CC BY
25
2. Сумма поглощенных оснований и степень насыщенности основаниями в темно-серых
Номер реперного участка, условное обозначение почв* Сумма поглощенных оснований, мг-экв/100 г Степень насыщенности почв основаниями, %
Xmin - Xmax ХСр. ± 8хср. V, % Xmin - Xmax Хср. ± §Хср. V, %
1. ТСЛ - СС 21,8 - 26,4 24,1 ± 0,9 9 92 - 95 94 ± 1 2
2. ТСЛ - СС 11,6 - 31,8 21,1 ± 4,1 43 83 - 98 94 ± 3 7
3. ТСЛ - СС 25,1 - 28,9 26,9 ± 0,7 6 84 - 89 86 ± 1 2
4. ТСЛ - ТС 24,0 - 27,7 26,7 ± 0,7 6 89 - 92 91 ± 1 2
5. ТСЛ - Гл 24,8 - 32,2 27,4 ± 1,3 11 85 - 94 89 ± 2 4
6. ЧВ - ТС 27,1 - 33,4 30,6 ± 1,0 8 82 - 93 88 ± 2 5
7. ЧВ - ТС 32,5 - 36,2 34,0 ± 0,6 4 91 - 93 92 ± 0 1
8. ЧО - Гл 34,1 - 36,6 35,0 ± 0,6 4 90 - 94 92 ± 1 2
* см. примечание к таблице 1.
Согласно исследованиям, проведенным в 70-е годы прошлого века [1], сумма поглощенных оснований в пахотном слое темно-серых лесных тяжелосуглинистых почв в среднем составляет 27,2 мг-экв/100 г (данные по 78 разрезам), в черноземах выщелоченных - 46,5 (данные по 62 разрезам) и в черноземах оподзоленных - 31,2 мг-экв/100 г (данные по 73 разрезам). Сумма поглощенных оснований в темно-серых лесных почвах исследуемых участков находится практически на этом же уровне. Исключение - почва участка № 2, где значение показателя заметно ниже фонового. Зафиксирована высокая вариабельность рассматриваемой характеристики по годам исследований (от 12 до 32 мг-экв/100 г), что может быть обусловлено только существенным антропогенным воздействием на почвы (кстати, именно на данном участке была отмечена и наименьшая гидролитическая кислотность).
Сумма поглощенных оснований в черноземах выше, чем в темно-серых лесных почвах, что абсолютно логично. Чернозем оподзоленный по рассматриваемому параметру идентичен фоновым почвам. Сумма поглощенных оснований в черноземе выщелоченном несколько ниже характерных для данного подтипа почв значений, что свидетельствует о некотором ухудшении его
физико-химических свойств в процессе хозяйственного использования. Однозначного снижения значения рассматриваемого показателя в течение последних пяти лет не выявлено. Данная тенденция в некоторой степени прослеживается только в почвах участков № 2, 4 и 6.
Степень насыщенности основаниями изучаемых почв характеризуется повышенными и высокими значениями. Значение показателя находится на уровне, характерном для почв данных типов.
Таким образом, анализ физико-химических свойств показал, что на фоне в целом благоприятных характеристик, обусловленных генетическими особенностями почв, происходит уменьшение рНка, суммы поглощенных оснований и емкости поглощения. Степень проявления негативных процессов индивидуальна для каждого участка.
Литература
1. Почвы Горьковской области / Под ред. Б.А. Никитина. - Горький: Волго-Вятское кн. изд-во, 1978. - 192 с.
2. Никитин Б.А., Гогмачадзе Г.Д. Пахотные почвы Нижегородской области. - Н. Новгород, 2003. - 176 с.
3. Дмитриев Е.А. Математическая статистика в почвоведении. - М.: Изд-во МГУ, 1995. - 320 с.
УДК 631.41
ИЗУЧЕНИЕ СЕРЫХ ЛЕСНЫХ ПОЧВ ЗАЛЕЖЕЙ В КРАСНОЯРСКОМ КРАЕ
О.А. Сорокина, д.б.н., В.В. Токавчук, Н.В. Фомина, к.б.н.
Красноярский государственный аграрный университет, e-mail: [email protected]
При зарастании залежей молодым лесом различного породного состава не отмечено снижения плодородия серых почв по ряду агрохимических показателей и биологической активности.
Ключевые слова: чистая залежь, зарастающая лесом залежь, серые лесные почвы, пространственное варьирование свойств, структура микробных комплексов, коэффициенты микробиологической минерализации, активность ферментов.
RESEARCH OF GREY FOREST FALLOW SOIL IN KRASNOYARSK REGION O.A. Sorokina, V.V. Tokavchuk, N.V. Fomina
Did not note reduction in the fertility of gray soils, on a number of soil-agrochemical indices and biological activity, with the overgrowing the young forest of different breeds of trees of deposits.
Keywords: fallow land, afforestation offallow land, gray forest soils, spatial variation ofproperties, microbial structure, coefficients of microbiological mineralization, enzyme activity.
«Стихийная консервация» пахотных земель и луговых угодий, начавшаяся в годы «перестройки», привела в Сибирском регионе к зарастанию лесом залежей не только в южно-таежной и лесостепной, но и в степной зоне, где заброшенные земли зарастают древесно -кустарничковыми породами. При забрасывании пашни и поселении на ней леса формируются экосистемы, проходящие различные стадии сукцессий, что позволяет выявить взаимовлияние растительности и свойств почв, изучить возможные пути эволюции почв, установить достижение равновесного состояния и восстановление естественного почвенного плодородия. Поэтому оценка трансформации плодородия и восстановительной способности почв залежей имеет научное и практическое значение [1].
Большинство проведенных исследований касаются изменения плодородия залежных почв европейской части России, а также Западной Сибири [2-4]. В Красноярском крае подобные работы только начинают [5-8].
Новые условия произрастания растений и жизнедеятельности, почвенной энтомофауны и микроорганизмов, вызванные поселением и дальнейшим произрастанием леса оказывают большое влияние на процессы аккумуляции, трансформации, минерализации и гумификации в почве. Поэтому нами проведено изучение основных показателей плодородия и биологической активности серых почв залежей, зарастающих лесом в лесостепной зоне Красноярского края.
Объекты исследования были подобраны в Емелья-новском, Козульском и Больше -Муртинском районах. Проводилось сравнение свойств серых почв чистых разнотравно-злаковых залежей и залежей, спонтанно зарастающих молодым лесом различного породного состава. Парные площадки расположены в одинаковых геоморфологических условиях, на близком друг от друга расстоянии или граничат между собой.
В Емельяновском районе залежь зарастает сосновым молодняком 5-8 летнего возраста. В Козульском районе залежь находится под лиственным 8-10 летним лесом. В Больше-Муртинском районе на залежи восстанавливается смешанный лес 6-9 летнего возраста. Почвы - серые лесные агрогеннопреобразованные, формирующиеся на коричнево-бурых глинах.
Площадь объектов разбивали на десять элементарных участков, с которых отбирали смешанные образцы на глубину 0-10 и 10-20 см. Основные показатели плодородия почв определяли по Е.В. Аринушкиной (1970).
Для учета таксономических и эколого -трофических групп микроорганизмов использовали стандартные питательные среды. Бактерии, мобилизующие органические источники азота, учитывали на мясопептонном агаре (МПА), утилизирующие минеральные источники азота определяли на крахмало-аммиачном агаре (КАА), микромицеты - на сусло-агаре (СА), олиго-трофные формы - на почвенном агаре (ПА), олигонит-рофилы - на среде Эшби.
Эмиссию СО2 в лабораторных условиях определяли с использованием газового хроматографа ЛХМ-8 (модификация Хром-4) методом субстрат индуцированного дыхания. На основе этого показателя рассчитывали биомассу микроорганизмов (Ананьева, 2003; Anderson, 1978). В этих же образцах почвы изучали фермента-
тивную активность. Определяли каталазу, протеазу, уреазу и инвертазу по методическим прописям Ф.К. Хазиева [1990]. Подсчитывали коэффициент пространственного варьирования агрохимических свойств почв залежей в слое 0-19 и 10-20 см.
Под воздействием молодняков в возрасте от 8 до 10 лет на поверхности почвы фрагментарно начинает формироваться подстилка небольшой мощности, особенно если возобновляются сосновые древостои. По морфологическим признакам почвы парных участков близки. В профилях почв сохраняется «плужная подошва» - граница бывшей вспашки. В почвах залежей под лесом верхняя толща более рыхлая, преимущественно комковато-зернисто-ореховатая. Отмечается локализация в ризосфере и по корням древесных растений микромицетов. Грибной мицелий особенно отчетливо развит в почве под сосновыми молодняками.
Содержание гумуса в почвах объектов исследования составляет в среднем от 3 до 5%. Это типичные значения для серых лесных почв лесостепной зоны Красноярского края. Наибольшее количество гумуса содержится в слое 0-10 см почв залежей, зарастающих лесом. Это объясняется более значительной наземной фитомассой, наличием опада в лесу, формированием больших запасов органического вещества и образованием за счет него гумуса.
Характерно, что в большинстве случаев почвы залежей под лесом по сравнению с почвами чистых залежей имеют более кислую реакцию (по величине обменной кислотности) как в слое 0-10, так и в слое 1020 см. Оценивая значение актуальной кислотности, можно констатировать, что агросерые почвы залежей Козульского района характеризуются как самые кислые, особенно на глубине 10-20 см (рНШо 5,7).
Почвы залежей Емельяновского и Больше-Муртинского районов характеризуются слабокислой реакцией среды (рНШ(Э от 6,0 до 6,4). В Емельяновском районе, где на залежах восстанавливаются сосновые древостои, наблюдается более кислая реакция почвы по сравнению с чистой залежью. Различия составляют около 0,5 единиц рН.
Содержание валового азота в почвах колеблется от 0,14 до 0,22%. Отношение С^ в почвах всех объектов широкое, оно составляет от 12 до 15. Это свидетельствует о «лесной» природе изученных почв. Исключение - слой почвы 10-20 см залежи Козульского района, где отношение углерода к азоту равно 10,4 и характеризуется как «среднее». Это связано с развитием более богатого, чем на других залежах, травяного покрова. В целом отношение углерода к азоту в серых почвах залежей, зарастающих лесом, шире, чем в почвах чистых разнотравно-злаковых залежей, особенно в слое 0-10 см, что закономерно.
Во всех районах исследования на чистых залежах подвижных форм железа (Fe+2 + Fe+3) значительно больше, особенно в верхних горизонтах (95-112 мг/кг почвы), чем в почвах под лесом (44-75 мг/кг почвы). Это свидетельствует о более резкой смене окислительно-восстановительных условий, связанных с режимом влажности почв чистых залежей, процессами их замерзания и оттаивания. В то же время в почвах под лесом установлена более четкая элювиально-иллювиальная дифференциация в распределении железа по профилю.
Анализ коэффициентов пространственного варьирования агрохимических свойств по глубинам отбора образцов показал, что в слое 0-10 см варьирование несколько выше, чем в слое 10-20 см. В слое 0-10 см варьирование показателей плодородия почвы зачастую выше на залежи, не зарастающей лесом, где наблюдается куртинистость, очаговое произрастание трав. В слое 10-20 см значения коэффициентов варьирования на чистой залежи и в лесу практически равны.
Одним из наиболее чувствительных и динамичных показателей процесса почвообразования в меняющихся условиях среды является биологическое состояние почвы, которое в значительной степени определяется структурой, динамикой и функциональной деятельностью микробных комплексов [9]. На структуру, численность и соотношение различных эколого-трофических групп микроорганизмов наиболее существенно влияют запасы гумуса. Особенно это актуально для залежных почв парных участков, находящихся в близких биоклиматических условиях. С возрастанием содержания гумуса в почве усиливается минерализация азотных и углеродосодержащих соединений, в то же время при большом количестве стабильных фракций органического вещества она может и снижаться. Однако для почв под лесом ведущим фактором необязательно является гумус. Здесь большую роль играют гидротермические условия в почве, разнообразие растительного покрова и как следствие, корневые выделения, рН почвенной среды, состав лесной подстилки.
Сравнивая численность аммонифицирующих микроорганизмов (рост бактерий и грибов на МПА), следует отметить, что в почвах чистых залежей их абсолютная величина выше для всех районов исследования по сравнению с почвами под лесом. Это может свидетельствовать о том, что в почвах чистых залежей органический азот накапливается в большей степени, чем под лесом, особенно в слое 0-10 см. Этот факт подтверждается меньшей численностью бактерий и акти-номицетов, мобилизующих минеральные формы азота (рост на КАА) в почвах разнотравно -злаковых залежей и увеличение их относительного содержания (к бактериям на МПА) в почвах под лесом на всех исследуемых участках (табл. 1).
Традиционно активность процессов минерализации и иммобилизации азота в почве характеризуют коэффициенты, отражающие соотношение микроорганизмов на диагностических средах с органическими и минеральными источниками азота. О глубине микробиологических превращений азотосодержащих соединений можно судить по показателю: Пм (почвенной минерализации) - отношению (МПА + КАА) / (МПА / КАА). Он назван коэффициентом трансформации органического вещества [4]. Коэффициент Пм показывает, на какой глубине больше накапливается органического вещества.
Микробиологическая минерализация органических соединений активнее протекает в почвах под лесом, по сравнению с чистыми залежами во всех районах исследования. Коэффициенты минерализации (КАА / МПА) здесь либо выше 1, либо приближаются к 1. Накопление органики, напротив, идет в верхних горизонтах залежных почв, где коэффициент Пм имеет значение от 33,9 в почвах Больше-Муртинского района, до 42,6 в почвах опытного участка Емельяновского района (табл. 2).
В составе прототрофных бактерий, использующих минеральные формы азота (рост на КАА), в лесных почвах резко снижается численность актиномицетов (в 2-3 раза по сравнению с почвами чистых залежей). В то же время в микробных комплексах почв под лесом возрастает абсолютное и относительное содержание микромицетов (грибов), что свидетельствует о приобретении почвами «лесных» признаков. Это подтверждается, кроме того, увеличением в почвах под лесом коэффициентов педотрофности (ПА/МПА) и олиго-трофности по азоту.
Косвенным признаком более высокого плодородия почв чистых залежей служит численность нитрифика-торов и анаэробных азотофиксаторов (Clostridium pas-teurianum), которая здесь существенно выше, чем в почвах залежей, зарастающих лесом.
Повышенной степени микробиологической минерализации органических соединений в лесных почвах соответствует большая величина эмиссии C-CO2 в верхних органогенных горизонтах (407-529 г/м2). Несмотря на то, что биомасса микроорганизмов в почвах под лесом ниже, чем в чистых залежах, их удельная
1. Соотношение эколого-трофических групп микроорганизмов
Район Залежь Глубина, см МПА КАА ПА Олиготрофы Грибы КОЕ, тыс/г Нитрификаторы Cl. Past.
КОЕ, млн/г тыс/г
Козуль-ский чистая 0-10 18,7 16,1 16,2 16,2 121,5 2,7 150
10-20 7,2 6,0 7,2 7,2 146,1 - 75
под лесом 0-10 10,8 11,9 14,2 19,2 251,1 0,4 150
10-20 5,3 5,0 8,1 7,2 112,1 - 75
Емелья-новский чистая 0-10 20,3 18,6 16,2 17,1 127,1 3,1 200
10-20 9,6 10,1 10,5 8,1 49,3 - 100
под лесом 0-10 12,5 18,1 16,2 18,2 267,7 0,6 150
10-20 7,1 7,2 8,2 9,7 115,1 - 75
Больше-Муртин-ский чистая 0-10 14,7 11,4 12,2 11,5 120,2 2,1 150
10-20 7,1 5,1 9,1 6,0 44,1 - 45
под лесом 0-10 8,2 10,2 10,2 12,1 244,2 0,4 125
10-20 5,6 5,1 6,2 7,2 110,2 - 45
2. Коэффициенты микробиологической минерализации
Районы Залежь Глубина, см МПА/КАА КАА/МПА Пм Олиготрофы, ПА/МПА
Козульский чистая 0-10 1,2 0,8 41,7 0,9
10-20 1,2 0,8 15,7 1,0
под 0-10 0,9 1,1 20,3 1,8
лесом 10-20 1,1 0,9 11,2 1,4
Емельяновский чистая 0-10 1,1 0,9 42,6 0,8
10-20 0,9 1,0 17,2 0,8
под 0-10 0,7 1,4 21,3 1,5
лесом 10-20 0,9 1,0 12,8 1,4
Больше-Муртинский чистая 0-10 1,3 0,8 33,9 0,8
10-20 1,4 0,7 17,0 0,8
под 0-10 0,8 1,2 14,7 1,5
лесом 10-20 1,1 0,9 11,6 1,3
3. Биомасса и эмиссия CO2
Залежь Глубина, см С-биомассы микроорганизмов, мг/100 г Эмиссия C-CO2, г/м2 C-CO2/Сбиом., мг/г час-1
Козульский район
Чистая 0-10 51,7 427 1,2
10-20 11,4 41 0,8
Под лесом 0-10 43,4 501 1,4
10-20 11,4 47 1,2
Емельяновский район
Чистая 0-10 67,4 456 1,6
10-20 12,4 47 1,0
Под лесом 0-10 57,8 529 1,5
10-20 14,1 52 1,2
Больше-Муртинский район
Чистая 0-10 43,5 407 1,1
10-20 10,1 37 0,8
Под лесом 0-10 37,7 478 1,5
10-20 10,2 34 1,1
дыхательная активность выше (табл. 3). Это еще раз подтверждает тот факт, что в данных почвах идет процесс иммобилизации (накопления) органического вещества, а в лесных - более выражен процесс минерализации.
Структура микробных комплексов, где повышается роль микроскопических грибов - активных гидролити-
ков, способствует процессу перевода стабильной части органики в легкоподвижные органические соединения.
Анализируя ферментативную активность исследуемых почв можно констатировать, что она довольно слабая, это следует из таблицы 4.
Активность каталазы характеризует баланс окислительно-восстановительных процессов. Ее активность
4. Ферментативная активность
Залежь Глубина, см Каталаза Уреаза Протеаза Инвертаза4
Козульский район
Чистая 0-10 0,05 3,30 0,14 1,53
10-20 0,11 2,43 0,12 1,10
Под лесом 0-10 0,13 1,31 0,17 1,55
10-20 0,05 0,97 0,21 0,96
Емельяновский район
Чистая 0-10 0,15 3,26 0,14 1,49
10-20 0,05 1,35 0,11 1,45
Под лесом 0-10 0,15 0,53 0,20 0,51
10-20 0,15 2,53 0,11 0,92
Больше-Муртинский район
Чистая 0-10 0,18 2,55 0,10 1,79
10-20 0,13 1,07 0,11 1,10
Под лесом 0-10 0,15 0,56 0,19 1,33
10-20 0,14 0,81 0,11 1,09
1 мл 0,1 н кмп04 за 20 минут; 2 мг аммонийного азота за 24 часа; 3 мг аминного азота за 24 часа; 4 мг инвертного сахара за 24 часа
выше в хорошо дренированных, богатых гумусом почвах. В более гумусированных почвах чистых залежей Емельяновского и Больше-Муртинского районов активность каталазы выше, особенно в слое почвы 0-10 см, где лучше доступ кислорода, чем в слое 10-20 см. Для почв, зарастающих лесом залежей, в этих районах значения активности каталазы почти равны на обеих глубинах, так как хороший доступ воздуха обеспечивает развивающаяся корневая система молодых деревьев. На чистой залежи Козульского района в слое почвы 0-10 см отмечена низкая активность фермента, так как эти почвы характеризуются самой высокой степенью кислотности. На глубине 10-20 см активность каталазы возрастает.
Следует отметить минимальную активность уреазы в почвах залежей, зарастающих лесом, по сравнению с чистыми залежами. В залежных почвах Козульского района наблюдаются максимальные значения уреазной активности. В отличие от других объектов исследования на залежах, зарастающих лесом в Емельяновском и Больше-Муртинском районах, отмечено увеличение активности уреазы на глубине 10-20 см, что свидетельствует о процессе глубокой минерализации азото-содержащих соединений.
Протеаза - фермент из класса гидролаз, он расщепляет пептидную связь между аминокислотами в белках и играет важнейшую роль в превращении азотосодер-жащих органических соединений в доступные для питания растений и микроорганизмов формы. Отмечена высокая активность этого фермента на залежах, зарастающих лесом, и низкая - на чистых залежах. По глубинам протеаза заметно активнее в верхнем слое (0-10 см) почв под лесом, за исключением Козульского района. Здесь в почве залежи, зарастающей лесом, на глубине 10-20 см отмечена максимальная активность про-теазы, что говорит об интенсивном распаде сложных органических веществ. Возможно, это связано с более интенсивным формированием лесной подстилки, оптимальными гидротермическими условиями.
В почвах залежей под лесом в других районах активность протеазы резко возрастает на глубине 0-10 см. На чистой залежи изменение активности фермента выражено не столь резко. В Козульском и Емельянов-ском районах фермент активнее в слое 0-10 см, а в Больше-Муртинском, напротив, в нижележащем слое.
Инвертаза характеризуется способностью расщеплять в почве углеводы растительных остатков и фос-форорганические соединения. Отмечены высокие значения активности инвертазы в почвах «под разнотравьем» на чистых залежах, по сравнению с почвами под лесом. Более активен этот фермент в верхнем слое 0-10 см, где интенсивнее формируются гумусовые вещества.
Резюмируя материалы по распределению эколого-трофических групп микроорганизмов и ферментативной активности серых почв залежей лесостепной зоны Красноярского края, следует отметить, что чем выше численность микроорганизмов, тем выше ферментативная активность. Случаи не совпадения объясняются тем, что в почвах фермент и субстрат могут быть разобщены вследствие микрозонального распределения микроорганизмов - основного источника ферментов.
Таким образом, при зарастании молодым лесом заброшенных пашен по ряду почвенно-агрохимических и биологических показателей не наблюдается снижение плодородия почв. Поэтому серые почвы залежей, на которых восстанавливается лес, можно рассматривать как резерв освоения и возвращения их в пашню. В то же время, поселившийся на залежах лес оказывает выравнивающее влияние на свойства почв, превращая биоценозы в более стабильную и самоконтролируемую систему, приобретающую сходство с природными биоценозами. Это важно с позиций экологической устойчивости сформировавшихся экосистем и оптимизации агроландшафтного земледелия.
Литература
1. Анциферова О.А. Динамика растительности и свойств почв на молодых залежах Тамбовской равнины и Зам-ландского полуострова // Калининград, 2005. 315 с.
2. Литвинович А.В. Изменение кислотно-основных свойств окультуренной дерново-подзолистой песчаной почвы в зависимости от срока нахождения в залежи // Почвоведение, № 10, 2005.
3. Иванов Д.А., Ковалев Н.Г. Почвенно-агроэкологическое исследование процессов трансформации агроэкоси-стем при различном использовании // Агроэкологическое состояние и перспективы использования земель России, выбывших из активного сельскохозяйственного оборота. Материалы Всерос. научн. конф. - М.: - 2008. - С. 299-303.
4. Коробова Л.Н., Кузнецова Т.Т. Динамика восстановления микоценозов залежных черноземных почв Западной Сибири // Непрерывное экологическое образование и экологические проблемы: сб. статей. - Красноярск: СибГТУ, 2004. - Т. 2. - С. 292-298.
5. Ковалева Ю.П. Продуционно-деструкционные процессы в залежных экосистемах Койбальской степи Минусинской котловины // Автореф. диссерт. на соиск. учен. ст. к.б.н. - Красноярск, 2007. - 20 с.
6. Сорокина О.А. Трансформация серых почв залежей под влиянием соснового леса. Красноярск. - 2008. - 209 с.
7. Токавчук В.В., Сорокина О.А. Оценка влияния леса на агрохимические свойства почв залежей лесостепной зоны // Вестник КрасГАУ, № 6, 2009. - С. 9-12.
8. Шпедт А.А., Чупрова В.В. Рекомендации по освоению залежных земель в Красноярском крае // Красноярск. -2009.
9. Звягинцев Д.Г. Почва и микроорганизмы. - М.: 1987. 257 с.
