Пространственная изменчивость гумуса почв и продуктивности лугов аласов центральной Якутии (на примере стационарного аласа ИБПК со РАН) Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

УДК 631. 472. 56 (571.56)

ПРОСТРАНСТВЕННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ ГУМУСА ПОЧВ И ПРОДУКТИВНОСТИ ЛУГОВ АЛАСОВ ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЯКУТИИ (на примере стационарного аласа ИБПК СО РАН)

© 2009 М.В. Оконешникова, М.Х. Николаева, А.Р. Десяткин Институт биологических проблем криолитозоны СО РАН, г. Якутск

Изучены пространственная изменчивость гумуса почв и продуктивности лугов типичного аласа Центральной Якутии. Установлены особенности изменения основных показателей гумусного состояния почв, видового состава и биомассы луговых фитоценозов.

Ключевые слова: гумус, продуктивность лугов, фитоценоз, пространственная изменчивость

Взаимодействие почвенного и растительного покровов - главный механизм биосферы в создании фитомассы, являющейся основой гетеротрофной жизни вообще и человека особенно [3]. Некоторые характеристики этого взаимодействия отдельно или в сочетании рассматриваются в качестве параметров почвенного плодородия. Наиболее важным критерием в системе параметров оценки плодородия почв является гумус - источник углерода, азота, фосфора, серы и многих микроэлементов, необходимых для роста и развития растений. Накопление и динамика гумуса в почвах в значительной степени определяются общими биоклиматическими и конкретными экологическими (в т.ч. хозяйственными) условиями его формирования.

Интересным объектом для изучения пространственной изменчивости гумуса почв и биомассы лугов являются аласы. Разрозненно структура почвенного и растительного покровов аласов достаточно изучена, однако комплексные исследования

Оконешникова Матрена Васильевна, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник. E-mail: mvok@yаndex.ru Николаева Майя Христофоровна, младший научный сотрудник. E-mail: mayan34@yаndex.ru Десяткин Алексей Романович, младший научный сотрудник.

E-mail: alesha@chem.agr.hokudai.ac.jp

гумуса почв и продуктивности лугов ала-сов ранее не проводились. В данной работе приводятся результаты изучения пространственной изменчивости гумуса почв, ботанического состава и продуктивности лугов стационарного аласа ИБПК СО РАН в 2000-2002 годы.

Алас расположен в 70 км восточнее г. Якутска на пятой надпойменной (Тюнгю-люнской) террасе р. Лены. Длина лугового пространства 240 м, ширина 150 м. Глубина вреза по отношению к межаласному пла-кору составляет около 14 м. Площадь безлесной поверхности 11,7 гектаров, а общая площадь аласной котловины несколько больше этой территории. Со всех сторон олуговелое днище до подножия склонов занято лесом шириной до 30-70 м. По склонам южной экспозиции полосой 10-30 м произрастают травянистые изреженные березово-лиственничные леса, а под склонами северной экспозиции более широкую полосу занимают брусничные и мохово-голубичные лиственничники. Днище ровное, имеет слабый наклон в сторону озера, последнее расположено чуть западнее центра аласа. Вокруг озера сформированы пояса влажных, настоящих и остепненных лугов. По краю леса, по всему периметру аласа, выделяется самостоятельная пространственная структура - полоса опушечных разнотравных лугов. Почвенный покров представлен аласной торфянисто-

глеевой (влажный луг), аласной луговой (настоящий луг), аласной остепненной (ос-тепненный луг) и аласной луговой переходной (опушка леса) типами почв.

Для обобщенной характеристики гумуса почв использовали систему показателей гумусного состояния, предложенную Л. А. Гришиной и Д. С. Орловым [1]. Максимальное содержание и очень высокий запас гумуса характерны для торфянисто-глеевых почв под влажными лугами: в слое 0-20 см 334 т/га, 0-50 см - 689 т/га и в слое сезонного протаивания (0-70 см) -755 т/га. Явно выраженный гидроморфизм, низкие температуры обусловливают неблагоприятные условия для деятельности почвенной биоты, слабую степень гумификации органического вещества и значительную его оторфованность. Состав гумуса в верхней половине профиля фульватно-гуматный (Сгк:Сфк - 2,0-1,3) и гуматно-фульватный - в нижней (Сгк:Сфк - 0,6-0,7).

Среди гуминовых кислот значительно преобладает фракция ГК-3, связанная с глинистыми минералами и малоподвижными полуторными окислами (11,1-20,3% от Собщ), что значительно превышает содержание фракций ГК-1 (3,3-1,3%) и ГК-2 (2,5-8,6%).

В господствующих по площади луговых почвах запасы гумуса в слоях 0-20 и 050 см в 3-4 раза ниже торфянисто-глеевых и оцениваются как низкие (97 т/га и 158 т/га). Запас гумуса в слое 0-100 см составляет 243 т/га, в слое сезонного протаива-ния (150 см) - 317 т/га. Благоприятные гидротермические условия создают интенсивную микробиологическую деятельность, высокую степень гумификации органического вещества (45,0-25,4%) и формирование гуматного и фульватно-гуматного типов гумуса в преобладающей части профиля луговых почв (Сгк:Сфк колеблется в пределах 3,8-1,1). В составе гу-миновых кислот по сравнению с торфяни-сто-глеевыми почвами существенно выше содержание всех фракций, в особенности фракции ГК-2 (12,8-15,2% от Собщ), что объясняется большей насыщенностью луговых почв как биогенным, так и минеральным кальцием [4].

Наименьшие запасы гумуса сосредоточены в остепненных почвах: в слоях 0-20 см - 60т/га, 0-50 см - 107т/га, 0-100 см -260т/га и в слое сезонного протаивания (160 см) - 369т/га. Чередование периодов увлажнения и относительной сухости способствуют глубокому разложению органического вещества и накоплению максимального количества гуминовых кислот. Степень гумификации органического вещества в горизонте А очень высокая (59%), тип гумуса гуматный (Сгк:Сфк - 2,8). Среди гуминовых кислот увеличивается доля участия ГК-1 до 11% и ГК-2 до 22%

от Собщ.

Дерново-луговые переходные почвы на опушечной части аласа по показателям гумусного состояния занимают промежуточное положение между торфянисто-глеевыми и луговыми почвами. Запасы гумуса высокие: в слое 0-20 см - 175 т/га, 050 см - 374 т/га и в слое сезонного протаивания (0-90 см) - 393 т/га. Высокий запас гумуса объясняется наличием поверхностного и погребенного органогенного горизонтов озерных отложений ЬБ [2] и слабой минерализацией органического вещества в связи с затененностью территории окружающим лесом. Степень гумификации органического вещества в верхних горизонтах средняя (23,6-28,6%), гумус фульват-но-гуматный (Сгк:Сфк - 1,7-1,3).

Таблица 1. Запасы гумуса в почвах аласа

Типы почв Площадь, га Запас гумуса на всю площадь, * т

торфянисто-глеевая 1,32 440,4 997,0

луговая 4,46 431,3 1413,4

остепненная 2,87 171,6 1059,0

дерново-луговая переходная 1,34 234,0 526,5

всего: 10,87 1277,3 4024,2

Примечание: над чертой - для слоя 0-20 см, под чертой - для слоя сезонного протаивания.

Для оценки общих запасов гумуса в почвах стационарного аласа за основу были приняты средние данные площадей лугов за 1988-2006 гг., т.к. площади и формы ареалов пространственных структур аласа в зависимости от условий внешней среды по годам существенно менялись (табл. 1).

По результатам картирования в 2000 г. площадь водного зеркала озера составляла 5,8 га, настоящего луга - 2,2 га, ос-тепненного - 1,5 га и опушечных фитоце-нозов - 2,2 га. В 2001 г. доля озера уменьшилась до 3,2 га. Площадь влажного луга составила 1,7 га, настоящего луга увеличилась до 3,1 га. Площади остепненного луга (1,6 га) и опушечных пространств под склонами северной и южной экспозиций (2,1 га) остались на том же уровне. В 2002 г. доля озера сократилась до 3,0 га, влажного луга - до 1,5 га, остепненного - до 1,3 га. Доля настоящего луга и мезофитных фитоценозов опушки немного повысилась до 3,5 и 2,3 га соответственно.

Наиболее продуктивными фитоцено-зами аласа являются влажные (лисохвост-ные) луга. Надземная биомасса их в 2001 г. составила 42,3 ц/га, в 2002 г. - 47,8 ц/га (за 2000 г. данные отсутствуют в связи с увеличением зеркала озера). В ботаническом составе злакового фитоценоза насчитывается от 13 до 16 видов растений. Доминан-том является лисохвост тростниковидный (Alopecurus arundinaceus Poir.). Значительным участием в общей фитомассе отличалась болотница болотная (Eleocharis palustris (L.) Roem. et Schult.). Также в сложении травостоя принимали участие из злаков - бекмания восточная (Beckmannia syzigachne (Steud.) Fern.), бескильница тонкоцветковая (Puccinellia tenuiflora (Griseb.) Scrib. et Merr.), из разнотравья -лапчатка гусиная (Potentilla anserina L.), горец сибирский (Polygonum sibiricum Laxm.), млечник морской (Glaux maritima L.), лютик ядовитый (Ranunculus sceleratus L.). Средняя высота растительности 35-45 см, максимальная - 70-80 см; проективное покрытие составила 70-80%.

Второе место занимают настоящие (бескильницевые) луга с продуктивностью 35,1 ц/га в 2000 г., 25,2 ц/га - 2001 г., 28,0 ц/га - 2002 г. В видовом составе гос-

подствует бескильница тонкоцветковая со значительным участием млечника морского и горца сибирского. Кроме того, в формировании травостоя мезофитного луга принимают участие соссюрея горькая (Saussurea amara (L.) DC.), одуванчик ро-гоносный (Taraxacum ceratophorum (Ledeb.) DC.), мятлик луговой (Poa pratensis L.), лисохвост тростниковидный, пырей ползучий (Elytrigia repens (L.) Nevski). Всего в формировании травостоя принимают участие от 8 до 11 видов. Проективное покрытие - 75-80 %, средняя высота растений - 30-35 см, максимальная может достигать 45-55 см.

Менее продуктивными являются ос-тепненные (полынно-осочково-ячменные) луга. Их продуктивность в 2000 г. равна 21,3 ц/га, в 2001 г. - 14,7 ц/га, в 2002 г. -11,1 ц/га. Ботанический состав травостоя остепненного луга разнообразен и насчитывает от 25 до 36 видов растений. Доминирующими видами являются из злаков -ячмень короткоостистый (Hordeum bre-visubulatum (Trin.) Link.), пырей ползучий, из осок - осока твердоватая (Carex durius-cula C. A. Mey.), из видов разнотравья -полынь замещающая (Artemisia commutata Bess.), лихнис сибирский (Lychnis sibirica L.). Кроме того, в сложении травостоя принимают участие много видов из лугового разнотравья, такие как вероника серая (Veronica incana L.), льнянка остролопастная (Linaria acutiloba Fisch. ex Reichenb), одуванчик рогоносный, подмаренник настоящий (Galium verum L.), соссюрея горькая и др. Проективное покрытие растительности - 65-70 %, средняя высота травостоя - 20-30 см.

Продуктивность фитоценозов опушечных пространств (осоково-разно-травно-злаковых) в 2000 г. составила 16,1 ц/га, в 2001 г. - 18,6 ц/га, в 2002 г. - 15,1 ц/га. В этих сообществах основную роль в формировании травостоя выполняют васи-листник простой (Thalictrum simplex L.), лапчатка гусиная, осока прямоколосая (Carex atherodes Spreng.), лисохвост трост-никовидный, ячмень короткоостистый. Также участвуют вейник незамечаемый (Calamagrostis neglecta (Ehrh.) Beauv.), мятлик луговой, болотница болотная,

лапчатка прилистниковая (Ро!еп1;Ша Бйри-1апБ Ь.) и др. Всего насчитывается от 23 до 42 видов. Проективное покрытие 70-80 %, средняя высота травостоя 30-40 см.

По показателям общей продуктивности за вышеуказанные годы наблюдений первое место занимают фитоценозы настоящих лугов, второе - влажные луга, третье - фитоценозы опушки и последнее - остепненные луга (табл. 2).

Выводы: анализ данных показал, что запасы гумуса и продуктивность фитоце-нозов изученного аласа меняются закономерно условиям увлажнения почв и в общих чертах вполне сопоставимы.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Гришина, Л.А. Система показателей гумусного состояния почв / Л.А. Гришина, Д.С. Орлов // Проблемы почвоведения. - М., 1978. - С.42-48.

2. Десяткин, Р. В. Почвы аласов Лено-Амгинского междуречья // Якутск, 1984. -168 с.

3. Ковда, В.А. Проблемы защиты почвенного покрова и биосферы планеты // Пущино; АН СССР, 1989. - 154 с.

4. Оконешникова, М.В. Гумус почв аласов Лено-Амгинского междуречья. Автореф. дисс. канд. биолог. наук. Новосибирск, 1994. - 16 с.

Таблица 2. Показатели общей продуктивности фитоценозов аласа, ц

Типы лугов 2000 2001 2002

год год год

настоящий 77,1 78,1 98,0

влажный - 71,9 71,7

фитоценозы 35,4 39,1 34,7

опушки

остепненный 32,0 23,5 14,4

всего: 144,5 212,6 218,8

SPATIAL VARIABILITY OF SOIL HUMUS AND PRODUCTIVITY OF ALAS MEADOWS IN CENTRAL YAKUTIA (by the example of IBPC SB RAS stationary alas)

© 2009 M.V. Okoneshnikova, M.H. Nikolaeva, A.R. Desyatkin Institute for Biological Problems of Cryolithozone SB RAS, Yakutsk

Spatial variability of soil humus and meadow productivity of a typical alas in Central Yakutia has been studied. Patterns of change of main indices of soil humic state, species composition and biomass of meadow phytocenosis have been determined.

Key words: humus, meadows productivity, phytocenosis, spatial variability

Matrena Okoneshnikova, Candidate of Biology, Senior Research Fellow. E-mail: mvok@yаndex.ru Maya Nikolaeva, Assistant Research Fellow. E-mail: mayan34@yаndex.ru Alexei Desyatkin, Assistant Research Fellow. E-mail: alesha@chem.agr.hokudai.ac.jp