CC BY
18УДК 502.7
ВТОРИЧНАЯ СУКЦЕССИЯ АГРОГЕННО-ПРЕОБРАЗОВАННЫХ СЕРЫХ ЛЕСНЫХ ПОЧВ
И.Ю. Винокуров, к.х.н., О.С. Чернов, к.с.-х.н., А.А. Корчагин, к.с.-х.н.— Владимирский НИИСХ А.И. Исаков — Отдел геодезического обследования Московского областного БТИ
E-mail: adm@vnish.elcom.ru
Обсуждается влияние склонового рельефа на содержание гумуса и водопрочных агрегатов по элементарным ареалам ландшафта (катены) при вторичной сукцессии серых лесных почв. Актуальность проблемы обусловлена необходимостью восстановления агрофитоценозов на заброшенной пашне. В качестве одного из важнейших параметров рассматривается изменение концентрации водопрочных агрегатов по элементарным ареалам ландшафтной катены при переходе от пашни к залежи. Элювиальные, транзитные и аккумулятивные контуры на катене определены в процессе геодезических исследований. Выявлено, что верх катены соответствует серым лесным почвам, а низ - полугидроморфным (с глееватым характером). Минимум содержания гумуса относится к водоразделу, что соответствует развитию процесса эрозии почв. Этот процесс обусловлен смывом водными потоками питательных веществ, почвенных агрегатов и вместе с ними гумуса с элювиальных элементов рельефа через транзитные - к аккумулятивным элементам. Профили содержания водопрочных почвенных агрегатов и профиль гумуса по элементарному ареалу ландшафтной катены (ЭАЛ) определяются характером этого смыва. Показано, что профиль водопрочных агрегатов 2013г. подобен таковому для 2014 г.: содержание водопрочных почвенных агрегатов на водоразделе (ЭАЛ №4) ниже, чем в аккумулятивных областях (ЭАЛ №2,6). Начало образования залежи (профиль 2014 г.) характеризуется постепенным нивелированием влияния рельефа, что соответствует уменьшению интенсивности эрозионного процесса. Профили питательных веществ ландшафтной катены, в большинстве случаев, не обнаруживают подобие с профилями распределения почвенных агрегатов.
Ключевые слова: катена, элементарный ареал ландшафта, агрогенно преобразованный горизонт, водораздел, рельеф.
Среди наиболее значимых природных условий, определяющих функционирование ландшафтов выделяют рельеф, литологию, климат, влияние грунтовых вод, растительность и почвенный покров. Их агроэко-логическая оценка составляет основной предмет ландшафтного анализа, который проводится по отношению к каждому элементарному ареалу ландшафта (ЭАЛ) как элементарной структурной единице агроландшафта.
Настоящая статья посвящена исследованиям влияния склонового рельефа на содержание гумуса и водопрочных агрегатов по элементарным ареалам ландшафта (катены) при вторичной сукцессии серых лесных почв. Рассмотрено изменение концентрации водопрочных агрегатов при переходе от пашни к залежи. Геохимический подход при такой постановке исследований требует выделения элювиальных, транзитных и аккумулятивных контуров на катене.
Под ландшафтной катеной понимается функционально-динамическое сопряжение природных геосистем, последовательно сменяющих друг друга в направлении от местного водораздела к местному базису денудации (реке, озеру, оврагу и т.п.). Катенарный ряд географических фаций объединяется в целостную геосистему однонаправленным потоком вещества и
энергии по склону (рис. 1).
Дифференциация ландшафтов заложена в исходных условиях катенных исследований. Каждый ЭАЛ находится в границах выдела, внутри которого свойства ареала можно считать изотропными (однородными). Верх катены - (ЭАЛ №3-5) соответствует серым лесным почвам, низ (ЭАЛ№ 1, 2 и ЭАЛ№ 6, 7) - полугидроморфным (с глееватым характером). На эти ЭАЛ накладываются дополнительно геохимические различия: элювиальные (верх), аккумулятивные (низ) и транзитные - между ними, а также экспозиционные (склоны северо-западной и юго-восточной экспозиции).
Элементарный ареал агроландшафта (ЭАЛ), который представляет собой участок на элементе мезорельефа, ограниченный элементарной почвенной структурой (реже - элементарным почвенными ареалом) при одинаковых геологических и микроклиматических условиях [1-3].
Каждый ЭАЛ в системе агроэкологической оценки рельефа должен получить определенные характеристики к форме мезорельефа (увал, холм, лощина и т.д.). Необходимо оценить: приуроченность к элементу мезорельефа (вершина, склон, днище и т.д.), приуроченность к определенной части склона и его форме
№ 2 (76) 2016
Владимгрскш ЗешеШецТз
Рис. 1. Профиль ландшафтной катены на агро-ландшафте Владимирского НИИСХ
Рис.3. Профиль гумуса в инерционном состоянии катены
44
а) изучаемый фрагмент агроландшафта (кате-нарная полоса); б) фрагмент потоковой картографической модели агроландшафта Рис. 2. Потоковая картографическая модель агроландшафта
(нижняя, средняя или верхняя часть прямого, выпуклого или вогнутого слона); крутизне склона; форме в плане (характер водосбора - рассеивающий, собирающий, прямой); экспозиции (теплая, холодная, нейтральная); расстоянию от водораздела, микрорельеф.
Для определения границ между выпуклыми и вогнутыми формами рельефа на катене можно воспользоваться потоковыми картографическими моделями [4,5]. На рисунке 2 приведен в увеличенном виде фрагмент исследуемой полосы катены и дано его положение на потоковой картографической модели агро-ландшафта. Выбранная нами полоса проходит через выпуклую форму рельефа - водораздел (нижняя часть увеличенного фрагмента катенарной полосы) и вогнутые формы рельефа, которые выведены в картографической модели на подложку (белая штриховка).
На выпуклой форме рельефа Границы между выпуклыми и вогнутыми формами рельефа на полосе катены проходят через ЭАЛ №3 и , №5 и №6. Эти ЭАЛ оказываются в транзитной части катены. Через нее происходит смыв питательных веществ и почвенных агрегатов под действием сил гравитации. ЭАЛ №4 (№5) относятся к элювиальной области катены, находящейся
№эал 2013 г.
2014
Владишрскш ЗемлеШеф
Рис. 4. Профили содержания водопрочных почвенных агрегатов
в центре выпуклой формы ландшафта. ЭАЛ №2 и ЭАЛ (№5) №6 оказываются в аккумулятивных областях катены, которые соответствуют вогнутой форме рельефа.
Специфику агрогенно преобразованных почв определяет новообразованный поверхностный агрогенно-преобразованный горизонт (АПГ), обычно формирующийся на месте одного или нескольких горизонтов природных почв в результате периодически повторяющихся механических турбаций (перемещения почвенных масс), как правило, сопровождающихся внесением органических и минеральных удобрений [6].
Особенность АПГ связана не только с регулярными механическими воздействиями. Сам факт включения почв в функционирование агроэкосистем, даже при минимальных агрогенных нагрузках, существенно влияет на почвенный климат, почвенную биоту, количество, качество и характер трансформации поступающих в почву органических веществ. Это создает определенное сходство гидротермических режимов, биохимических и физико-химических процессов в агрогенно-преобра-зованных почвах. В результате АПГ приобретает комплекс общих показателей, несвойственных исходным природным почвам, и, в частности, иную организацию
№ 2 (76) 2016
0-20
20-40
40-60
60-80
80-100
Зависимость Р2О5 от места и горизонта отбора проб
2 3
№ ЭАЛ
Рис. 5. нов по
Зависимость концентрации нитрат - ио-ЭАЛ ландшафтной катены
^ 20
Рис. 6. Зависимость концентрации подвижного фосфора (Р2О5) по ЭАЛ ландшафтной катены
Зависимость суммы поглощённых оснований от места и горизонта отбора проб
! 1
-3 -2
-1 0 1
Рис. 7. Зависимость концентрации калия (К2О) по ЭАЛ ландшафтной катены
почвенной массы. Последняя отличается низкой водо-прочностью агрегатов, большим количеством неагре-гированного ила, малыми объемами внутриагрегатных пор, повышенной плотностью и изменением других физических показателей, что в свою очередь влияет на современные режимы, интенсивность, а иногда направление почвообразования [7].
Как видно из рисунка 3, минимум содержания гумуса относится к водоразделу - ЭАЛ №4, что соответствует развитию процесса эрозии почв. Этот процесс обусловлен смывом водными потоками питательных веществ, почвенных агрегатов и вместе с ними гумуса с элювиальных элементов рельефа, через транзитные -к аккумулятивным элементам.
Эти особенности катены проявляются и при мокром просеивании почвенных образцов, взятых с ЭАЛ, с учетом, что склон юго-восточной экспозиции (ЭАЛ №5,6,7) круче в 2 раза по сравнению с крутизной склона северо-западной экспозиции (ЭАЛ №1,2,3).
На рисунке 4 приведен профиль содержания водо-
Рис. 8. Зависимость суммы поглощенных оснований по ЭАЛ ландшафтной катены
прочных почвенных агрегатов в процентах при исследовании фракционного механического состава почвенных образцов, отобранных с ЭАЛ катены. По сути здесь представлена динамика перехода от пашни к залежи, т.е. от агроландшафта к естественному биогеоценозу.
Профиль водопрочных агрегатов 2013 г. подобен таковому для 2014 г.: содержание водопрочных почвенных агрегатов на водоразделе (ЭАЛ №4 (№5)) ниже, чем в аккумулятивных областях - ЭАЛ № 2,6, 7. Начало образования залежи (профиль 2014 г.) характеризуется постепенным нивелированием влияния рельефа, что соответствует уменьшению интенсивности эрозионного процесса.
Этот профиль соответствует классическим геохимическим представлениям о перемещении водных потоков по латеральной кривизне катены и возможном переносе этими потоками почвенных агрегатов и питательных веществ. Если варьирование содержания водопрочных агрегатов на плакорных почвах при воздействии на них различных технологий находится в
№ 2 (76) 2016
ВлаЗимгрсШ Земледелец,!)
30
15
10
40
35
30
1 20
15
№ ЗАЛ
пределах 2% [11], то на склоновом рельефе оно достигает почти 12%.
Волнообразный характер распределения почвенных агрегатов на склоновом рельефе согласуется с волнообразными продуктивными и биогеохимическими профилями, полученными нами в процессе биогеохимической параметризации ландшафтов [8-10], однако их подобие может быть только частным случаем. Питательные вещества перемещаются по катене, но их профили не обнаруживают подобие с профилями распределения почвенных агрегатов (рис. 5-8).
В связи с тем, что питательные вещества могут перемещаться вертикально по почвенному профилю, их концентрации определяли в слоях 0-20 см до глубины до 1 м. Как видно из представленных данных, профили до глубины 0-60 см подобны друг другу. Для более подвижных элементов питания - нитратов и калия подобие распространяется на почвенные горизонты, расположенные на глубине 0-80 и 0-100 см.
Изучение профилей водопрочных агрегатов по ЭАЛ ландшафтной катены показало, что переход от агроландшафта к залежи сопровождается феноменом нивелирования. Особенности выявленных профилей могут быть интерпретированы в рамках геохимии ландшафтов перемещением водных потоков по элементам рельефа - латеральной кривизне катены. Профили распределения питательных веществ по ЭАЛ катены отличаются от таковых для водопрочных агрегатов. Общим для них остается только волнообразный характер распределения.
Литература
1. Агроэкологическая оценка земель, проектирование адаптивно-ландшафтных систем земледелия и агротехнологий: Методическое руководство. [под ред. В.И.Кирюшина А.Л.Иванова]- М.:Росинформагротех, 2005.-784с.
2. Кирюшин В.И. Агрономическое почвоведение: учеб. для вузов. -М.:КолосС, 2010.-687с. 3. Кирюшин В.И. Методика разработки адаптивно-ландшафтных систем земледелия и технологий возделывания сельскохозяйственных культур - М.: изд-во МСХА, 1995.-81 с.
4. Степанов И.Н., Лошакова Н.А. Геометрические способы описания земной поверхности. // Доклады РАН, 1997,Т. 354.- №.4.
Б.Степанов И.Н., Лошакова Н.А. Формализация почвенного знания в картографических моделях: выде-лы - катены - потоки / Экология и почвы: избранные лекции I-VII школ. -Пущино, 1998.- Т.2.- С. 120 - 144.
6.Лебедева И.И, Тонконогов В.Д, Шишов Л.Л., Суханов П.А., Перцович А.Ю. Агрогенно-преобразован-ные почвы: эволюция и систематика //Почвоведение.-199б, №3, С.351-358.
7. Герасимов И.П. Понятие «почва-природное тело» и его производные («почва-режим», «почва-воспроизводство», «почва-память») //Почвоведение.- 1983.
- №4.- С.5-12.
8.Winokurov I.Ju., Iljin L.I. Trwalosc agroekosystemov wyznaczonanapodstawieparametrowbiogeochemicznych. // Woda-Srodowisko-obszary wiejskie, 2013,T. 13. z. 3(43)
- s.161-180.
9.Винокуров И.Ю. Системно-структурный подход к управлению ландшафтами// Проблемы региональной экологии,2013, №1. -С.27-32.
10.Винокуров И.Ю. Стабильность и устойчивость агроэкосистем: Системный и системно-структурный подходы. - LAP LAMBERT Academic Publishing Gmbh & Co, KG, Saabrucken, Germany. - 2014. - 144 p.
11. Иванов А.Л., Чернов О.С., Карпова Д.В. Приемы окультуривания серых лесных почв Владимирского ополья - М.: изд-во МГУ, 2000. - 120с.
SECONDARY SUCCESSION OF AGROGENICALLY TRANSFORMED GREY FOREST SOILS
I.Y. Vinokurov, O.S. Chernov, A.A. Korchagin, A.I. Isakov
There is being considered the influence of hillside landscape on humus and water-resistant aggregates content in elementary landscape areals (catenae) during secondary succession of grey forest soils. The urgency is conditioned by the necessity to restore agrophytocenoses on neglected arable land. Changes of water-resistant aggregates concentration in elementary areals of landscape catenae is viewed as one of the most sufficient characteristics while transferring from arable to fallow land. Eluvial, transitory and accumulative catenae profile was defined in the process of geodesic researches. It was found out that the upper layer of the catenae matches grey forest soils, meanwhile the bottom one - semihydromorphic (with gleyey characteristics). The minimum of humus content is seen in watershed which corresponds with the soils erosion process. This process is conditioned by water streams removing the nutritive substances, soil aggregates and humus from eluvial elements of the landscape throughout transitory to accumulative ones. The characteristics of the removal defines the profile of water-resistant soil aggregates and humus profile in elementary areal of landscape catenae (EAL). It is shown that the profile of water-resistant aggregates in 2013 is alike to that in 2014: water-resistant content in watershed (EAL №4) is lower than that in accumulative areas (EAL №2, 6). The start-point of fallow land formation (2014 profile) is characterized by gradual leveling of landscape influence, which matches the decrease of erosion intensity process. In most cases the profiles of nutritive substances in landscape catenae do not show any resemblance to the profiles of soil aggregates distribution.
Keywords: catenae, elementary landscape areal, agrogenically transformed horizon, watershed, landscape.
ВлаЭимгрсШ ЗешеШеф
№ 2 (76) 2016
