CC BY
44
УДК 631.445.2:631.423.4:631.412(470.13)
СВОЙСТВА ЛЕСНЫХ И ПОСТАГРОГЕННЫХ ПОЧВ, РАЗВИВАЮЩИХСЯ НА ПЕСЧАНЫХ И СУГЛИНИСТЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ РЕСПУБЛИКИ КОМИ
А.А. ДЫМОВ* **, Е.Н. МИХАЙЛОВА**
* Институт биологии Коми НЦ УрО РАН, г. Сыктывкар ** Сыктывкарский государственный университет им. Питирима Сорокина, г. Сыктывкар aadymov@smail.com
Рассмотрены сравнительные особенности типичных лесных почв (подзол ил-лювиально-железистый, подзолистая текстурно-дифференцированая почва) и почв заброшенных сенокосных угодий (проходили стадию пашни и выведены из использования 8-10 лет назад). В постагрогенных почвах отсутствует лесная подстилка, хорошо выражен пахотный горизонт и сохраняется элювиальный горизонт. Они менее кислые. Их почвенный поглощающий комплекс обогащен обменными формами кальция и магния. В сравнении с верхними минеральными горизонтами типичных лесных почв пахотные выделяются более высокими концентрациями углерода и азота.
Ключевые слова: лесные почвы, почвенное органическое вещество, почвы залежей, денсиметрические фракции
A.A. DYMOV, E.N. MIKHAILOVA. THE PROPERTIES OF FOREST AND POSTAGROGENIC SOILS DEVELOPING ON SANDY AND LOAMY SEDIMENTS OF THE KOMI REPUBLIC
Comparative features of natural and postagrogenic soils developing on sandy and loamy sediments are presented. The morphological and physico-chemical properties of typical forest soils: illuvial-ferriferous podzol formed under the cowberry-green moss pine forest and podzolic texture-differentiated soil developing under the bilberry-green moss spruce forest - are given. The results of studies of the soils of abandoned hayfields, that had previously passed the stage of the arable land and were withdrawn from use 8-10 years ago, are presented. It was revealed that postagrogenic soils are characterized by the absence of litter, well-expressed arable horizon and preservation of eluvial horizons. It is shown that postagrogenic soils are less acidic, the soil absorbing complex is enriched with exchange forms of calcium and magnesium. Arable horizons are characterized by high concentrations of carbon and nitrogen, as compared with the upper mineral horizons of natural soils. The increase in total carbon is due to organic matter strongly impregnated with the mineral component of soil.
Keywords: forest soils, soil organic matter, postagrogenic soils
Введение
Один из наиболее распространенных типов воздействия на лесные почвы связан с пашенным земледелием и вовлечением лесных земель в сельскохозяйственное использование. Значительные территории были отвоеваны у леса в середине прошлого столетия. Начиная с конца прошлого века наблюдается повсеместное забрасывание сельскохозяйственных земель и зарастание залежей древесной растительностью. По различным оценкам, площадь сельскохозяйственных земель, выведенных из использования на территории России, составляет 34-47 млн. га [1-3]. В результате возникли не просто локальные ареалы, на которых развиваются восстановительные процессы экосистем, а постагрогенные сукцессионные системы, почти од-
новременно стартовавшие на огромных пространствах в разных природных зонах. Полевые исследования процессов восстановления экосистем, происходящих на залежных землях, были проведены на территории Астраханской, Новгородской, Псковской областей [4, 5], Башкортостана [6], Московской [7, 8] и Костромской областей [9, 10, 11]. Наиболее катастрофические изменения сельскохозяйственных земель происходили на территории таежной зоны, где площадь залежей изменялась от 10 до 40% [2]. Достаточно полно изучены свойства постагрогенных, остаточно-карбонатных почв на территории Архангельской области [12]. Показано, что на первых этапах зарастания залежи наблюдается усиление вертикальной дифференциации верхних горизонтов почвы. Исследования, направленные на изучение изменений растительности и
почв в ходе постагрогенных сукцессий на территории таежной зоны Республики Коми (РК), носят единичный описательный характер [13]. В РК площадь земель сельскохозяйственного назначения составляет 4.5% общей площади. Земли сельскохозяйственного назначения приурочены к южным и среднетаежным районам, а также окрестностям крупных населенных пунктов. В составе сельхоззе-мель доминируют сенокосы, которые составляют 57.3% сельскохозяйственных земель [14]. Отличия РК от более южных регионов заключаются в том, что основа залежных земель представлена сенокосными угодьями [15]. В лесных почвах бореаль-ного пояса сосредоточены большие запасы почвенного органического вещества [16], изменение качественного состава которого в значительной степени будет влиять на глобальные процессы сек-вестирования углерода. В связи с этим цель данной работы заключалась в оценке морфологических и физико-химических свойств, а также особенностей органического вещества почв заброшенных сенокосных угодий, развивающихся на территории РК на песчаных и суглинистых отложениях.
Материал и методы
В качестве объектов исследования были подобраны две пары участков сенокосных угодий, выведенных из использования в начале 2000-х гг. Расположение объектов исследования приведено на рис. 1. Условно-фоновые участки рассматриваются авторами как исходные для формирования постагрогенных почв. Первая пара объектов исследования располагалась в подзоне средней тайги Корткеросского р-на РК. Согласно почвенно-геогра-фическому районированию, участки относятся к Вымь-Вычегодскому округу типичных подзолистых почв и иллювиально-железистых подзолов Сысола-Вычегодской провинции [17]. Разрез условно-фоновой почвы заложен на территории регионального заказника «Маджский» (разр. 1) и имеет типичное для иллювиально-железистых подзолов морфологическое строение. Постагрогенный участок расположен на первой надпойменной террасе правого берега р. Маджа. Наиболее вероятно, что вовлечение в сельскохозяйственное пользование началось в 30-х гг. прошлого века, во время формирования спецпоселения Расью. В 1970-1980-х гг. на участке проводились механизированная вспашка и засевание многолетними травами. Предыдущие десятилетия участок использовался в качестве сенокоса. Заброшен восемь лет назад (определено по возрасту древостоя). Лесовозобновление происходит за счет единичных особей сосны и осины. В напочвенном покрове доминируют щучка дернистая, лисохвост, тысячелистник. Почва - агродерново-подзол иллювиально-железистый (оподзоленный) (разр. 2). Почвы первой пары формируются на песчаных отложениях.
Вторая пара объектов исследования расположена на северном пределе подзоны южной тайги на территории Прилузского р-на РК. Согласно поч-венно-географическому районированию, объекты
относятся к среднерусской провинции Летского округа дерново-подзолистых почв [18] (рис. 1). В качестве условно-фонового был исследован участок ельника кустарничково-зеленомошного ненарушенного лесного массива, формирующегося в верховьях р. Летка. Почва имеет типичное для подзолистых почв морфологическое строение (разр. 3). Постаг-рогенный участок расположен на первой надпойменной террасе правого берега р. Летка. По сравнению с участком разреза 2 участок имеет более длительную историю использования. Вероятно, что он был освоен в XVN-XVNI вв. Изначально на нем
Рис. 1. Схема расположения объектов исследования. Цифрами указаны номера разрезов. Fig. 1. Location of studied sites. Digits indicate the numbers of pits.
выращивали лен, овес, рожь и пшеницу. Во второй половине ХХ в. участки перепахивали с применением механизированной техники, засевали горохом, овсом, рожью и клевером, что в целом совпадает с общими тенденциями ведения сельского хозяйства региона [19]. Окончательно сенокосные угодья были заброшены 10 лет назад. Лесовозобновление идет преимущественно сосной высотой от 3-6 м. Подрост - сосна, ива, береза. Доминируют луговые виды: лисохвост, клевер средний, зверобой, клевер ползучий, тимофеевка луговая. Почва диагностирована как агродерново-подзолистая текстурно-дифференцированная (разр. 4). Фотографии растительности и морфологического строения почв приведены на рис. 2.
Таким образом, оба постагрогенных участка проходили стадии подсечно-огневого земледелия, конной и далее механизированной пахоты. Исходные почвы постагрогенных участков были близки к условно-фоновым участкам.
Диагностику и классификационное положение почв определяли согласно работе [20]. Химический анализ почв выполнен классическими метода-
Рис. 2. Растительность (сверху) и морфологическое строение исследуемых почв (внизу). 1 - подзол иллювиально-железистый (разр. 1); 2 - агродерново-подзол (оподзоленный) (разр. 2); 3 - подзолистая текстурно-дифференцированная почва (разр. 3); 4 - агродерново-подзолистая текстурно-дифференцированная (разр.
4).
Fig. 2. Vegetation (top) and the morphological structure of the investigated soils. 1 - illuvial ferriferous podzol (pit 1); 2 - agrodernovo-podzol (podzolized) (pit 2); 3 - podzolic texture-differentiated soil (pit 3); 4 - agro-podzolic texture-differentiated soil (pit 4).
ми анализа в ЦКП экоаналитической лаборатории «Экоаналит» Института биологии Коми НЦ УрО РАН. Общее содержание углерода и азота - на анализаторе EA-1100 (Carlo Erba). Обменные катионы извлекали ацетатно-аммонийной вытяжкой (рН 7) с последующим определением на атомно-эмиссионном спектрофотометре ICP-Spectro ciros, рН водной и солевой суспензий - потенциометри-чески со стеклянным электродом, гранулометрический состав - по методу Качинского.
Денсиметрическое фракционирование верхних горизонтов проводили с использованием раствора поливольфрамата натрия по методическим разработкам [21, 22]. В ходе анализа выделяли три фракции: фракцию свободного органического вещества (FPOM), окклюдированного (OPOM) и фракцию, в которых органическое вещество (ОВ) преимущественно связано с минеральной составляющей (HF). Более подробно методика выделения описана нами ранее [23]. Экстракцию водорастворимых органических соединений проводили согласно работам [24, 29].
Результаты и обсуждение
Морфологические свойства условно-фоновых почв являются достаточно типичными. Для подзола иллювиально-железистого (разр. 1) характерна грубогумусовая подстилка типа мор, типичная для среднетаежных сосняков бруснично-зеле-номошных. Под подстилкой развивается белесый, хорошо выраженный подзолистый горизонт, ниже расположен иллювиально-железистый горизонт, плавно переходящий в подстилающую породу. Морфологические признаки разреза 3 являются характерными для подзолистых текстурно-дифференцированных почв. Подстилка хорошо стратифицирована, представлена тремя подгоризонтами с различной степенью разложения. Верхняя часть элювиального горизонта пропитана потечным гумусом. Субэлювиальный горизонт (BEL) переходит в серию текстурных горизонтов (BT), формируется на глубине 30-40 см и плавно переходит в текстурный горизонт (BT).
Почвы залежных участков отличаются от почв условно-фоновых участков. Для первых характерно сохранение пахотных горизонтов, отсутствие лесной подстилки, меньшая выраженность подзолистого горизонта по сравнению с контрольными участками. Глубина вспашки в почвах, формирующихся на песках, составляет около 20 см. Почва постагрогенного участка (разр. 2) состоит из пахотного горизонта (P), ниже расположен подзолистый горизонт (Е), переходящий в ярко-бурый хорошо выраженный иллювиальный горизонт (BF).
Агрогенные морфологические признаки агро-дерново-подзолистой почвы (разр. 4) выражаются в хорошо диагностируемом пахотном горизонте (P) мощностью до 30 см. Ниже сохранился субэлювиальный горизонт (BEL), переходящий в текстурный. Наиболее четко выражены морфологические признаки, определяемые механической вспашкой, стирающей морфологические признаки предыдущих этапов землепользования, и формированием мощ-
ных и морфологически выраженных пахотных горизонтов.
Гранулометрический состав подзолов иллю-виально-железистых отражает специфику почвообразования на легких породах, основу составляют песчаные фракции (табл. 1). Доля физической глины не превышает 7 %. Характерно накопление илистых частиц в иллювиальном горизонте. Для агро-дерново-подзола иллювиально-железистого выявлено иллювиальное накопление илистых частиц в гор. BF. Но при этом отмечено возрастание илистых частиц в пахотном горизонте по сравнению с подзолистым горизонтом условно фоновой почвы. Вероятно, это определяется более высоким содержанием органического вещества.
В гранулометрическом составе подзолистой текстурно-дифференцированной почвы преобладают пылеватые фракции, в составе которых существенно доминирует фракция крупной пыли. Состав верхних элювиальных горизонтов средне- и тяжелосуглинистый, в нижних горизонтах происходит утяжеление до легких глин. Характерно профильное возрастание илистой фракции - коэффициент дифференциации по илу между элювиальными и текстурными горизонтами равняется 2.5-3.2, что типично для текстурно-дифференцированных почв. Агродерново-подзолистая текстурно-дифференцированная почва развивается на суглинистых отложениях. Пахотные горизонты характеризуются легкосуглинистым составом. Состав суб-элювиального и текстурных горизонтов средне- и тяжелосуглинистый. Коэффициент дифференциации по илу - 2.22.7.
Таким образом, гранулометрический состав рассматриваемых участков показывает близость сравниваемых участков. Существенных изменений гранулометрического состава при освоении участков, как развивающихся на песках, так и на пылева-тых суглинистых отложениях, не выявлено.
Анализ физико-химических свойств показал, что почвы условно-фоновых ландшафтов сильнокислые (табл. 2). Наибольшей кислотностью характеризуются подгоризонты гумификации подстилок и верхняя часть элювиальных горизонтов. Вниз по профилю в естественных почвах наблюдается возрастание значений рН как водной, так и солевой вытяжек. При этом в нижних горизонтах значения этого показателя приближаются к нейтральным. Максимальная гидролитическая кислотность выявлена в подстилках, минеральные горизонты отличаются значительно меньшими значениями гидролитической кислотности. Почвенный поглощающий комплекс суглинистых почв более обогащен ионами водорода. Максимальные концентрации обменных форм кальция и магния характерны для подстилок, наименьшими значениями характеризуются верхние минеральные горизонты. Для подзолистых почв возрастание обменных форм кальция и магния наблюдается в текстурных горизонтах. Значительные концентрации углерода выявлены в подстилочных горизонтах, при этом подзол обладает более высокими значениями и более широким отношением СМ,
Таблица 1
Гранулометрический состав почв
Table 1
Texture of studied soils
Горизонт Глубина, см Размер механических элементов (мм) и их содержание (%) Сумма частиц < 0.01
1-0.25 0.25-0.05 0.05-0.01 0.01-0.005 0.005-0.001 < 0.001
Подзол иллювиально-железистый (разр. 1)
E 9-20 40 51 3 4 0 2 6
BF 20-55 39 49 5 0 0 7 7
BC 55-80 33 61 2 0 0 4 4
С 80-120 32 61 3 0 0 4 4
Аг родерново-подзол иллювиально-железистый (оподзоленный) (разр. 2)
P 8-18 38 51 5 1 0 5 6
E 18-30 34 58 5 2 0 1 3
BF 30-60 35 56 1 2 0 6 8
BC 60-80 17 74 3 0 0 6 6
Подзолистая текстурно-дифференцированная (разр. 3)
ELh 5-20 2 31 35 8 10 14 32
EL 20-30 0 15 43 6 7 29 42
BEL 30-40 1 18 32 6 4 39 49
BT1 40-70 1 13 37 7 7 35 49
BT2 70-100 0 3 44 4 7 42 53
Агродерново-подзолистая текстурно-дифференцированная (разр. 4)
Р1 0-10 6 17 47 8 11 11 30
Р2 10-20 5 30 38 6 9 12 27
Р3 20-33 5 24 43 7 8 13 28
BEL 33-43 3 1 63 5 11 17 33
BT1 43-60 1 9 51 6 4 29 39
BT2 60-80 1 9 49 5 6 30 41
BT3 80-100 5 40 23 4 5 23 32
С 100-120 3 38 27 1 2 29 32
по сравнению с подзолистой почвой. Для минеральных горизонтов характерна обратная зависимость. Подзолистая почва обладает более высокими значениями и плавно убывающим профильным распределением углерода, в то время как для подзола выявлены несколько меньшие значения и элювиально-иллювиальное распределение углерода (табл. 2).
Наибольшие концентрации водорастворимых соединений углерода и азота сосредоточены в лесных подстилках. Содержание в минеральных горизонтах на порядок меньше. При этом в абсолютных значениях содержание углерода водорастворимых соединений в верхних суглинистых горизонтах в три-шесть раз выше. В относительном содержании лишь 1-3% от общего углерода подстилок представлено водорастворимыми формами. Схожие закономерности характерны и для водорастворимых соединений азота. В элювиальных горизонтах существенно возрастает относительная доля углерода водорастворимых соединений - в подзолах - до 5.3, в подзолистых почвах - до 9%. Отличается и состав водорастворимых органических соединений. По отношению СМ наиболее обогащено азотом водорастворимое органическое вещество подстилок подзолистой почвы. При этом широкое отношение выявлено для элювиальных горизонтов подзолистой почвы.
Верхние минеральные горизонты постагро-генных почв менее кислые по сравнению с подстилками и верхними минеральными горизонтами почв лесных участков. При этом различия между лесными и постагрогенными почвами, развитыми на пес-
чаных отложениях, более значительны, чем в почвах на суглинистых отложениях. Вероятно, различия в показателях кислотного состояния определяются известкованием, широко применяемым для почв Нечерноземья [25, 26]. Почвенный поглощающий комплекс пахотных горизонтов постагрогенных почв насыщен основаниями, по сравнению как с минеральными, так и органогенными горизонтами. Возможно, это связано с применением минеральных удобрений и более богатыми минеральными компонентами наземного и корневого опада многолетних трав [27]. Верхние пахотные горизонты обогащены углеродом и азотом по сравнению с минеральными горизонтами почв условно-фоновых участков. При этом в агродерново-подзолах иллюви-ально-железистых содержание углерода даже выше, чем в агродерново-подзолистых текстурно-дифференцированных почвах. Содержание углерода водорастворимых форм в пахотных горизонтах аг-родерново-подзола иллювиально-железистого существенно выше по сравнению с верхними горизонтами условно-фоновой почвы, в агродерново-подзолистой текстурно-дифференцированной почве - сравнимо с подзолистой почвой.
Анализ содержания денсиметрических фракций показал, что в почвах лесных участков основу составляют органоминеральные тяжелые фракции (HF). Денсиметрические фракции по содержанию углерода существенно отличаются. При анализе состава фракций подзола иллювиально-железис-того выявлено, что наибольшие концентрации углерода характерны для фракций свободного орга-
Физико-химические свойства исследуемых почв Physico-chemical properties of the studied soils
Таблица 2 Table 2
Гор. Глубина, см pH Нг* Обменные основания V C N C:N Водорастворимые**
водн. сол. Ca2+ | Mg2+ С | N C:N
смоль(экв)/кг % мг/г
Подзол иллювиально-железистый (разр. 1)
O(L) 0-3 4.5 3.8 38.4 20.7 4.9 40 48.30 1.21 47 16.39 / 3.4 0.567 / 4.7 34
O(F) 3-7 4.2 3.2 49.2 21.5 4.1 34 50.00 1.33 44 7.55 / 1.5 0.340 /2.6 26
O(H) 7-9 4.0 2.9 57.5 11.7 2.0 19 43.30 1.17 43 5.19 / 1.2 0.247 / 2.1 25
E 9-20 4.4 3.3 1.3 0.5 0.3 35 0.15 0.03 6 0.08 / 5.3 0.004 / 1.3 23
BF 20-55 4.9 4.2 3.2 0.4 0.2 15 0.44 0.03 17 0.10 / 2.3 0.004 / 1.3 29
BC 55-80 5.2 4.2 1.7 0.6 0.3 36 0.15 0.03 6 0.05 / 3.3 0.002 / 0.7 29
С 80-120 5.6 4.1 1.0 0.9 0.4 58 0.15 0.03 6 0.02 / 1.3 0.001 /0.3 23
Агродерново-подзол иллювиально-железистый (оподзоленный) (разр. 2)
P1 0-8 5.7 5.0 2.4 7.6 2.5 81 1.80 0.17 12 0.70 / 3.9 0.042 / 2.5 19
P2 8-18 6.4 5.8 1.3 0.6 1.1 57 0.86 0.07 14 0.18 / 2.1 0.009 / 1.3 23
E 18-30 6.8 5.8 0.4 0.6 0.4 73 0.15 0.03 6 0.04 / 2.7 0.004 /1.3 12
BF 30-60 6.3 4.5 4.1 0.9 0.8 29 1.24 0.06 24 0.09 / 0.7 0.004 / 0.7 26
BC 60-80 5.8 4.4 2.0 0.5 0.3 28 0.19 0.03 7 0.04 / 2.1 0.002 / 0.7 23
Подзолистая текстурно-дифференцированная (разр. 3)
O(L) 0-2 5.4 4.3 35.1 24.0 4.2 44 28.4 1.19 28 6.99 / 2.5 0.433 / 3.6 19
O (F) 2-4 4.4 3.5 52.6 21.83 3.2 32 35.7 1.40 30 6.62 / 1.9 0.344 / 2.5 22
O(H) 4-5 4.1 3.1 61.6 16.6 3.0 24 27.9 1.01 32 4.44 / 1.6 0.230 / 2.3 23
ELh 5-20 4.1 3.4 12.5 0.5 0.3 6 0.96 0.07 16 0.53 / 5.5 0.014 / 2.0 44
EL 20-30 4.8 3.7 10.8 1.2 0.9 16 0.29 0.03 11 0.27 / 9.3 0.009 / 3.0 35
BEL 30-40 4.8 3.5 11.5 5.6 2.7 42 0.25 0.03 10 0.07 / 2.8 0.002 / 0.7 41
BT1 40-70 4.9 3.5 8.7 26.0 5.7 78 0.20 0.03 8 0.05 / 2.5 0.002 / 7 29
BT2 70-100 4.9 3.7 5.0 14.6 6.8 81 0.15 0.03 6 0.04 / 2.7 0.002 / 0.7 23
Агродерново-подзолистая текстурно-дифференцированная (разр. 4) 1
Р1 0-10 5.2 3.9 5.1 4.5 1.4 54 1.61 0.15 13 0.43 / 2.7 0.025 / 1.7 20
Р2 10-20 5.2 3.9 4.7 3.8 1.2 52 1.07 0.11 11 0.24 / 2.2 0.013 / 1.2 22
Р3 20-33 5.2 3.8 4.4 3.2 1.1 49 0.48 0.06 9 0.09 / 1.9 0.005 / 0.8 21
BEL 33-43 5.1 3.7 6.8 4.6 2.0 49 0.19 0.03 7 0.10 / 5.3 0.006 / 2.0 19
BT1 43-60 4.9 3.6 6.4 8.5 4.0 66 0.18 0.03 7 0.04 / 2.2 0.002 / 0.7 23
BT2 60-80 4.9 3.7 5.1 11.0 6.9 78 0.15 0.03 6 0.04 / 2.7 0.002 / 0.7 23
BT3 80-100 5.1 3.8 3.6 9.2 5.8 80 0.12 0.03 5 0.03 / 2.5 0.002 / 0.7 18
С 100-120 5.2 3.8 3.6 10.5 6.6 83 0.13 0.03 5 0.03 / 2.3 0.003 / 1.0 12
Примечание. * - гидролитическая кислотность; ** - в числителе - абсолютные значения, в знаменателе -% от С общего.
Note: * - hydrolytic acidity; ** - the numerator - absolute values, the denominator - % of total C.
нического вещества как в подзолистом, так и ил-лювиально-железистом горизонтах (табл. 3). Минимальные его содержания выявлены для тяжелой органоминеральной фракции. Содержание углерода в органоминеральной фракции иллюви-ально-железистого горизонта выше, чем в подзолистом горизонте. Для фракций свободного вещества характерно достаточно широкое отношение СМ, что свидетельствует о доминировании в рас-сматриваемыхфракциях слаборазложившихся растительных остатков. В агродерново-подзоле ил-лювиально-железистом выявленные закономерности по содержанию углерода и азота в отдельных фракциях сохраняются (табл. 3). Для свободного органического вещества элювиальных горизонтов подзолистой почвы характерно высокое содержание углерода и достаточно широкое отношение СМ. Анализ вклада отдельных фракций в общее содержание углерода показал, что наибольший вклад вносят именно органоминеральные фракции (рис. 3). При этом общее содержание в верхних ми-
неральных горизонтах подзолистой почвы в два раза выше, чем в подзоле. Сведения по содержанию углерода в различных фракциях в целом совпадают с результатами, полученными нами для естественных таежных почв [23, 28, 29].
Сельскохозяйственное освоение почв изменяет вклад и содержание в них отдельных денсиметриче-ских фракций. В верхних горизонтах постагрогенных почв наблюдается возрастание вклада фракций свободного и окклюдированного органического вещества. Наиболее высокими концентрациями углерода характеризуются фракции свободного органического вещества. Полученные данные совпадают с результатами авторов [30, 31], которые также отмечают, что во всех изученных ими вариантах наиболее обогащены углеродом легкие фракции. Органическое вещество ден-симетрических фракций по отношению СМ существенно отличается от почв условно-фоновых участков. Возрастание общего углерода почв в пахотных горизонтах происходит за счет органического вещества в составе тяжелых фракций и фракции FPOM (рис. 3).
Содержание углерода и азота, C:N отношение в денсиметрических фракциях Carbon and nitrogen content, C: N ratio in densitometric fractions
Таблица 3 Table 3
Горизонт (глубина, см) Фракция C 1 N 1 C:N
%
Подзол иллювиально-железистый (разр. 1)
E(9-20) FPOM 11.3±0.4 0.24±0.04 55
OPOM 8.1±1.5 0.148±0.025 64
HF 0.1 0.01 12
BF(20-55) FPOM 25.7±0.8 0.50±0.09 60
OPOM 13.3±0.4 0.54±0.10 29
HF 0.36±0.11 0.03 14
Агродерново-подзол иллювиально-железистый (оподзоленный) (разр. 2)
P1 (0-8) FPOM 23.5±0.8 1.42±0.26 19
OPOM 5.8±1.0 0.37±0.06 18
HF 1.18±0.21 0.111 ±0.019 12
P2 (8-18) FPOM 19.2±0.6 0.56±0.1 40
OPOM 9.0±1.6 0.36±0.06 29
HF 0.49±0.15 0.048±0.012 12
Подзолистая текстурно-дифференцированная (разр. 3)
ELh (5-20) FPOM 34.4±1.2 1.23±0.14 33
OPOM 37.0±1.3 0.75±0.08 58
HF 0.69±0.16 0.069±0.014 12
EL (20-30) FPOM 30.6±1.1 0.95±0.10 38
OPOM 4.2±0.6 0.3±0.06 16
HF 0.23±0.05 0.041 ±0.008 7
Агродерново-подзолистая текстурно-дифференцированная (разр. 4)
P1 (0-10) FPOM 23.7±0.8 0.95±0.17 29
OPOM 9.5±1.7 0.6±0.11 18
HF 1.19±0.21 0.121 ±0.021 11
P2 (10-20) FPOM 32±1.0 1.51±0.27 25
OPOM 22.6±0.7 0.84±0.15 31
HF 1.02±0.18 0.097±0.025 12
С, %
PI P2
Рис. 3. Вклад различных фракций верхних горизонтов исследуемых почв в общее содержание углерода. Обозначения: 1 - подзол; 2 - агродерново-подзол; 3 - подзолистая текстурно-дифференцированная; 4 - аг-родерново-подзолистая текстурно-дифференцированная.
Fig. 3. Contribution of different fractions of the upper horizons of the studied soils to the total carbon content. Designations: 1 - podzol; 2 - agrodernovo-podzol; 3 - podzolic texture-differentiated soil; 4 - agro-podzolic texture-differentiated soil.
Заключение
Исследованы различия морфологических и физико-химических свойств лесных и постагроген-ных почв. Определено, что постагрогенные почвы существенно отличаются от почв лесных условно-фоновых ландшафтов. Для постагрогенных участков характерны сохранение пахотных горизонтов, отсутствие лесной подстилки, меньшая выраженность подзолистого горизонта по сравнению с почвами условно-фоновых участков. Показано, что почвы залежных участков менее кислые. Наибольшие различия, по сравнению с контролем, выявлены в почвах, формирующихся на песчаных почво-образующих породах. В верхних минеральных горизонтах постагрогенных почв наблюдается возрастание общего углерода. Увеличение происходит преимущественно за счет органического вещества, прочно связанного с минеральной матрицей. Ден-симетрическое фракционирование образцов из верхних горизонтов почв сенокосных угодий и лесных условно-фоновых участков РК позволило выявить, что в верхних минеральных горизонтах почв преобладают тяжелые фракции с плотностью >1.6 г/см3. Наибольшие концентрации углерода и азота характерны для фракций свободного и окклюдированного органического вещества, а минимальные для фракций органических соединений, связанных с минеральной матрицей.
Работа выполнена при частичной финансовой поддержке гранта МК-2905.2015.4.
Литература
1. Агроэкологическое состояние и перспективы использования земель России, выбывших из активного сельскохозяйственного оборота / Под ред. Г.А. Романенко. М.: ФГНУ «Росин-формагротех», 2008. 64 с.
2. Динамика сельскохозяйственных земель России в XX веке и постагрогенное восстановление растительности и почв/ Д.И.Люри, С.В.Горячкин, Н.А.Караваева, Е.А.Денисенко, Т.Г.Нефедова. М., 2010. 415 с.
3. Kurganova I., Lopes de Gerenyu V., Kuzyakov Y. Large-scale carbon sequestration in post-agro-genic ecosystems in Russia and Kazakhstan // Catena. 2015. Т. 133. С. 461-466.
4. Люри Д.И., Карелин Д.В., Кудиков А.В., Го-рячкин С.В. Изменение почвенного дыхания в ходе постагрогенной сукцессии на песчаных почвах в южной тайге // Почвоведение. 2013.№ 9. С. 1060-1072.
5. Kalinina O, Chertov O, Nadporozhskay M., Giani L. Properties of soil organic matter of Plaggic Anthrosols from Nortwest Germany, Nortwest and North Russia // Archive of Agronomy and Soil Science. 2009. Vol. 55. № 5. P. 477-492.
6. Сайфуллина Н.М., Ямалов С.М., Шайхис-ламова Э.Ф., Миркин Б.М. Статистический анализ восстановительных сукцессий зарастания заброшенных населенных пунктов в горно-лесной зоне Республики Башкортостан // Экология. 2008. №5. С. 385-389.
7. Баранова О.Ю. Антропогенные изменения дерново-подзолистых почв и их эволюция при лесовозобновлении: Автореф. дис... канд. биол. наук. М.: МГУ, 1987. 24 с.
8. Курганова И.Н., Курганова И.Н., Ермолаев
A.М., Лопес де Гереню В.О. и др. Баланс углерода в почвах залежей Подмосковья // Почвоведение. 2007. № 1. С. 60-68.
9. Владыченский А.С., Телеснина В.М., Румянцева КА., Чалая ТА Органическое вещество и биологическая активность постагрогенных почв южной тайги (на примере Костромской области) // Почвоведение. 2013. № 5. С. 570-582.
10. Телеснина В.М. Постагрогенная динамика растительности и свойств почвы в ходе де-мутационной сукцессии в южной тайге // Лесоведение. 2015. № 4. С. 293-306.
11. Рыжова И.М., Ерохова АА., Подвезенная М.А. Изменение запасов углерода в постаг-рогенных экосистемах в результате естественного восстановления лесов в Костромской области //Лесоведение. 2015. № 4. С. 307317.
12. Наквасина Е.Н., Голубева Л.В. Трансформация постагрогенных почв на карбонатных отложениях в Архангельской области // Вестник Северного (Арктического) федерального университета. Серия: Естественные науки. 2014. № 1. С. 32-40.
13. Елькина Г.Я., Лаптева Е.М., Лиханова И.А., Холопов Ю.В. Особенности сукцессионных изменений растительности и почв на залежных землях средней тайги // Материалы XI Всероссийской научно-практической конференции-выставки инновационных экологических проектов с международным участием «Актуальные проблемы региональной экологии и биодиагностика живых систем». Киров, 2013. С. 279-282.
14. Сельское хозяйство в Республике Коми /
B.А. Иванов, В.В. Терентьев, И.С. Мальцева. Сыктывкар, 2009. 194 с.
15. Агропромышленный комплекс Республики Коми: история и современность. Стат.сб. / Комистат. Сыктывкар, 2011. 133 с.
16. Scharlemann J.P., Tanner E.V., Hiederer R., Kapos V. Global soil carbon: understanding and managing the largest terrestrial carbon pool // Carbon Manag. 2014. № 5. P. 81-91.
17. Государственная почвенная карта СССР. (М 1: 1000000). Лист P-39 (Сыктывкар). М.: Изд-во АН СССР, 1958.
18. Руднева Е.Н., Забоева И.В., Урусевская И.С. Почвенно-географическое районирование центральной и восточной частей европейской территории СССР // Подзолистые почвы центральной и восточной частей европейской территории СССР. Л.: Наука, 1981. 200 с.
19. Лаптева Е.М., Безносиков ВА., Шамрикова Е.В. Почвы и почвенные ресурсы Республики Коми: этапы исследований, итоги и перспективы // Известия Коми научного центра УрО РАН. 2016. № 3(27). С. 23-34.
20. Полевой определитель почв России / Под ред. К.Т. Остриковой. М., 2008. 182 с.
21. Cerli C., Celi L., Kalbitz K., Guggenberger G., Kaiser K. Separation of light and heavy organic matter fractions in soil - Testing for proper density cut-off and dispersion level // Geoderma. 2012. Vol. 170. Р. 403-416.
22. Grunewald G, Kaiser K., Jahn R., Guggenberger G. Organic matter stabilization in young calcareous soils as revealed by density fractionation and analysis of lignin-derived constituents // Organic Geochemistry 2006. 37. Р.1573-1589.
23. Дымов АА., Милановский Е.Ю., Холодов ВА Состав и гидрофобные свойства органического вещества денсиметрических фракций почв Приполярного Урала // Почвоведение. 2015.№ 11. С.1335-1345.
24. Дымов АА., Старцев В.В., Зуева О.М. Углерод водорастворимых соединений в лесных почвах и его постпирогенная динамика (на примере Республики Коми) // Лесоведение (в печати).
25. Забоева И.В. Таежные почвы Коми АССР и их плодородие / Труды Коми филиала АН СССР; № 71. Сыктывкар, 1985. 125 с.
26. Почвы европейского Северо-Востока и их плодородие / В.А. Безносиков, А.А. Бобров, Г.М. Втюрин. Л.: Наука, 1989. 189 с.
27. Процессы в целинных и освоенных почвах Севера / Труды Коми научного центра УрО АН СССР; № 122. Сыктывкар, 1991. 130 с.
28. Dymov АА., Gabov D.N. Pyrogenic alterations of Podzols at the North-East of the European part of Russia: morphology, carbon pools, PAH content // Geoderma. 2015. Vol. 241242. P. 230-237.
29. Dymov AA., Gabov D.N., Milanovskii E.Y. 13C-NMR, PAHs, WSOC and water repellence of fire-affected soils (Albic Podzols) in lichen pine forests, Russia // Environ Earth Sci. 2017. 76: 275. P. 1-10.
30. Когут Б.М., Щульц Э., Титова НА., Холодов В.А. Органическое вещество гранулоден-симетрических фракций целинного и пахотного типичного чернозема // Агрохимия. 2010. №8. С. 3-9.
31. Семенов В.М., Когут Б.М. Почвенное органическое вещество. М.: ГЕОС, 2015. 233 с.
References
1. Agrojekologicheskoe sostojanie i perspektivy ispol'zovanija zemel' Rossii, vybyvshih iz ak-tivnogo sel'skohozjajstvennogo oborota [Agroecological state and prospects of Russian lands, withdrawn from active agricultural use] / Ed. G.A.Romanenko. Moscow: FGNU «Rosinformagrotekh», 2008. 64 p.
2. Lyuri D.I., Goryachkin S.V., Karavaeva NA., Denisenko EA., Nefedova T.G. Dinamika sel'skohozjajstvennyh zemel' Rossii v XX veke i postagrogennoe vosstanovlenie rasti-tel'nosti i pochv [Dynamics of Russian agricultural land in the XX century and posta-grogenic restoration of vegetation and soil]. Moscow, 2010. 415 p.
3. Kurganova I., Lopes de Gerenyu V., Kuzyakov Y. Large-scale carbon sequestration in post-agrogenic ecosystems in Russia and Kazakhstan // Catena. 2015. Vol. 133. P. 461-466.
4. Lyuri D.I., Karelin D.V., Kudikov A.V., Goryachkin S.V. Izmenenie pochvennogo dyhanija v hode postagrogennoj sukcissii na peschanyh pochvah v juzhnoj tajge [The change in soil respiration during postagrogenic succession on sandy soils in the southern taiga]// Poch-vovedenie [Eurasian soil science]. 2013. № 9. P. 1060-1072.
5. Kalinina O, Chertov O, Nadporozhskay M., Giani L. Properties of soil organic matter of Plaggic Anthrosols from Nortwest Germany, Nortwest and North Russia // Archive of Agronomy and Soil Science. 2009. Vol. 55. № 5. P. 477-492.
6. Saifullina N.M., Yamalov S.M., Shaikhislamo-va E.F., Mirkin B.M. Statisticheskij analiz vosstanovitel'nyh sukcessij zarastanija zabro-shennyh naselennyh punktov v gorno-lesnoj zone respubliki Bashkortostan [Statistical analysis of restoration succession of overgrowing abandoned settlements in the mountain-forest zone of the Republic of Bashkor-tostan]// Jekologija [Russian J. of Ecology]. 2008. №5. P. 385-389.
7. Baranova O.Yu. Antropogennye izmenenija der-novo-podzolistyh pochv i ih jevoljucija pri leso-vozobnovlenii [Anthropogenic changes in sod-podzolic soils and their evolution during reforestation]. Abstract of Diss... Cand.Sci. (Biology). Moscow: Moscow State Univ., 1987. 24 p.
8. Kurganova I.N., Kurganova I.N., Ermolaev AM, Lopes de Gerenju V.O. et al. Balans ugle-roda v pochvah zalezhej Podmoskov'ja [The carbon balance in the soils of Moscow region deposits] // Pochvovedenie [Eurasian Soil Science]. 2007. № 1. P. 60-68.
9. Vladychensky AS, Telesnina V.M., Rumyant-seva KA, Chalaya TA Organicheskoe vesh-hestvo i biologicheskaja aktivnost' postagro-gennyh pochv juzhnoj tajgi (na primere Ko-stromskoj oblasti) [The organic matter and biological activity of postagrogenic soils of the southern taiga (on example of the Kostroma Region)] // Pochvovedenie [Eurasian Soil Science]. 2013. № 5. P. 570-582.
10. Telesnina V.M. Postagrogennaja dinamika ras-titel'nosti i svojstv pochvy v hode demuta-cionnoj sukcessii v juzhnoj tajge [Postagro-genic dynamics of vegetation and soil properties during demutational succession in the southern taiga]// Lesovedenie [Russian Forest Sciences]. 2015. № 4. P. 293-306.
11. Ryzhova I.M., Erokhova AA, Podvezennaya MA Izmenenie zapasov ugleroda v postagrogennyh jekosistemah v rezul'tate estestvennogo vossta-novlenija lesov v Kostromskoj oblasti [The change in carbon stocks in postagrogenic ecosystems as a result of natural regeneration of forests in the Kostroma region]//Lesovedenie [Russian Forest Sciences]. 2015. № 4. P. 307-317.
12. Nakvasina E.N., Golubeva L.V. Transformacija postagrogennyh pochv na karbonatnyh otloz-henijah v Arhangel'skoj oblasti [Transformation of postagrogenic soils on carbonate deposits in the Arkhangelsk region]// Vestnik Se-vernogo (Arkticheskogo) federal'nogo univer-siteta. Serija: Estestvennye nauki [Bull. of the Northern (Arctic) Federal University. Series: Natural sciences]. 2014. № 1. P. 32-40.
13. El'kina G.Ya., Lapteva E.M., Likhanova IA., Kholopov Yu.V. Osobennosti sukcessionnyh iz-menenij rastitel'nosti i pochv na zalezhnyh zemljah srednej tajgi [Features of succession changes in vegetation and soils on fallow lands of the middle taiga]// Materialy XI Vse-rossijskoj nauchno-prakticheskoj konferencii-vystavki innovacionnyh jekologicheskih proek-tov s mezhdunarodnym uchastiem «Aktual' nye problemy regional'noj jekologii i biodiag-nostika zhivyh sistem» [Materials of XI All-Russian sci.-pract. Conf. and exhibition of innovative environmental projects with intern. particip. "Actual problems of regional ecology and biodiagnostics of live systems"]. Kirov, 2013. P. 279-282.
14. Sel'skoe hozjajstvo v Respublike Komi [Agriculture in the Republic of Komi] / V.A. Iva-nov, V.V. Terentyev, I.S. Maltseva. Syktyvkar, 2009. 194 p.
15. Agropromyshlennyj kompleks Respubliki Komi: istorija i sovremennost' [Agro-industrial complex of the Republic of Komi: Past and Present]. Stat. collection / Komistat. Syktyvkar, 2011. 133 p.
16. Scharlemann J.P., Tanner E.V., Hiederer R., Kapos V. Global soil carbon: understanding and managing the largest terrestrial carbon pool // Carbon Manag. 2014. № 5. P. 81-91.
17. Gosudarstvennaja pochvennaja karta SSSR. (M 1: 1000000). List P-39 (Syktyvkar) [State soil map of the USSR. (1:1000000). P-39 Sheet (Syktyvkar)]. Moscow: USSR Ac. Sci. Publ., 1958.
18. Rudneva E.N., Zaboeva I.V., Urusevskaya I.S. Pochvenno-geograficheskoe rajonirovanie cen-tral'noj i vostochnoj chastej evropejskoj terri-torii SSSR [Soil-geographical regionalization of the central and eastern parts of the European territory of the USSR] // Podzolistye pochvy central'noj i vostochnoj chastej evropejskoj ter-ritorii SSSR [Podzolic soils of the central and eastern parts of the European territory of the USSR]. Leningrad: Nauka, 1981. 200 p.
19. Lapteva E.M., Beznosikov VA., Shamrikova E.V. Pochvy i pochvennye resursy Respubliki Komi: jetapy issledovanij, itogi i perspektivy [Soils and soil resources of the Komi Republic: stages of research results and prospects]// Izvestija Komi nauchnogo centra UrO RAN [Proc. of Komi Sci. Centre, Ural Branch, RAS]. 2016. № 3(27). P. 23-34.
20. Polevoj opredelitel' pochv Rossii [Field identification of soils of Russia]. Moscow, 2008. 182 p.
21. Cerli C., Celi L, Kalbitz K, Guggenberger G., Kaiser K. Separation of light and heavy organic matter fractions in soil - Testing for proper density cut-off and dispersion level // Geoderma. 2012. Vol. 170. R. 403-416.
22. Grunewald G, Kaiser K., Jahn R., Guggenberger G. Organic matter stabilization in young calcareous soils as revealed by density fractionation and analysis of lignin-derived constituents // Organic Geochemistry. 2006. 37. P.1573-1589.
23. Dymov AA., Milanovsky E.Yu, Kholodov VA. Sostav i gidrofobnye svojstva organicheskogo veshhestva densimetricheskih frakcij pochv Pripoljarnogo Urala [The composition and hydrophobic properties of organic matter in the densitometric fractions of soils from Subpolar Urals] // Pochvovedenie [Eurasian Soil Science]. 2015. № 11. P. 1335-1345.
24. Dymov AA., Startsev V.V., Zueva O.M. Ugle-rod vodorastvorimyh soedinenij v lesnyh pochvah i ego postpirogennaja dinamika (na primere Respubliki Komi) [Carbon of water-soluble compounds in forest soils and its post-pyrogenic dynamics (on example of the Republic of Komi)] // Lesovedenie [Russian Forest Science] (in print).
25. Zaboeva I.V. Taezhnye pochvy Komi ASSR i ih plodorodie. [Taiga soils of the Komi ASSR and their fertility] / Proc. of Komi Branch, USSR Ac. Sci. No.71. Syktyvkar, 1985. 125 p.
26. Pochvy evropejskogo severo-vostoka i ih plodo-rodie [The soils of the European Northeast and fertility] / A.A.Beznosikov, A.A.Bobrov, G.M.Vtyurin. Leningrad: Nauka, 1989. 189 p.
27. Processy v celinnyh i osvoennyh pochvah Severa (Trudy Komi nauchnogo centra UrO AN SSSR, № 122) [The processes in virgin and cultivated soils of the North] / Proc. of Komi Sci. Centre, Ural Branch, USSR Ac. Sci., No. 122). Syktyvkar, 1991. 130 p.
28. Dymov AA., Gabov D.N. Pyrogenic alterations of Podzols at the North-East of the European part of Russia: morphology, carbon pools, PAH content // Geoderma. 2015. Vol. 241242. P. 230-237.
29. Dymov AA., Gabov D.N., Milanovsky E.Y. 13C-NMR, PAHs, WSOC and water repellence of fire-affected soils (Albic Podzols) in lichen pine forests, Russia // Environ. Earth Sci. 2017. 76: 275. P. 1-10.
30. Kogut B.M., Shults E, Titova NA., Kholodov V.A. Organicheskoe veshhestvo granulodensi-metricheskih frakcij celinnogo i pahotnogo ti-pichnogo chernozema [Organic matter of gra-nule-densitometric fractions of virgin and arable typical chernozems] // Agrohimija [Agricultural Chemistry]. 2010. №8. P. 3-9.
31. Semenov V.M., Kogut B.M. Pochvennoe orga-nicheskoe veshhestvo [Soil organic matter]. Moscow: GEOS, 2015. 233 p.
Статья поступила в редакцию 04.04.2017.
