CC BY
70
УДК 631.445.2
ПОЧВЕННЫЕ СУКЦЕССИИ И ИХ СВЯЗЬ С НЕОДНОРОДНОСТЬЮ ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ
В.Ф. Басевич
Рассмотрены современные представления о почвенных сукцессиях и неоднородностях подзолистых почв в условиях различных биогеоценозов. Показана функциональная взаимозависимость между данными природными явлениями. В рамках единой макросукцессии разобраны конкретные примеры почвенных сукцессионных рядов различного генезиса и масштаба. Анализ именно таких почвенных сукцессий позволяет одновременно оценивать пространственную и временную составляющие неоднородностей почв. Ветровальные почвенные комплексы являются прекрасной иллюстрацией сукцессионных явлений, проявляющихся на различных уровнях организации почвенного тела.
Ключевые слова: почвенные сукцессии, неоднородность, биогеоценоз.
Введение
Как известно, многие факторы природного и антропогенного характера определяют специфику и направленность процессов восстановления почвенного и растительного компонентов биогеоценозов после сбоя естественного хода их развития. Возникающие при этом сукцессии (от латинского слова successio — преемственность) — последовательные смены одних сообществ (биоценозов) другими в направлении формирования устойчивых (климаксных) экосистем — носят весьма разнообразный характер. Здесь уместно заметить, что термин «сукцессия», как правило, относится к смене видов организмов и сообществ (экологические сукцессии). С другой стороны, данное понятие в последнее время стало активно использоваться и в почвоведении. Еще С. Боул с соавт. [7] упоминал сукцессии почв как одно из понятий их генезиса, подразумевая под этим возникновение рядов почв «при последовательных сменах почвообразовательных режимов». О наличии почвенных сукцессий — последовательных стадий в развитии почвенных тел при определенных различных изменениях условий почвообразования — позволяют говорить и исследования других авторов [12, 13, 16]. Наиболее полно современные представления о педосукцессиях разработаны и обобщены в трудах И.И. Васенева [8, 9].
В настоящее время в области почвоведения также активно продолжает развиваться направление, связанное с изучением неоднородности почв различного происхождения, проявляющейся на различных уровнях их организации [18, 19]. Собственно, этому всегда уделялось значительное внимание со стороны исследователей, занимающихся различными прикладными и фундаментальными проблемами [11]. Но отношение к неоднородности почв, как к особому природному явлению, пожалуй, впервые было сформулировано Е.А. Дмитриевым [10]. Точнее сказать, его работы поставили неоднородность почв в ряд непосредственных объектов исследования.
Наибольший интерес представляют и требуют дальнейшего изучения неоднородности, которые фор-
мируются и развиваются в современных условиях почвообразования или возникли в недалеком обозримом прошлом, сопоставимом со скоростью почвообразовательных процессов. Такие неоднородности обязаны своим существованием современным факторам природного и антропогенного характера. В том или ином виде они присутствуют на обследуемых территориях, определяются линейными размерами в пределах единиц и десятков метров и могут проявляться на различных уровнях организации почвенного пространства.
В то же время до сих пор не существует единообразия в использовании и трактовке термина «неоднородность» применительно к почвенным образованиям. В большинстве словарей как такового понятия и слова «неоднородность» обнаружить не удается. В качестве синонима используется термин «гетерогенный» (от греческого слова heteros — другой), который соответствует русскому «разнородный» или «неоднородный». При этом легко находим определение однородности, сводящееся в итоге к представлению об одинаковости или сходстве сравниваемых объектов. Поэтому не случайно Е.А. Дмитриев [10] в паре слов «однородность— неоднородность» определяет именно однородность как «неразличимость сравниваемых предметов или явлений в пределах заданной их совокупности», т.е. говорит об их принадлежности к одному «роду». С семантической точки зрения в этом смысле можно говорить о степени родства между сравниваемыми объектами — «однородности», «двоюродности», «трою-родности» и т.д. Однородность как раз и предполагает отсутствие каких-либо существенных отличий — все «родные». Соответственно неоднородность характеризуется наличием различий между объектами, их неодинаковостью и может иметь количественную оценку.
В отношении почв в качестве одной из таких количественных мер может служить изменчивость (вариабельность) ряда их показателей. Следовательно, не совсем корректно, на наш взгляд, использовать термины «неоднородность» почв и их «изменчивость» как синонимы, тем более определять неоднородность как изменчивость почвенных признаков. Действительно, возникновение неоднородности сопровожда-
ется изменением вариабельности ряда показателей. Как правило, происходит увеличение, например, дисперсии или коэффициента вариации, хотя и такие проявления необязательны. Но сама по себе вариабельность в большинстве случаев не есть результат и свидетельство неоднородности. В этой связи стоит говорить, скорее, о «почвенном биоразнообразии» [17], которое зависит от конкретных экологических условий и фиксируется в пространственной изменчивости почв. Не следует также путать динамику изменения различных показателей (т.е. проявление почвенного биоразнообразия во времени) с временной неоднородностью состава и свойств почв.
Как раз здесь и возникает определенное противоречие между оценками пространственной и временной составляющих неоднородности почв [14]. Предпринимавшиеся до сих пор попытки дифференцированно оценить их вклад в создание и развитие различных неоднородностей не могут дать законченной картины именно ввиду временной и пространственной разобщенности сравниваемых объектов. Только хронологический подход при подборе конкретных объектов может совместить эти попытки. Неоднородности различного генезиса возникают в почвенном пространстве и развиваются впоследствии во времени в соответствии с конкретными биогеоценотическими условиями. Наличие в почвенном покрове разновозрастных неоднородностей одинакового происхождения позволяет оценивать их как почвенные сукцессии. Именно изучение различных почвенных сукцессий есть способ одновременной оценки пространственной и временной неоднородности почв.
Объекты и методы исследования
Работу проводили на подзолистых почвах Московской (Малинкское лесничество, Учебно-опытный почвенно-экологический центр «Чашниково», Бородинский военно-исторический музей-заповедник) и Тверской (Центрально-лесной государственный биосферный заповедник) областей и Республики Коми (совхоз «Чухломский» Сысольского р-на) в условиях различных биогеоценозов (БГЦ). Конкретные объекты подбирали с учетом возможности их датировки и исходя из непосредственных задач каждого из иссле-
дований. Полевые методы включали закладку прикопок, разрезов и траншей. Кроме того, сбор материала вели по трансектам с различным шагом опробования. Отбор образцов для лабораторных анализов проводили по фиксированным глубинам с обязательной регистрацией их принадлежности к различным элементам морфологической организации почвенного профиля.
Результаты и обсуждение
На примере изученных подзолистых почв разберем некоторые конкретные случаи почвенных сукцессий, представляющих собой хроноряды неоднородностей различной природы. Исследования проводили в последовательном ряду сменяющихся экосистем (рис. 1). В целом приведенную на рисунке схему с позиции трансформации почвенного компонента сменяющих друг друга БГЦ можно определить как почвенную макросукцессию со своими особенностями на каждом из этапов, регистрируемых в виде мезо- и микросукцес-сий. Рассмотрим несколько случаев почвенных сукцессий, присущих, в частности, лесным БГЦ и агро-ценозам.
В почвенном покрове лесных БГЦ широко распространены ветровальные почвенные комплексы (ВПК) [20], внешний облик которых определяется формированием при вывале деревьев характерного микрорельефа.
Выявлены общие и частные механизмы формирования и функционирования ВПК разного типа и возраста, позволившие вскрыть основные закономерности их «старения» и постепенного сближения с исходным почвенным фоном территории (педотур-богенные ветровальные сукцессии). Выделены также длительное время «нестираемые» признаки, позволяющие опознавать следы старых ветровальных нарушений в почвенном покрове [5]. На рис. 2 приведено морфологическое строение дерново-подзолистых почв, иллюстрирующее ветровальные педотурбации на стадии исчезновения микрорельефа. Следует особо отметить, что ветровальные мезосукцессии, развивающиеся на почвах подзолистого типа, на отдельных этапах могут характеризоваться даже сменой типа почвообразования. Скорость и направленность трансформаций зависят, прежде всего от особенно-
Рис. 1. Схема замкнутого цикла последовательной смены биогеоценозов
Глубина, см
1 2 3 м
1 2 3 м
П21 ШИЗ Ш 5 Е37 И9 са 11 Ш2 В4 ГТП 6 Е38 [ШО ЕИ2
Рис. 2. Ветровальные мезосукцессии на стадии исчезновения микрорельефа дерново-сильнопоздолистой (а) и дерново-слабоподзолистой (б) почв. Горизонты и морфоны: 1 — АО, 2 — А1, 3 — А1А2, 4 — А2, 5 — А2В, 6 — В1, 7 — В2, 8 — А1А2Нар, 9 — А2+А2В, 10 — А2ВМр, 11 — В1Шр, 12 — остатки древесины; нар — нарушенный
стей водного режима почв отдельных местоположений. Там, где водный режим остается прежним, почва стремится восстановить свой естественный облик. Там, где водный режим или другие факторы почвообразования изменяются, трансформация может привести к образованию нового профиля почвы. В процессе таких преобразований почва может проходить через ряд сукцессий, продолжительность и специфика которых во многом определяется конкретикой каждого местоположения. Так, в западинах ВПК могут формироваться торфянистые подзолы, а на буграх почвообразование может идти по типу бурых лесных почв (свидетельство разнонаправленности процессов регенерации). Подобные сукцессионные изменения почв приходилось наблюдать и при изучении датированных приусадебных рвов-валов в условиях Бородинского заповедника [16]. Например, почвенный материал валов, состоящий исходно из смеси материалов верхних горизонтов профиля, в конечном итоге приобретает черты бурых лесных почв, чему способствует благоприятный водно-воздушный режим. Таким образом, в Подмосковном регионе возникают интразональные почвы, характерные для широколиственных и хвойно-широколиственных лесов. Напротив, в прилегающих к валам канавах формируются почвы подзолистого типа, причем разной степени оподзоленности. Вследствие накопления со временем в понижениях органического вещества и постепенного его оторфовывания и частичной гумификации на завершающей стадии такого сукцессионного ряда могут формироваться те же торфянистые подзолы. Преобладание отмеченных выше процессов над процессом минерализации органического материала является
как раз результатом повышенного гидроморфизма рассматриваемого местоположения.
Различия в строении и функционировании отдельных частей ВПК и как следствие разновектор-ность процессов восстановления приводят к неодинаковости изменения почвенных свойств в разных направлениях от ветровальных почвенных комплексов. В то же время перемешивание почвенного материала в результате педотурбаций в пределах самих ВПК приводит на начальных стадиях их развития к усреднению почвенных показателей. В этом отношении ветровальные комплексы являются одновременно фактором анизотропности и изотропности лесных почв [1]. При этом в рамках почвенного покрова ВПК являются фактором его дифференциации, а в пределах профиля — фактором гомогенизации слагающего его материала. Формирование множества различных морфонов на горизонтном уровне — еще одна особенность ВПК. Неоднородности рассматриваемого генезиса на микроморфологическом уровне также имеют свою специфику возникновения и развития [6]. Таким образом, ветровальные почвенные комплексы являются прекрасной иллюстрацией сук-цессионных явлений, проявляющихся на различных уровнях организации почвенного тела.
Вовлечение лесных территорий в сельскохозяйственное использование сопровождается в пределах осваиваемых площадей резкой сменой биогеоцено-тической и экологической обстановок [2]. Формирование на месте лесного БГЦ агроценоза приводит к особенно сильным нагрузкам на верхнюю плодородную часть почвенного профиля (первичные агрогенные сукцессии). Особенно существенным изменениям на
данном этапе подвергаются морфологическое строение почвы и ее физическое состояние (рис. 3). Следы педотурбаций, возникшие в результате сведения леса, сохраняются в морфологии и физических свойствах верхней части почвенного профиля длительное время.
В условиях окультуривания и развитого агроценоза среди активных факторов, приводящих к возникновению неоднородностей подзолистых почв, следует отметить роль агротехники, микрорельефа и эрозионных процессов.
Одной из специфических причин создания неоднородности пахотного горизонта являются эрозионные процессы, вызванные весенним снеготаянием [15]. Исследования проводились на двух полях, имеющих уклоны от 1° до 3°. Установлено, что основная часть эродированного почвенного материала откладывается в пределах этих же полей. Отложения бывают самого разного характера и объема, причем эродированный материал часто размывается и переоткладывается ниже по склону, накапливаясь в понижениях.
На горизонтальных участках обследованных полей образуются конусы выноса площадью до 10 м2 и мощностью до 10 см. Встречаются отложения эродированного материала и внутри самого пахотного горизонта, чаще всего на границе с подпахотным. Во всех наблюдаемых случаях отложения увеличивают неоднородность материала пахотного горизонта в целом. Отличаясь более низким содержанием гумуса и илистых частиц, такие отложения создают предпосылки для общего снижения плодородия изученных дерново-подзолистых почв. Такого рода агрогенно-эрозион-ные микросукцессии флуктуационного характера, когда в пределах конкретного поля одновременно присутствует разновозрастный набор профилей с большим разнообразием пахотных горизонтов, отличаются высокой динамичностью во времени и пространстве и существенно осложняют процесс окультуривания.
Наряду с неоднородностями описанной природы в условиях агроценозов сохраняются факторы неоднородности пролонгированного действия, одним из которых является микрорельеф. Объектом изучения был выположенный участок поля с небольшим общим уклоном в 1—2°. Отличительная особенность почвенного покрова — наличие большого количества (до 7% территории) блюдцеобразных западин разной линейной протяженности. Депрессии размером в десятки метров унаследованы почвенным покровом от предшествующих этапов почвообразования. Микрозападины размером в единицы метров, как правило, являются следствием агротехнических изъянов или специальных приемов обработки («блуждающая» форма микрорельефа), как, например, вспашка «всвал— вразвал». В последнем случае могут образовываться длинные и узкие формы микрорельефа, измеряемые десятками метров.
Рис. 3. Изменение влажности (^ %) и плотности сложения (р, г/см3) подзолистой почвы формирующегося агроценоза на глубинах 5 (1), 15 (2) и 25 см (3) вдоль линии опробования
Роль микрорельефа различного генезиса оценивали с двух позиций. В одном случае сравнивали совокупности выделенных по ряду критериев типов строения профилей [4]. В другом — эти же профили анализировали с учетом их встречаемости и попадания в выборку при разном шаге опробования [3]. Использованный подход показал, что морфологическая однородность почв в рамках одного профиля нередко перекрывается неоднородностью этих профилей в пределах поля и наоборот. Сходная картина отмечается и в поведении ряда физических и агрохимических показателей почв. Данное наблюдение свидетельствует как раз о том, что далеко не во всех случаях действующие факторы неоднородности приводят к увеличению вариабельности в поведении отдельных почвенных свойств. В свою очередь это позволяет говорить о существовании так называемой «однородной неоднородности почв», с одной стороны, и «неоднородной однородности» — с другой. В методическом отношении интерес представляет то обстоятельство, что подробное обследование участков протяженностью даже в несколько десятков метров не всегда может дать достаточно полную картину состояния почвенного покрова агроценоза в целом. Подобные агрогенные мезо-и микросукцессии, будучи функцией микрорельефа разного происхождения, возраста и размера, являются неотъемлемым и отчасти весьма динамичным элементом почвенного покрова агроценоза.
Заключение
Естественно предположить, что, анализируя любой из этапов представленной в схеме макросукцессии, можно обнаружить следы предшествующих периодов почвообразования и связанных с ними почвенных сукцессий различного генезиса. Имея различные масштаб и период жизни, они неизбежно будут взаимно накладываться во времени и пространстве. Поэтому весьма важно уметь распознавать в профиле почвы следы прежних нарушений и по возможности оценивать их предполагаемый возраст. Следует учитывать и то обстоятельство, что почвенные сукцессии, даже при одинаковых стартовых условиях (в отношении свойств почв и времени старта), зачастую развиваются с неодинаковой скоростью, что
усугубляет и без того имеющуюся гетерохронность почв. Иногда уже в процессе саморазвития почвенные системы могут случайно приобретать некоторые различающиеся свойства или элементы, которые в конечном итоге разводят эволюцию изначально одинаковых почв в сходных экологических условиях по разным направлениям.
Таким образом, следует признать, что наши представления о почвенных сукцессиях и неоднородности почв без взаимного анализа и понимания существа рассматриваемых явлений заметно обедняются и оказываются в значительной мере односторонними. Более того, изложенный выше материал позволяет
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Басевич В.Ф. Ветровальные педотурбации как фактор анизотропности лесных почв // Мат-лы VII делегат. съезда ВОП. Ч. 1. Ташкент, 1985.
2. Басевич В.Ф. Морфологические и физические свойства подзолистой почвы на ранних стадиях освоения и окультуривания // Биол. науки. 1990. № 5.
3. Басевич В.Ф. К происхождению неоднородности подзолистых почв в агроценозе // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 17. Почвоведение. 1996. № 3.
4. Басевич В.Ф. Неоднородность подзолистых почв в условиях агроценоза // Почвоведение. 1996. № 10
5. Басевич В.Ф., Дмитриев Е.А. Влияние вывалов деревьев на почвенный покров // Почвоведение. 1979. № 9.
6. Басевич В.Ф., Шоба С.А. Микростроение почв ветровальных почвенных комплексов // Почвоведение. 1986. № 9.
7. Боул С., Хоул Ф., Мак-Крекен Р. Генезис и классификация почв. М., 1977.
8. Васенев И.И. Почвенные сукцессии как форма эволюции почв таежных и антропогенно измененных лесостепных экосистем: Автореф. дис. ... докт. биол. наук. М., 2003.
9. Васенев И.И. Почвенные сукцессии. М., 2008.
10. Дмитриев Е.А. Закономерности пространственной неоднородности состава и свойств почв: Дис. ... докт. биол. наук (в форме научного доклада). М., 1983.
11. Карпачевский Л.О. Пестрота почвенного покрова в лесном биогеоценозе. М., 1977.
12. Карпачевский Л.О., Строганова М.Н., Таргульян В.О. и др. Почвенные микросукцессии в климаксных ельниках
утверждать, что педосукцессии являются хотя и специфической, но весьма распространенной для разных биогеоценозов формой существования почвенных не-однородностей различного генезиса и масштаба. Поэтому в методическом плане почвоведам важно понимать и помнить о необходимости учета данного обстоятельства при планировании любых полевых исследований. В методологическом отношении не вызывает сомнения, что анализ именно разновозрастных почвенных сукцессий одинакового происхождения дает возможность одновременно оценивать пространственную и временную составляющие неоднородности почв.
южной тайги // История развития почв СССР в голоцене. Пущино, 1984.
13. Карпачевский М.Л. Изменение свойств почв в связи с сукцессионной динамикой таежных экосистем после пожаров и рубок: Автореф. дис. ... канд. биол. наук. М., 1996.
14. Керженцев А.С. Изменчивость почвы в пространстве и во времени. М., 1992.
15. Макаров И.Б., Басевич В.Ф. Роль эрозионных процессов в формировании неоднородностей пахотного горизонта дерново-подзолистых почв // Мат-лы VIII Всесоюз. съезда почвовед. Кн. 5. Новосибирск, 1989.
16. Макаров И.Б., Басевич В.Ф. Особенности развития почвенного покрова Бородинского заповедника и его связь с растительностью // Мат-лы IX Всерос. конф. «Экологические проблемы сохранения исторического и культурного наследия». М., 2005.
17. Макаров И.Б., Басевич В.Ф. К вопросу о почвенном биоразнообразии // Мат-лы Междунар. науч.-практ. конф. по экологии. М., 2010.
18. Неоднородность почв и точное земледелие. Ч. 2. Результаты исследований / Под ред. В.В. Медведева. Харьков, 2009.
19. Самсонова В.П. Пространственная изменчивость почвенных свойств: на примере дерново-подзолистых почв. М., 2008.
20. Скворцова Е.Б., Уланова Н.Г., Басевич В.Ф. Экологическая роль ветровалов. М., 1983.
Поступила в редакцию 27.10.2010
SOIL SUCCESSIONS AND THEIR COMMUNICATION WITH HETEROGENEITY OF
PODSOLIC SOILS
V.F. Basevich
Modern representations about soil successions and heterogeneity of podsolic soils in the conditions of various biogeocenosises are considered. Functional interdependence between the given natural phenomena is shown. Within frameworks of macrosuccession are adduced examples of soil successions of various genesis and scale. The analysis of such soil successions allows estimating simultaneously spatio-temporal components of heterogeneity of soils. Windfall soil complexes are a fine illustration of soil succession shown at various levels of the organization of a soil body.
Key words: soil succession, heterogeneity, biogeocenosis.
Сведения об авторе.
Басевич Виктор Францевич, канд. биол. наук, доцент каф. общего земледелия; тел.: 8 (495) 939-35-24; e-mail: [email protected]
