]
Эволюция и динамика геосистем
УДК 631.4
ТЕНДЕНЦИИ И ЗАКОНОМЕРНОСТИ АНТРОПОГЕННОЙ ЭВОЛЮЦИИ ЧЕРНОЗЕМОВ В АГРОЛЕСОМЕЛИОРАТИВНЫХ ЛАНДШАФТАХ НА ТЕРРИТОРИИ ЛЕСОСТЕПИ ЦЕНТРА ВОСТОЧНОЙ ЕВРОПЫ
Ю. Г. Чендев,
заведующий национального исследовательского университета «БелГУ», Chendev@bsu.edu.ru
А. Н. Петин,
декан геолого-географического факультета национального исследовательского университета «БелГУ», Petin@bsu.edu.ru,
Л. Л. Новых,
доцент национального исследовательского университета «БелГУ», Novyikh@bsu.edu.ru,
Е. А. Заздравных,
аспирант национального исследовательского университета «БелГУ», genn-86@yandex.ru,
Т. Д. Соэр,
почвовед-исследователь национальной лаборатории сельского хозяйства и окружающей среды Департамента сельского хозяйства США, Tom.Sauer@ARS.USDA.GOV,
Р. Б. Холл,
профессор департамента экологии природных ресурсов и природопользования университета штата Айова, США, rbhall@iastate.edu
На трех лугово-степных участках лесостепи изучена антропогенная эволюция черноземов в результате распашки и при создании лесополос. Установлено, что на всех участках наблюдаются сходные закономерности, обусловленные сменой целины пашней, а пашни или целинного угодья — лесополосой. За 140—150-летний период распашки в черноземах происходило снижение мощности гумусовых профилей и повышение линии вскипания. Смена пахотных угодий лесополосами и длительное функционирование черноземов под древесной растительностью привели к дивергенции трендов агрогенной и «лесной» эволюции морфогенетических признаков черноземов. Стабильное состояние запасов органического вещества черноземов под 55—57-летними лесополосами позволяет предполагать, что основным источником углерода, содержащегося в растительном покрове лесополос (в первую очередь, в древесной растительности), служит углекислый газ атмосферы.
The anthropogenic evolution of chernozems as a result of plowing and the creation of forest shelterbelts on the three meadow-steppe areas of forest-steppe were studied. It was established, that in all areas there are similar patterns, caused by the transformation of virgin soils into arable soils and virgin — arable soils into shelterbelt's soils. The reduction of humus profiles thickness and decrease in depth of effervescence during the 140—150-yr period of the chernozems cultivation took place. The change of the arable lands into the forest shelterbelts and long-term operation of chernozems under forest vegetation led to divergence of trends of agrogenic and «forest» evolution of the chernozems morphogenetic properties. The stable condition of the reserves of organic carbon in chernozems under 55—57-year-old forest belts allows to assume, that the main source of carbon contained in the vegetation cover of shelterbelts (in the first place, in the wood vegetation), serves as a carbon dioxide atmosphere.
Ключевые слова: лесополосы, черноземы, целина, пашня, гумусовый профиль, агрогенные изменения почв, дивергенция эволюции почв.
Keywords: shelterbelts, chernozems, virgin land, arable land, humus profile, agrogenic transformation of soils, divergence of the evolution of soils.
В комплексе мер по стабилизации и улучшению экологической обстановки, повышению продуктивности сельского хозяйства защитное лесоразведение является самым эффективным и долговременно действующим средством [1—3 и др.]. В то же время существует ряд дискуссионных вопросов, требующих дальнейшего изучения. В частности, неоднозначно трактуется вопрос о роли лесополос в трансформации морфоге-нетических и других признаков почв [4—6 и др.]. В последнее время, при обсуждении проблемы глобального потепления климата, практика агролесомелиорации все чаще изучается с позиций определения количества изъятого атмосферного углерода искусственными биогеоценозами лесополос [7—8 и др.]. Указанными аспектами определяется актуальность проведенного нами исследования.
Главными объектами исследования являются автоморфные лугово-степные
черноземы лесостепи Среднерусской возвышенности и их гумусовое состояние в целинных экосистемах, на пашнях и под полезащитными лесополосами. При выборе ключевых участков авторы руководствовались следующими обязательными требованиями:
— участки должны находиться в разных климатических условиях лесостепи Среднерусской возвышенности;
— в геоморфологическом отношении участки должны соответствовать абсолютно ровным водоразделам;
— на всех участках в пределах ареала одной естественной почвенной разности в непосредственной близости друг от друга, должны находиться угодья трех видов: целинная луговая степь, пашня, лесополоса.
Желательными условиями также являлись близкие хронологические рамки этапов хозяйственного освоения территорий (возраст распашки степей и время создания лесополос), возникновение лесополос на месте пахотных угодий, близкая ширина лесополос.
В результате проведения поисковых работ, в качестве базовых нами были идентифицированы три участка, расположенные в непосредственной близости от охраняемых лугово-степных ландшафтов лесостепи: 1 — рядом с Центрально-Черноземным заповедником им. В. В. Алехина (участок «Стрелецкая степь»), 2 — рядом и на территории заповедника «Бе-логорье» (участок «Ямская степь»), 3 — на территории государственного природного заказника «Каменная степь» (участок «Каменная степь»).
История хозяйственного освоения и возраст распашки почвенного покрова изучались путем опроса сотрудников научных учреждений, работающих в непосредственной близости от ключевых участков исследования, а также с помощью историко-картографического метода. Нами были использованы разновременные картографические материалы крупного масштаба, созданные в конце XVIII в. (период Генерального межевания, планы-атласы уездов), во второй половине XIX в. (военно-топографические карты), и в конце XX в. (современные топографические карты).
Время создания лесополос уточнялось с помощью дендрохронологического метода — путем подсчета годичных колец в кернах, извлеченных из стволов деревьев возрастным буром.
Исследование почв производилось путем заложения разрезов и бурения почвенных скважин. В пределах каждого ключевого участка
почвы изучались на четырех угодьях в двух точках опробования на каждом из них: на целинном участке, под лесополосой, на двух пахотных участках, примыкающих к лесополосе с разных сторон. Расстояние между парными точками опробования составляло 10 м. Строение профилей пахотных почв изучалось на удалении 10 м от края лесополос.
Главные климатические характеристики исследуемых участков отражены в табл. 1. В сравнительно влажной северной части лесостепной зоны («Стрелецкая степь») годовое количество осадков составляет 580 мм, в типичной лесостепи («Ямская степь») — 530 мм, на крайнем юге лесостепной зоны («Каменная степь») величина годового количества осадков снижается до 480 мм.
Исследования проводились на ровных водоразделах с абсолютной высотой поверхности 190—230 м. Целинными почвами на территории исследуемых участков являются черноземы, которые представлены разными подтипами: в «Стрелецкой степи» — черноземы выщелоченные среднесуглинистые, в «Ямской степи» — черноземы типичные средне- и тяжелосуглинистые, в «Каменной степи» — черноземы обыкновенные тяжелосуглинистые, близкие к глинистым.
Породный состав древесной растительности в лесополосах следующий: тополь черный и береза («Стрелецкая степь»); клен американский («Ямская степь»); дуб черешчатый и тополь черный («Каменная степь»). Возраст и ширина лесополос на всех изученных участках примерно одинаковые: лесопосадки созданы в середине 1950-х гг.; средняя ширина лесополос составляет 25 м (5—6-рядные лесонасаждения). На участках «Стрелецкая степь» и «Каменная степь» лесополосы были заложены на месте пахотных угодий, а на участке «Ямская степь», согласно нашему предположению, на месте фрагмента степной целины, с двух сторон окруженного пашнями. Под поло-
Таблица 1 Климатические показатели ключевых участков исследования
Участок Осадки, год, мм Среднегодовая температура, °С Гидротермический коэффициент
«Стрелецкая степь» 580 +5,3 1,2
«Ямская степь» 530 +5,6 1,1
«Каменная степь» 480 +5,8 1,0
гом лесополос на поверхности почв формируется мертвый покров из лесной подстилки с полным или почти полным отсутствием трав. Согласно результатам исследования истории хозяйственного освоения территории, на участках «Стрелецкая степь» и «Ямская степь» возраст распашки почв на полях, примыкающих к лесополосам, составляет около 140 лет, а на участке «Каменная степь» — 140—150 лет (примерно 145 лет).
Результаты изучения ряда морфогенетичес-ких свойств, характеризующих профили исследованных черноземов, приводятся в табл. 2. На всех участках наблюдаются сходные закономерности, обусловленные сменой целины пашней, а пашни или целинного угодья — лесополосой: пахотные черноземы отличаются от целинных меньшей мощностью гумусовых горизонтов и гумусовых профилей, а также более высокой линией вскипания; черноземы же под лесополосами отличаются от пахотных и целинных аналогов большей мощностью гумусовых профилей, а также, как правило, более глубоким залеганием карбонатов. Главным механизмом указанных изменений, на наш взгляд, является эволюционная смена климатических режимов почв.
На пашне по сравнению с целиной почвенный климат становится более «теплым» и «сухим» [9, 10], обусловливающим подтяжку почвенных карбонатов к поверхности, растрескивание почв и засыпку в трещины материала гумусовых горизонтов, что способствует снижению мощности гумусового горизонта и в целом — гумусового профиля черноземов [11]. После замещения пашни или лугово-степной целины лесным насаждением почвенный климат становится более «прохладным и влажным» [4], стимулирующим выщелачивание, опускание линии вскипания, нисходящую миграцию гумуса и рост мощности гумусовых горизонтов и профилей. Дополнительной причиной снижения мощности гумусоаккумуля-тивной части профиля черноземов на пашне является возрастание плотности их сложения из-за уплотнения сельскохозяйственной техникой и дегумификации, а причиной увеличения мощности под искусс
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.