CC BY
70
УДК 631.4(571.53) А.А. Козлова
СЕЗОННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ НЕКОТОРЫХ СВОЙСТВ ПОЧВ ЮЖНОГО ПРЕДБАЙКАЛЬЯ, РАЗВИТЫХ В УСЛОВИЯХ РЕЛИКТОВОГО МИКРОРЕЛЬЕФА
Выявлена значительная вариабельность температуры, влажности, рН водной суспензии и подвижных нитратов в дерновых лесных почвах и черноземах Южного Предбайкалья, развитых в условиях реликтового микрорельефа.
При распахивании произошло увеличение дифференциации свойств почв и усиление пространственной неоднородности почвенного покрова.
Ключевые слова: почва, сезон, свойства, покров, микрорельеф, Южное Предбайкалье.
A.A. Kozlova SEASONAL CHANGES OF CERTAIN SOILS PROPERTIES OF THE SOUTH PREBAIKALYE FORMED IN THE RELICT MICRORELIEF CONDITIONS
Considerable variability of temperature, humidity, water suspension рН and mobile nitrates in sod forest soils and Southern Predbaikalye chernozems developed in the relict microrelief conditions is revealed. There was an increase in soils properties differentiation and strengthening of soil cover spatial heterogeneity while ploughing-up.
Keywords: soil, season, properties, cover, microrelief, Southern Predbaikalye.
Введение
Почва, как особое, естественноисторическое тело, неразрывно связана в своем происхождении и свойствах с окружающей средой, это реализуется через выполнение почвой ряда экологически значимых функций. В данном контексте почва рассматривается как сложная, динамическая, самоорганизующаяся и саморазвивающаяся система открытого типа, которая функционирует, осуществляя обмен информацией, веществом и энергией с другими системами: атмосферой, породой, биотой, рельефом [3]. В естественнонаучном смысле функционирование почв в биогеоценозе понимается как совокупность взаимосвязанных процессов перемещения и трансформации вещества и энергии, обеспечивающих устойчивое развитие наземных экосистем [4].
Одной из важнейших особенностей климатических условий является их сезонная динамика, которая вызывает соответствующие изменения в течение почвообразовательного процесса. Сезонные изменения температуры и влажности почвы определяют динамку ее биологической активности. Сезонной динамике подвержены состав почвенных растворов и характер миграции вещества в профиле почв и ландшафте [4].
Методы и объекты исследования
Изучение сезонного изменения температуры, влажности, актуальной кислотности и нитратного азота выполнялось в свежих образцах, сразу после отбора в поле. Отбор образцов проводили в трехкратной повторности через каждые 10 см до глубины 120 см.
Согласно физико-географическому районированию [7] район исследования относится к Верхнеприан-гарской провинции Южно-Сибирской горной области с лиственничными и сосновыми лесами на приподнятых равнинах и плато и осиново-березовыми травяными лесами на пологих склонах. Комплекс природных условий региона обусловил широкое развитие здесь подтаежных, лесостепных и степных ландшафтов. Почвообразование в этих районах происходит на рыхлых отложениях большой мощности при пониженном увлажнении, возрастании теплообеспеченности и значительном участии травянистой растительности.
Для почвенного покрова юга Предбайкалья характерна неоднородность, связанная с проявлениями реликтового криогенного микрорельефа в виде бугристо-западинных форм. Морфологически он представляет собой чередование бугров и западин округлой и овальной формы. Размеры их различны и определяются во многом мощностью и составом рыхлых отложений. Превышение бугров над западинами составляет 0,5—3,0 м, расстояние между центрами западин колеблется в пределах 10-25 м.
Начало формирования бугристо-западинного рельефа относят к позднему плейстоцену (примерно 10,5-11 тыс. лет назад) [1,2]. В это время образовались полигональные структуры, разбитые трещинами, заполненными жильным льдом. В дальнейшем, при потеплении климата, многолетняя мерзлота деградировала, при вытаивании жильного льда возникли псевдоморфозы, или мерзлотные клинья. Почвообразовательный процесс, развивающийся на каждой из структур, различается по серии параметров, и, прежде всего, пространственно-временной организации почвенного покрова, что обуславливает различия в функционировании почв, развитых в условиях палеокриорельефа.
Объектами исследования стали дерновые лесные почвы и черноземы Южного Предбайкалья, находящиеся в условиях степи и подтайги в естественном и освоенном состоянии.
Комплекс подтаежного ландшафта представлен дерновой лесной почвой со вторым гумусовым горизонтом в западине с формулой профиля О1-О2-Дс1-А-В-[А]1-[А]2-ВС-С (разрез 3) и дерновой лесной бес-карбонатной на бугре, формула профиля О^-А-В1-В2-С (разрез 4). Превышение бугра над западиной составляет 1-1,5 м, его диаметр около 20 м. Растительность: березняк папоротниково-разнотравный.
Почвенная комбинация степного участка состоит из чернозема выщелоченного мощного многогумусного в западине с формулой профиля Ар-А-[А] (разрез 7) и чернозема выщелоченного маломощного малогумусного на бугре, формула профиля Аd-A-АВ-В-Вса (разрез 8). Западина ниже вершины бугра на 1,0-1,2 м, диаметр бугра около 20 м. Растительность: злаково-разнотравная степь.
Комбинации освоенных ландшафтов состоят из агрогенно-преобразованных почв соответствующих типов. Превышение бугорков над западинками составляет всего 40-50 см, а диаметр бугров свыше 20-25 м.
Результаты и обсуждение
Наиболее существенные колебания температуры, влажности, актуальной кислотности и нитратного азота в течение вегетационного периода происходили в верхнем корнеобитаемом слое почвы. Особенно контрастно они проявились в черноземах и пашнях, поскольку это почвы открытых ландшафтов. Самая высокая температура в корнеобитаемом горизонте черноземов и на пашне была достигнута в июле. На поверхности бугра она составила 30о, в западине ее значения были на 5 о ниже, чем на бугре (рис. 1).
Рис. 1. Сезонные изменения температуры и влажности в почвах Южного Предбайкалья: дерновые лесные почвы - разрезы р1-р4; черноземы - разрезы р5-р8
В дерновых лесных почвах также максимально высокая температура на поверхности почвы, как и воздуха, наблюдалась в июле. В летние месяцы почва значительно прогревается и средняя температура на ее поверхности достигает 18-20оС, что на 3-5оС превышает температуру воздуха.
Известно, что лес, помимо своей экранирующей роли от солнечной радиации, посредством транспирации дополнительно охлаждает почвы летом [8], поэтому в летне-осенний период почвы под лесом оказались прохладнее, чем в степи. Выявилась общая закономерность для исследуемых почв обоих ландшафтов: в весенне-летний период более теплой была почва бугра, а в августе-сентябре - западины.
Температурный режим пахотных и целинных почв существенно различается [5,6]. Во-первых, поверхностные слои в пахотной почве нагреваются более интенсивно, чем в целинной, особенно лесной почве. Во-вторых, на открытой местности, благодаря раннему сходу снежного покрова, положительные температуры в почве устанавливаются раньше, чем на целине. В холодное время целинная почва охлаждается значительно меньше, чем на пашне. Летом, наоборот, пахотные почвы существенно теплее целинных. В черноземах,
хотя сами они являются почвами открытых ландшафтов, также соблюдается эффект затененности поверхности почв на целине, однако в меньшей степени, чем в лесу. При распахивании показатели температуры между бугром и западиной за счет нивелирования поверхности в обоих ландшафтах сближаются.
Специфика термического режима оказывает большое влияние на водный режим почв. Распределение влаги в почвах, развитых в условиях бугристо-западинного рельефа, имеет пространственную неоднородность и зависит от местоположения. Степень увлажнения расположенных на расстоянии 10-20 м друг от друга бугров и западин может резко различаться. Особенно заметны изменения влажности в верхней части профиля почв палеокриорельефа. Известно, что почвы пониженных элементов рельефа более увлажнены, чем почвы повышений [9]. Так, разница в увлажненности между почвой бугра и западины за период наблюдений в лесном ландшафте составила 20%, в степном - более 50% (см. рис. 1).
С режимом влажности тесно связана миграция веществ в почвенном профиле, которая осуществляется главным образом в растворенном или во взвешенном состоянии. За период наблюдений установлено, что на буграх, как в степи, так и в лесу, распределение влаги происходило от нижних горизонтов к верхним и связано с интенсивным испарением, транспирацией. Условия для сквозного промачивания и вымывания легкорастворимых солей за пределы почвенного профиля повышений появляются непродолжительное время в конце лета, что способствует формированию непромывного типа водного режима. В западинах наряду с испарением и транспирацией присутствует внутрипочвенный сок, в результате чего здесь активно идут процессы выщелачивания легкорастворимых солей за пределы профиля.
При распахивании разница в увлажненности между бугром и западиной становится менее заметной. Установлено, что распахивание и нивелирование поверхности приводит к сближению значений температуры и влажности на микропонижении и микроповышении при сохранении общей закономерности: в западине влажнее и холоднее, чем на бугре. Д.Д. Саввиновым [6] выявлено, что после освоения почв происходит прогрессивное иссушение корнеобитаемой толщи, которое в основном обусловлено усилением расхода влаги вследствие повышения температуры почвы, увеличением турбулентного тепло- и влагообмена в приземном слое воздуха, улучшением светового режима и уничтожением напочвенного покрова, хорошего изолятора тепла и влаги. Все эти особенности наблюдаются в исследуемых почвах.
Наблюдения за сезонными изменениями актуальной кислотности показали, что они синхронны изменению температуры и влажности воздуха и почв. Так, весной дерновые лесные почвы были слабокислыми (рис. 2).
"с
г
со
О
Содержания нитратов в
50
40
30
20
10
0
Месяц
Рис. 2. Сезонные изменения значений показателя рН и нитратного азота в почвах Южного Предбайкалья: дерновые лесные почвы - разрезы р1-р4; черноземы - разрезы р5-р8
Летом в период активных биохимических реакций и корневых выделений происходило подкисление почвенного профиля. Древостой также может активно участвовать в повышении кислотности почвенного раствора [10], к сентябрю показатель рН достигал нейтральных значений, причем почва понижения (разрез 3) оказалась кислее почвы повышения (разрез 4).
В черноземе на бугре в течение сезона прослеживалось постепенное уменьшение кислотности от весны к осени до слабощелочных значений. В западине реакция среды весной была слабокислой. В летний период показатель рН достигал нейтральных значений, к осени он вновь снижался до слабокислых величин, при этом в понижении (разрез 7) почва была кислее, чем на повышении (разрез 8). На пашне наблюдалось заметное подщелачивание почвы на 1-1,5 значения рН, особенно на бугре. В целом, реакция среды на паш-
не достигала слабощелочных значений в течение всего периода наблюдений, а различия между бугром и западиной проявились резче, чем на целине, в обоих ландшафтах.
Максимальное содержание нитратов в дерновых лесных почвах отмечено весной и приурочено к верхнему десятисантиметровому слою почвы (см. рис. 2). На бугре оно оказалось в 2 раза выше, чем в понижении, что согласуется с лучшей прогреваемостью почв повышений, их высокой микробиологической активностью, глубоким разложением гумуса. В остальной период наблюдений содержание нитратного азота было низким. Распределение нитратов по профилю черноземов было более равномерным, причем максимальное их количество было отмечено осенью. В весенне-летний период содержание нитратного азота было небольшим, особенно летом, в связи с поглощением его растительностью. Нитратов в разные сроки оказалось больше в пахотных почвах. Отчасти это согласуется с более высокой температурой данных почв, способствующей активизации микробиологической деятельности.
Выводы
1. Прогревание и выхолаживание компонентов почвенного комплекса бугристо-западинного ландшафта неравномерно в сезонном цикле. Общим для почв степи и леса явилось то, что в весенне-летний период более теплой была почва бугра, а в августе-сентябре - западины. Наиболее контрастные изменения температуры происходят в почвах бугра и западины степного ландшафта.
2. На протяжении всего периода наблюдений западина оставалась влажнее бугра, причем в степи это различие проявилось резче, чем в лесу. Дифференциация влажности более отчетливо проявилась в весенне-летний период, что обусловлено скоплением талых и дождевых вод в понижениях микрорельефа, более медленным оттаиванием почв в них и некоторой защищенностью от ветра.
3. Наблюдения за сезонной динамикой актуальной кислотности показали, что в течение вегетационного периода резких изменений актуальной кислотности не происходило. Величина расхождения показателя рН в дерновых лесных почвах составила 0,5, в черноземах - 1. В течение сезона в почвах происходило постепенное уменьшение кислотности с весны до осени. При этом почвы западин были кислее почв бугров на протяжении всего периода наблюдений.
4. В дерновых лесных почвах максимальное содержание нитратного азота наблюдалось весной. В черноземах, наоборот, максимум нитратного азота отмечен осенью. В целом, черноземы оказались лучше обеспечены нитратным азотом, чем дерновые лесные почвы на протяжении всего периода наблюдений. Причем на буграх их количество было выше, чем в западинах, особенно в черноземе.
5. При распахивании произошло увеличение температуры почв на повышениях и в понижениях, при этом они были суше целинных почв. Это привело к повышению биологической активности в почвах бугров и западин в обоих ландшафтах, что согласуется с данными по количеству нитратов, которых в пахотных почвах в разные сроки оказалось больше. На пашне наблюдалось заметное подщелачивание почвы на 1-1,5 значения рН, особенно на бугре, а различия актуальной кислотности между бугром и западиной проявились резче, чем на целине, в обоих ландшафтах.
Литература
1. Величко, А.А. Природный процесс в плейстоцене / А.А. Величко. - М.: Наука, 1973.
2. Воробьева, Г.А. Возраст почв Прибайкалья / Г.А. Воробьева // Естественная и антропогенная эволюция почв. - Пущино, 1988. - С. 74-82.
3. Добровольский, Г.В. Избранные труды по почвоведению. Т.1: Общие вопросы теории и развития почвоведения / Г.В. Добровольский. - М.: Изд-во МГУ, 2005.
4. Регуляторная роль почвы в функционировании таежных экосистем / отв. ред. Г.В. Добровольский. -М.: Наука, 2002.
5. Колесниченко, В.Т. Водно-тепловой режим и агрофизические свойства черноземов выщелоченных лесостепи Восточной Сибири / В.Т. Колесниченко // Почвы, удобрения и урожай в лесостепи Прибайкалья. - Иркутск: Восточ.-Сиб. кн. изд-во, 1965. - С. 42-61.
6. Саввинов, Д.Д. Гидротермический режим почв в зоне многолетней мерзлоты / Д.Д. Саввинов. - Новосибирск: Наука, 1976.
7. Физико-географическое районирование СССР: Характеристика региональных единиц / под ред. Н.А. Гвоздецкого. - М.: Изд-во ИГУ, 1968.
8. Чигир, В.Г. Проблемы тепловой мелиорации почв холодных почвенно-биоклиматических фаций / В.Г. Чи-
гир // Почвенный криогенез. - М.: Наука, 1974. - С. 203-210.
9. Шульгин, А.М. Климат почвы и его регулирование / А.М. Шульгин. - Л.: Гидрометеоиздат, 1972.
10. Davies, R.J. Relation of polyphenols to decompositon of organic matter and to pedogenetic processes / R.J. Da-
vies // Soil Science. - 1971. - Vol. III. - № 1. - P. 80-85.
'--------♦-------------
УДК 611.4 Р.В. Бояркин, Н.М. Костенков
ПОЧВЕННЫЙ ПОКРОВ ГОСУДАРСТВЕННОГО ЗАПОВЕДНИКА «КЕДРОВАЯ ПАДЬ»
Рассмотрены общие сведения и природные условия формирования почв заповедника «Кедровая падь». Дана морфолого-генетическая, физико-химическая характеристика почв, в том числе уникальных и редких для дальневосточной буроземной зоны.
Ключевые слова: почва, покров, характеристика, заповедник.
R.V. Boyarkin, N.M. Kostenkov SOIL COVER OF "KEDROVAYA PAD"NATIONAL PARK
The general data and environment conditions of soil formation in the “Kedrovaya pad” reservation are considered. Morphologic and genetic, physical and chemical characteristics of soils, including unique and rare for Far East burozem zones are given.
Key words: soil, cover, characteristics, reservation.
Общие сведения
В системе особо охраняемых природных территорий российского Дальнего Востока Государственный биосферный заповедник «Кедровая падь» имеет особое значение в силу своего географического положения, так как расположен на самом юге Дальнего Востока в Хасанском районе Приморского края (координаты: 131о24" в. д. и 43о01"- 43о с.ш.). Территория заповедника занята исключительно лесными сообществами. Расчлененный рельеф, девственная, разнообразная растительность и высокая плотность проживающих в заповеднике животных сделала его уникальным островком природы, каким застали его первые исследователи.
Первые упоминания о данной территории появились в работах А.Ф. Будищева и Н.М. Пржевальского, который в 1897 году, следуя вдоль западного берега Амурского залива, отметил, что это дикие места, не тронутые рукой человека.
История заповедника «Кедровая падь» начинается с 1908 года, когда в Приморье начали создаваться первые заказники, один из них (в Посьетском лесничестве) охватывал бассейн р. Кедровая, который первый стал официально организованным заповедником России «Кедровая падь». В 1924 году Дальневосточный экономический совет придал заповеднику полномочия самостоятельного управления и в 1926 году расширил его территорию до 9500 га. В начале 1935 года по инициативе академика В.Л. Комарова заповедник вошел в систему Академии наук СССР и был передан в ведение Дальневосточного филиала Сибирского отделения АН СССР. В 1951 году был осуществлен ряд мероприятий, в результате которых территория заповедника была расширена уже до 17500 га. В 1964 году заповедник вошел в состав Биолого-почвенного института ДВО РАН. После уточнения границ заповедника в 2000 году площадь его в настоящее время составляет 18044,8 га. С 2004 года заповедник «Кедровая падь» получил статус биосферного резерванта ЮНЕСКО.
Природные условия формирования почв
Климатические особенности. Южная часть Приморья входит в климатическую область муссонов умеренных широт и имеет ряд экстремальных характеристик. Так, в январе преобладают северные, северо-
