пособие. Барнаул: Изд-во АГАУ. 224 С.
Побединцева И.Г. 1989. Изменение микростроения черноземов лесостепи Русской равнины под влиянием хозяйственного использования // Бюлл. Почвенного ин-та им. В.В. Докучаева. М. Вып. 51. С.5-6.
Розанов Б.Г. 2004. Морфология почв. М.: Академический Проект. 432 С.
Стеценко А.В. 2011. Возможности предотвращения негативных изменений в сельском хозяйстве с помощью экономических механизмов, заложенных в Киотском протоколе [Электронный ресурс]. - URL: http://kyotoforests.narod.ru (дата обращения 20.08.2011).
Чегодаева Н.Д., Каргин И.Ф., Астрадамов В.И. 2005. Влияние полезащитных лесных полос на водно-физические свойства почвы и состав населения жужелиц прилегающих полей: монография. - Саранск: Мордовское кн. изд -во. 125 С.
Чендев Ю.Г., Петин А.Н., Новых Л.Л. и др. 2012. Тенденции и закономерности антропогенной эволюции черноземов в агролесомелиоративных ландшафтах на территории лесостепи центра Восточной Европы // Проблемы региональной экологии. № 2. С. 7-13.
Смелянский И.Э., Елизаров А.В. 2009. Стратегия сохранения степей России: взгляд неправительственных организаций // Аридные экосистемы. Т. 15. №1. С. 56-59.
Щеглов Д.И. 1999. Черноземы центра Русской равнины и их эволюция под влиянием естественных и антропогенных факторов. М.: Наука. 214 с.
Hernandez-Ramirez G., Sauer T.J., Cambardella C.A. et al. 2011. Carbon sources and dynamics in Afforested and cultivated corn belt soils // Soil. Sci. Soc. Am. Vol. 75. No. 5. Pp. 1-10.
Kort J., Turnock R. 1999. Carbon Reservoir and biomass in Canadian prairie shelterbelts // Agroforestry Systems. Vol. 44. Pp. 175-186.
CHANGE OF MORPHOLOGICAL PROPERTIES OF SOILS IN AGRO-SILVICULTURE AMELIORATION LANDSCAPE
© 2014. L.L. Novykh, Y.G. Chendev
Belgorod national research University Russia, 308015 Belgorod, Victory St, 85. E-mail: novykh@bsu.edu.ru
The change of power humus profiles and depth of boiling-up of soil with the involvement of the black soil of the plowing and subsequent substitution of arable land forest shelter belts was studied. The divergence of anthropogenic evolution of soils in different types of their use in the agro-silviculture amelioration landscape is set.
Key words: forest-steppe, field belts, black soil, humus profile, line boiling, evolution of soils.
