ГЕНЕЗИС И ГЕОГРАФИЯ ПОЧВ
УДК 631.487:470.55
ИЗМЕНЕНИЕ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА ПОЧВ СТЕПНОГО ЗАУРАЛЬЯ ПРИ ПЕРЕВОДЕ В ЗАПОВЕДНЫЙ РЕЖИМ* © 2014 г. В. Е. Приходько1, Д. В. Манахов2
Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН, 142290, Пущино, Московской обл., ул. Институтская, 2 e-mail: valprikhodko@rambler.ru 2Факультет почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова, 119991, Москва, Ленинские горы, 1
e-mail: demian2@yandex.ru Поступила в редакцию 19.12.2012 г.
Исследовались почвы заповедника "Аркаим" до начала заповедного режима и через 12 и 18 лет после его введения. Бывшие пастбища и сенокосы занимают 70%, постагрогенные поля — 30% его территории, часть из них превращена в сеяные луга. Черноземы формируются на ~50% площади заповедника, солонцы и засоленные почвы — 32%, черноземно-луговые — 7%, лесные — 1%. Увеличение содержания С орг слоя 0—20 см почв после 18 лет самовосстановления составляет 0.4—0.8% или 14— 25 относительных процентов или 60—100 г/м2 в год. Аккумуляция С орг меньше в почвах бывших пастбищ по сравнению с постагрогенными аналогами и в черноземах больше по сравнению с луго-во-черноземными почвами. При самовосстановлении в большинстве почв заповедника наблюдается увеличение содержания углерода лабильной фракции. Часть почв заповедника достигла оптимального содержания углерода лабильной (0.3%) и легкой фракций (более 25% от С орг). После 18 лет заповедного режима величина биомассы микроорганизмов составляет 500—800 мкг/г почвы или 1.1—1.9% от С орг, величина базального дыхания — 0.7—1.5 С—СО2 мкг/г. ч. Эти показатели максимальны для бывших пастбищных лугово-черноземных почв и минимальны для постагрочернозе-мов. В заповедном режиме прибавка величины С орг и изменение разных его форм в большей степени зависят от типа почв и бывшего их использования, и в меньшей — от почвообразующих пород. Многим почвам заповедника требуется длительное время для реабилитации своего состояния.
Ключевые слова: С орг, углерод лабильной и легкой фракций, фракционно-групповой состав гумуса, базальное дыхание почв, микробная биомасса, заповедный режим.
Б01: 10.7868/80032180X14020099
ВВЕДЕНИЕ
В России имеется сеть степных заповедников для сохранения уникальных природных мест. Впервые о выведении таких земель из оборота сказал В.В. Докучаев и создал в Воронежской обл. в 1982 г. участок "Каменная степь" для восстановления черноземов. Позднее сформировалась сеть заповедников: Галичья гора в 1925 г. (Липецкая обл., 230 га), Центрально-Черноземный в 1935 г. (Курская и Воронежская обл., 3 тыс. га). В конце ХХ в. на территории европейской части России площади степных заповедников значительно расширились: Оренбургский с 1989 г. (21.7 тыс. га), Приволжская лесостепь с 1989 г. (Пензенская обл., 8.2 тыс. га), Черные земли с 1990 г. (Калмыкия, 121.9 тыс. га), Ростовский с 1995 г. (площадь 9.5 тыс. га). В азиатской части России в период с
* Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ 09-05-92106_ЯФ_а.
1987 по 1993 гг. появилось 5 заповедников, включающих преимущественно степные ландшафты: Чазы с 1991 г. (Хакасия, 24.1 тыс. га), Убсу-Нур-ская котловина с 1993 г. (Тыва, 39.6 тыс. га), Даурский трансграничный (Читинская обл., 44.8 тыс. га) [8].
Природно-исторический музей-заповедник "Аркаим" является уникальным для нашей страны объектом под открытым небом и создан в 1992 г. для сохранения протогорода возрастом 3800—4100 лет, исследованного археологами под руководством д.и.н. Г.Б. Здановича [9]. Он располагается в 400 км к югу от Челябинска (52°40' N 59°34' Е). Площадь заповедника составляет 3500 га.
Здесь выполняют комплексные исследования ученые многих специальностей. Особенности почв, реконструкция растительности и климата эпохи средней бронзы приведены в работах [10, 19, 23]. До введения заповедного режима на дан-
ной территории изучались 16 площадок с разными биоценозами [6]. После 12 лет отсутствия антропогенной нагрузки выявлено изменение растительного покрова этих площадок [20]. Проводилось детальное изучение структуры почвенного покрова и свойств почв до введения заповедного режима и после 12 лет заповедания [11, 22, 24, 32, 34]. Подробная характеристика природных условий, пород и засоленных почв до прекращения антропогенной нагрузки описана в литературе [5, 7, 17, 20]. Однако детальная характеристика наиболее изменяемой части почв — различных форм органического вещества в условиях заповедного режима — не исследовалась. Это является целью нашей работы.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
Выявлялось изменение свойств почв заповедника "Аркаим" после 12 и 18 лет отсутствия антропогенной нагрузки по сравнению с почвами до введения режима заповедания. Сравнивались почвы, развитые на разных почвообразующих породах. Подробная характеристика почв до введения заповедного режима приведена ранее [11, 22], Эти исследования сопровождались ботаническим обследованием территории, выполненным в разные периоды [6, 20].
Общие свойства почв определялись по [2, 4], состав гумуса — по И.В. Тюрину в 2—7-кратной повторности [18], органическое вещество легких фракций плотностью <1.8 г/см3 — по [3], базаль-ное дыхание (БД) — по [15] и величина микробной биомассы (С мик) по [29] в пятикратной по-вторности. Концентрацию СО2 устанавливали на газовом хроматографе. Величину С мик рассчитывали по формуле: С мик (мкг С/г почвы) = = СИД (мкг СО2./г в час) х 40.04 + 0.37 [29]. Скорость БД выражали в С—С02 мкг/г в час. Математическая обработка материала выполнена с использованием программы "Статистика".
Природные условия заповедника. Территория заповедника относится к восточному склону Южного Урала, к юго-западной части Зауральского плато с высотами 300—400 м над ур. м. Тектонические поднятия, начиная с верхнего олигоцена, определили формирование речной сети, гряд и куполов мелкосопочника, высота которого на 50—100 м выше, чем пенеплен [17]. На почвообразование влияет континентальный климат региона. Средние температуры составляют (в °С): годовая +1...+3, января —17...—18, июля + 19...+20 [13]. Сумма температур больше 10°С равна 1950—2300, продолжительность безморозного периода — 111—125 дней. В районе выпадает 300—360 мм осадков в год, из них 45% летом в виде ливней и 10—12% — зимой. Мощность снежного покрова не превышает 0.25 м. Почвы промерзают
на глубину 0.8—2.0 м. Снеготаяние происходит по замерзшей почве, и вода не впитывается в нее. Годовая испаряемость составляет 450—650 мм. Коэффициент увлажнения равен 0.4—0.8.
Материнскими породами для почв служат глины и суглинки неогенового и неоген-четвертичного возраста, мезозойские переотложенные каолиновые коры выветривания и элювий палеогеновых массивно-кристаллических пород и др. [7].
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
Растительность и почвы до введения заповедного режима. Растительность. Бывшие пастбища и сенокосы занимают 70%, постагрогенные поля — 30% территории, часть из них превращена в сеяные луга. Среди естественной растительности преобладали разнотравно-ковыльно-типчаковые сообщества [6]. Целинные участки зарастают овсецовыми и коржинско-ковыльными степями. На склонах сопок, занимающих 70% изученной территории, и днищах ложбин встречаются виды, характерные для лугово-разнотравных степей. Средние части склонов находятся под кустарничковыми ассоциациями караганы и спиреи. Осиново-березовые и, реже лиственнично-березовые и сосново-бере-зовые леса составляют 1% территории и сохранились в западинах, на вершинах сопок, увалах и на склонах. Полынные ассоциации преобладают на засоленных, солонцеватых почвах и солонцах. Растительность подвергалась дигрессии в результате интенсивного перевыпаса. Ровные пространства исследуемой территории распахивались. В 1991 г. часть пашни засеяна костром безостым, а в 1992 — эспарцетом, часть — заросла сорняками.
Почвы. На территории заповедника выделено шесть генетических групп почвенного покрова, занимающих следующие элементы рельефа: денудационные и аккумулятивно-денудационные поверхности мелкосопочника, денудационно-ак-кумулятивные, аллювиально-озерные, пойменные и долинно-ложбинные ареалы [11]. Черноземы занимают около 50% площади заповедника, солонцы и засоленные почвы — 32%, чернозем-но-луговые — 7%, лесные — 1%.
На денудационно-аккумулятивных поверхностях благоприятны для почвообразования следующие условия: хорошая водопроницаемость и оструктуренность, большая влагоемкость почво-образующих пород, высокая продуктивность растительности. На участках с уклонами менее 5° формируются в основном обыкновенные черноземы маломощные среднегумусные незасолен-ные и несолонцеватые, развитые на суглинках иллит-монтмориллонитового состава глинистых минералов. Содержание С орг верхнего слоя гли-
% 8
6 -
4 -
Иллит-монтмориллонитовые породы
Каолиновые глины
□ 1992 0 2003 Ш 2010
Рис. 1. Содержание и стандартное отклонение С орг почв заповедника в разные периоды.
нистых и суглинистых обыкновенных черноземов на пашне в 1992 г. составляло 2.92 ± 0.1%, на пастбище — 3.45 ± 0.09 (рис. 1). Количество С орг резко убывает до 0.4—0.7% в гор. В. Органическое вещество данных черноземов характеризуется высокой степенью гумификации (до 44%), его состав гумат-ный или фульватно-гуматный (С гк/С фк 1.1—2.8) (рис. 2). Меньшее значение этого показателя отмечается в черноземах со средней и сильной степенью солонцеватости. Среди гумусовых кислот доминирует вторая фракция.
На аккумулятивно-денудационных поверхностях, сложенных мезозойскими переотложенными каолиновыми корами выветривания, встречаются черноземы обыкновенные со специфическими свойствами, унаследованными от материнской породы. Обедненность каолиновых глин обменным кальцием и карбонатами и относительно небольшая продуктивность растительного покрова ограничивают развитие почв. Особенности этих почв также обусловлены медленным формированием на поверхностях с большой скоростью денудации и плохими фильтрационными свойствами. Впервые характеристика таких почв Зауралья дана Побединцевой [21].
Обыкновенные черноземы, развитые на этих отложениях, обычно маломощные, слабощелочные, тяжелосуглинистые. Эти почвы занимают менее 5% территории заповедни
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.