CC BY
89
УДК 633.63:631. 92
ИЗМЕНЕНИЯ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЧЕРНОЗЕМА ТИПИЧНОГО НА СКЛОНАХ ЦЕНТРАЛЬНО-ЧЕРНОЗЕМНОГО ЗАПОВЕДНИКА В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ
© 2015 А. А. Проценко1, О. В. Гридасова2, Е. П. Проценко3, Л. Н. Караулова4, О. В. Лукьянчикова5, М. В. Протасова6, Н. П. Неведров7
1 канд. биол. наук, доцент, докторант аграрного университета МСХА им. К.А. Тимирязева 2 аспирант
3 доктор с.-х. наук, профессор e-mail: kaf- [email protected].
4канд. с.-х. наук, с.н.с., e-mail: vnizembibl@mal. ru ГНУ ВНИИЗ и ЗПЭ Россельхозакадемии, г. Курск 5 канд. биол. наук, доцент 6канд. с.-х. наук, доцент
7
ассистент
e-mail: [email protected] Курский государственный университет
Рассматриваются физико-химические свойства черноземов типичных, залегающих на склонах полярных экспозиций (северной и южной) на территории ЦентральноЧерноземного биосферного заповедника им. проф. В.В. Алехина (Стрелецкий участок). Изучение свойств почв заповедных сообществ расширяет представления об особенностях формирования почвенного профиля в условиях склонового рельефа. Установлено, что почвы северного склона заповедного участка богаче по запасам гумуса, общего и щелочногидролизуемого азота, общего фосфора, нитратного и аммонийного азота по сравнению с почвами южного склона. Для почв южного склона характерно более высокое содержание подвижных элементов питания растений, в частности фосфора и калия.
Ключевые слова: экспозиция склона, чернозем, южный склон, северный склон, гумус, азот, подвижные формы фосфора и калия.
Физико-химические свойства чернозема типичного, залегающего на разных элементах рельефа, обусловлены, с одной стороны, ориентацией склонов к плоскости горизонта, с другой стороны, степенью развития эрозионных процессов. Как известно, склоны южной экспозиции получают больше солнечной радиации по сравнению со склонами северной экспозиции. Это приводит к более быстрому прогреванию почвы весной и ускоряет испарение влаги с поверхности почвы. Соответственно, на склонах южной экспозиции в течение вегетационного периода температура почвы выше, чем на склоне северной экспозиции [Проценко, Шустрова 1996; Экологические факторы и свойства почв 2009, 2011]. Различия в температуре почвы приводят к раннему развитию растений весной на южных склонах и ускорению периода их созревания. Под воздействием более высокой температуры почвы происходит активизация почвенных микроорганизмов в почвах южных склонов.
В зависимости от экспозиции склонов в почве создается различный режим влажности. Для ориентированных на север склонов характерна более высокая влажность почвы по сравнению с южными склонами [Экологические факторы и свойства почв 2009]. Весной данная особенность обусловлена различиями в
НАУКИ О ЗЕМЛЕ
снегозапасах, летом и осенью - меньшим расходом влаги на испарение в условиях меньшей освещенности и температуры. Как известно, в зависимости от режимов изменяются свойства черноземных пахотных почв на склонах южной и северной экспозиций: содержание гумуса, азота, кислотность, подвижность элементов питания [Караулова, Проценко 2007; Каштанов, Явтушенко 1997; Наконечная, Явтушенко 1989; Проценко, Шустрова 1996; Экологические факторы и свойства почв 2009, 2011]. В связи с этим представляет определенный интерес изучение свойств почв заповедных склонов в отсутствии антропогенного влияния, что позволяет определенным образом расширить представление о влиянии экспозиций склонов на свойства почв.
Исследования свойств почв проводили на территории Центрально-Черноземного биосферного заповедника им. проф. В.В. Алехина. Объектом исследования являлся чернозем типичный, залегающий на приводораздельных склонах северной и южной экспозиции. Данные склоны, расположенные на Стрелецком участке заповедника (квартал 19, выд. 1), известны под названием Петрин лог. На склонах производится умеренный выпас скота и сенокошение.
По данным И.Ф. Петровой [1990], растительность балочных склонов северной экспозиции представлена луговой ассоциацией, которая более чем на половину состоит из мезофитов, на втором месте стоят ксеромезофиты. Мезофиты представлены такими растениями, как райграс высокий (Arrhenatherumelatius L.), буквица лекарственная (Betonica officinalis), подмаренник северный (Galium boreale L.), костяника (Rubus saxatilis L.), трясунка средняя (Briza media L.), вейник тростниковый (Calamagrostis arundinacea (L.) Roth), вероника дубравная (Veronica chamaedrys L.) и др. В группе ксеромезофитов встречаются герань кроваво-красная (Geranium sanguineum L.), земляника зеленая (Fragaria viridis Duch.), лапчатка белая (Potentilla alba L.) и др.
Для склонов южной экспозиции характерна лугово-степная ассоциация растительности, в которой около половины составляют ксерофиты и мезоксерофиты. Среди ксерофитов преобладают овсяница валисская (Festuca valesiaca Gaud.), кострец береговой (Bromopsis riparia (Rehm.) Holub), резак обыкновенный (Falcaria vulgaris Bernh.), ковыль узколистный (Stipa tirsa Stev.), чабрец Маршала (Thymus marschallianus Willd.) и др. Из мезоксерофитов встречаются шалфей луговой (Salvia pratensis L.), мятлик узколистный (Poa angustifolia L.), подмаренник настоящий (Galium verm L.).
Физико-химические свойства почв представлены в таблице 1 (северный склон) и таблице 2 (южный склон).
Таблица 1
Свойства почв на склоне северной экспозиции ___________
Экспозиция склона Вариант Глубина, см О К Он Нг, мгэкв /100 г почвы ГО О £ 1 £ ■'Г к £ 1 £ Подвижный Р2О5 « 3 Я | О CQ Ы 4 О С Общий гумус Общий азот Общий фосфор
мг/100г %
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 и 12 13
Северная Нижняя часть 0-10 4,2 19,6 0,41 7,36 42,4 1,5 23,7 11,5 0,48 0,25
10-20 3,9 23,8 0,2 5,3 35,2 0,9 10,9 9,0 0,42 0,25
20-30 3,8 23,1 0,14 4,98 29,8 0,6 7,3 7,7 0,33 0,24
30-40 3,8 20,5 0,13 2,69 22,5 0,7 6,2 6,6 0,26 0,23
Средняя часть 0-10 5,0 7,9 0,22 1,76 28,0 5,7 11,4 8,3 0,33 0,18
10-20 4,5 14,9 0,23 3,89 36,4 3,7 23,9 10,2 0,42 0,23
20-30 4,3 15,0 0,16 3,04 30,6 3,1 9,4 8,6 0,39 0,21
30-40 4,4 13,6 0,11 2,16 23,6 2,3 7,8 6,6 0,32 0,19
Верхняя часть 0-10 4,9 9,0 0,3 2,61 32,2 7,4 2,3 10,0 0,42 0,18
10-20 4,8 9,6 0,16 2,32 27,4 5,5 10,9 8,4 0,33 0,18
20-30 4,9 8,8 0,2 1,6 26,6 6,0 8,3 7,4 0,3 0,17
30-40 4,9 8,5 0,11 1,48 20,9 5,4 7,2 6,1 0,23 0,17
Auditorium: электронный научный журнал Курского государственного университета. 2015. № 1 (05)
Проценко А.А., Гридасова О.В., Проценко Е.П., Караулова Л.Н., Лукьянчикова О.В., Протасова М.В., Неведров Н.П. Изменения физико-химических свойств чернозема типичного на склонах Центрально-Черноземного заповедника
в зависимости от экологических факторов
Таблица 2
Свойства почв на склоне южной экспозиции______________
Экспозиция склона Вариант Глубина, см О К Он Нг, мгэкв /100 г почвы ГО О £ 1 £ ■'Г К £ 1 £ Подвижный Р2О5 « 3 Я | О CQ Ы 4 О С Общий гумус Общий азот Общий фосфор
мг/100г %
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Южная Нижняя часть 0-10 5,7 4,3 0,22 1,92 28,3 13,6 14,9 8,4 0,38 0,18
10-20 5,9 3,1 0,22 1,25 20,9 9,3 10,4 6,5 0,28 0,15
20-30 6,8 1,1 0,19 0,8 17,3 8,0 9,4 5,3 0,25 0,15
30-40 7,1 0,8 0,19 0,76 15,4 7,1 9,3 5,0 0,25 0,15
Средняя часть 0-10 7,2 0,7 0,24 1,27 17,9 4,9 15,2 5,9 0,25 0,14
10-20 7,4 0,5 0,22 0,76 12,3 4,0 10,1 4,2 0,21 0,14
20-30 7,4 0,5 0,15 0,71 10,5 3,7 10,1 3,5 0,15 0,13
30-40 7,5 0,4 0,12 0,63 8,5 2,9 9,3 2,9 0,11 0,12
Верхняя часть 0-10 7,1 0,8 0,28 1,65 21,5 5,4 25,5 7,1 0,32 0,15
10-20 7,3 0,7 0,14 0,76 14,2 3,6 11,3 4,8 0,22 0,14
20-30 7,4 0,5 0,13 0,72 13,3 3,3 10,2 4,6 0,21 0,13
30-40 7,5 0,5 0,11 0,71 11,4 3,2 10,1 3,9 0,15 0,13
Как следует из данных, представленных в таблице 1, на склоне северной экспозиции кислотность почвы достоверно выше, чем на склоне южной экспозиции (в среднем по склону pH составляет 4,5 и 7,0 соответственно). Почва северного склона характеризуется также высокими значениями гидролитической кислотности (14,5 мг-экв/100 г почвы) по сравнению с почвой южного склона (табл. 2), где она составляет 1,2 мг-экв/100 г почвы.
Кислотность почвы изменяется как с глубиной, так и в зависимости от положения на склоне. С глубиной реакция почвы на северном склоне повышается, а на южном склоне снижается. Различия в степени кислотности почвы могут объясняться как особенностями микроклимата склонов разной экспозиции, так и особенностями протекания эрозионных процессов. Мощность гумусового слоя на северном склоне выше, чем на южном, что также способствует формированию более кислых почв на склонах северной экспозиции, где вследствие глубокого промачивания почвы весной значительная часть карбонатов вымывается в нижележащие слои почвы [Экологические факторы и свойства почв 2011; Юринская 1983]. На склоне южной экспозиции почва весной подвергается менее глубокому промачиванию, а в летний период - сильному иссушению, которое приводит к восходящей миграции солей. В результате в почве южного склона наблюдается снижение кислотности. Вниз по склону кислотность почвы повышается, что, вероятно, объясняется перемещением вниз по склону свободных минеральных и органических кислот, которое приводит к выщелачиванию кальция. Черноземы типичные на склонах полярных экспозиций отличаются также по содержанию гумуса. В почве склона северной экспозиции в среднем содержится 8,4% гумуса, в почве склона южной экспозиции - 5,2%. Более высокое содержание гумуса в почве склона северной экспозиции отмечалось в ряде работ по изучению заповедных и антропогенно-преобразованных сообществ [Былинская, Дайнеко 1985; Дайнеко, Оликова 1995; Каштанов, Явтушенко 1997; Наконечная, Явтушенко 1989]. Низкое содержание гумуса в почвах южных склонов обычно связывают с эрозией почвы и более активной минерализацией гумуса микроорганизмами [Караулова, Проценко 2007].
На содержание гумуса влияют такие факторы как положение на склоне и глубина отбора образцов. На склоне северной экспозиции (табл. 1) содержание гумуса
НАУКИ О ЗЕМЛЕ
вниз по склону плавно повышается (8,0%-8,4%-8,7%). На склоне южной экспозиции вниз по склону содержание гумуса снижается до середины склона, а затем возрастает (5,1%—4,1%—6,3%). С глубиной содержание гумуса уменьшается на обоих склонах.
По содержанию общего азота почвы северного склона богаче почв южного склона (0,35% и 0,23% соответственно). На склоне северной экспозиции вниз по склону содержание общего азота увеличивается (0,32%-0,37%-0,37%). На склоне южной экспозиции содержание общего азота от верхней части к середине склона снижается, а к подножию склона - увеличивается (0,23%-0,18%-0,29%). В профильном направлении (по глубине отбора) содержание общего азота снижается на обоих склонах.
Содержание щелочногидролизуемого азота в 2 раза выше в почвах северного склона по сравнению с южным (29,6 мг/100г почвы и 16,0 мг/100г почвы соответственно). По данным Е.П. Проценко и др. [Проценко, Шустрова 1996; Экологические факторы и свойства почв 2011], уровень подвижного (минерального) азота выше в верхних слоях почвы в связи с более высокой микробной активностью. В исследованиях В.Ф. Юринской [1983] отмечалось, что на распаханных южных склонах преобладают микроорганизмы, обеспечивающие окислительные процессы, в частности нитрификацию, в почвах северных склонов возрастает доля грибов и микроорганизмов, восстанавливающих азот.
Уровень нитратного азота на склоне северной и южной экспозиции практически одинаков (0,20 и 0,18 мг/100г почвы соответственно). Содержание аммонийного азота выше на склоне северной экспозиции (3,3 мг/100г почвы) по сравнению с содержанием в почвах северного склона (1,0 мг/100г почвы). На обоих склонах уровень нитратного азота повышается от верхней части склона к подножию.
Содержание общего фосфора на склоне северной экспозиции в 1,5 раза выше, чем на склоне южной экспозиции (0,21% и 0,14% соответственно). На склоне северной экспозиции содержание общего фосфора повышается вниз по склону. На склоне южной экспозиции от верхней части склона к середине содержание фосфора немного снижается, а к подножию склона возрастает. В профильном направлении количество общего фосфора снижается незначительно.
Содержание подвижного фосфора и калия в исследованных образцах типичных черноземов уменьшалось в профильном направлении независимо от экспозиции склона. Наиболее высокое содержание подвижных форм фосфора и калия отмечено в почвах южного склона. Количество подвижного фосфора в среднем в почвах южного склона составляет 5,8 мг/100г почвы, а северного склона - 3,6 мг/100г почвы.
Содержание подвижных форм калия в исследованных почвах существенно выше, чем фосфора. Содержание этого элемента составляет в среднем в почвах южного склона 12,2 мг/100 почвы, а северного склона - 10,8 мг/100 почвы. Активная мобилизация подвижного калия связана, вероятно, с условиями микроклимата южного склона. Периодическое промерзание почвы зимой и пересыхание летом способствуют высвобождению калия из кристаллической решетки [Проценко, Шустрова 1996].
При исследовании содержания подвижных форм калия и фосфора наблюдались следующие закономерности. На северном склоне содержание подвижного фосфора снижалось вниз по склону, на южном склоне, напротив, повышалось (табл. 1 и 2). Содержание подвижного калия на склоне северной экспозиции повышалось вниз по склону, а на склоне южной экспозиции, напротив, снижалось.
Таким образом, почвы склона северной экспозиции на территории ЦентральноЧерноземного биосферного заповедника им. проф. В.В. Алехина (Стрелецкий участок) богаче по запасам гумуса, общего и щелочногидролизуемого азота, общего фосфора, нитратного и аммонийного азота по сравнению с почвами южного склона. Для почв южного склона характерно в целом более высокое содержание подвижных элементов
Auditorium: электронный научный журнал Курского государственного университета. 2015. № 1 (05)
Проценко А.А., Гридасова О.В., Проценко Е.П., Караулова Л.Н., Лукьянчикова О.В., Протасова М.В., Неведров Н.П. Изменения физико-химических свойств чернозема типичного на склонах Центрально-Черноземного заповедника
в зависимости от экологических факторов
питания растений, в частности фосфора и калия. Представляет интерес распределение фосфора и калия от вершины склона к подножию: содержание подвижного фосфора на южном склоне увеличивается вниз по склону от 5,4 до 13,6 мг/ 100 г почвы, а содержание калия снижается от 25,5 до 14,9 мг/ 100 г почвы; в почвах северного склона наблюдалась противоположная тенденция - уменьшение содержания фосфора с 7,4 до 1,5 мг/ 100 г почвы и увеличение содержания калия с 2,3 до 23,7 мг/ 100 г почвы при движении вниз по склону. Такое распределение, по-видимому, связано как с разным химизмом фосфора и калия в почвах, так и с особенностями течения эрозионных процессов на склонах противоположных экспозиций.
Библиографический список
Былинская Е.Н., Дайнеко Е.К. Исследование плоскостного смыва методом анализа почвенных профилей (Курская область)// Геоморфология. 1985. №2. С. 52-59.
Дайнеко Е.К, Оликова Е.С. Почвы // Труды Центр.-Чернозем. гос. Заповедника. Курск, 1995. №14. С. 11-20.
Караулова Л.Н., Проценко Е.П. Фракционный состав азота чернозема типичного в склоновом рельефе // Проблемы почвоведения, земледелия и экологии Центрального Черноземья: материалы науч.-практ. конф. Курск. отделения Всерос. о-ва почвоведов им. В.В. Докучаева, г. Курск, апрель 2007 г. Курск, 2007. С. 4-5.
Каштанов А. Н., Явтушенко В.Е. Агроэкология почв склонов. М., 1997. 240 с.
Наконечная М.А., Явтушенко В.Е. Потери гумуса на склоновых землях ЦЧО // Почвоведение. 1989. №5. С. 19-26.
Петрова И.Ф. Тенденции изменения лугово-степной растительности центральной лесостепи. М: ИГАН СССР, 1990. 205 с. (Труды Центрально-
Черноземного Государственного заповедника)
Проценко Е.П., Шустрова Н.В. Изменение подвижности фосфора и калия в эрозионных агроландшафтах // Тез. докл. II съезда общества почвоведов. Кн. 1. СПб., 1996. С.394-395.
Экологические факторы и свойства почв склонов ЦЧР: коллективная
монография: в 2 ч. Ч. 1 / науч. ред. Е.П. Проценко. Курск, 2009. 145 с.
Экологические факторы и свойства почв склонов ЦЧР: коллективная
монография: в 2 ч. Ч. 2 / науч. ред. Е.П. Проценко. Курск, 2011. 133 с.
Юринская В.Ф. Особенности микробиологической деятельности в типичных черноземах в зависимости от их смытости, элемента и экспозиции склона // Науч.-техн. бюлл. ВНИИЗиЗПЭ. Курск, 1983. Вып.1 (36). С. 54-60.
