ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2014, № 11, с. 1308-1314
= ХИМИЯ ПОЧВ
УДК 631.4
ИЗМЕНЕНИЕ СОСТАВА ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ В РЕЗУЛЬТАТЕ ЕСТЕСТВЕННОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЛЕСА НА ПАШНЕ
© 2014 г. А. А. Ерохова, М. И. Макаров, Е. Г. Моргун, И. М. Рыжова
Факультет почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова, 119991, Москва, Ленинские горы
e-mail: yesandra@mail.ru Поступила в редакцию 08.10.2013 г.
Обсуждается динамика состава органического вещества дерново-подзолистых почв в ходе естественного восстановления леса на пашне в зоне южной тайги. Показано, что в изучаемом хроноряду почв, заложенном в Парфеньевском р-не Костромской обл., с возрастом залежи увеличивается содержание общего и лабильного углерода в старопахотном горизонте. В качестве показателей, характеризующих лабильное органическое вещество почв, использованы данные о содержании углерода, экстрагируемого "мягкими" химическими экстрагентами (дистиллированной водой, 0.1 М K2SO4, 0.1 М нейтральным раствором Na4P2O7), микробной биомассы и легкой фракции. Результаты гра-нуло-денсиметрического фракционирования свидетельствуют, что в ходе постагрогенной сукцессии изменяется содержание углерода не только легкой, но и органо-минеральной фракции почв. При переходе от пашни к лесу содержание углерода илистой фракции увеличивается, а его доля от общего углерода почвы уменьшается. В результате восстановления леса на агродерново-подзоли-стых почвах физическая защищенность органического вещества почв становится больше за счет увеличения доли углерода микроагрегатов.
Ключевые слова: лабильное органическое вещество почв, углерод микробной биомассы, водорастворимый углерод, физическое фракционирование, грануло-денсиметрическое фракционирование.
DOI: 10.7868/S0032180X14110045
ВВЕДЕНИЕ
Одной из актуальных задач современного почвоведения является изучение почв постагроген-ных экосистем в связи с тем, что во второй половине ХХ в. сокращение площадей сельскохозяйственных земель приняло глобальный масштаб. Россия занимает первое место в мире по площади земель, выведенных из сельскохозяйственного оборота [9, 14].В связи с возможным секвестиро-ванием углерода залежными землями много внимания уделяется определению направленности и величины изменений запасов почвенного углерода в ходе постагрогенной сукцессии, зависящих от биоклиматических условий, почвенных свойств и предыстории. Литературные данные об изменениях запасов углерода в почвах в результате смены характера землепользования обсуждаются в широко известных обзорах [23, 26, 28, 29, 31]. Особый интерес вызывают дерново-подзолистые почвы постагрогенных экосистем южной тайги, так как на эту зону приходится 45% площади залежей России [9].
Прекращение антропогенного воздействия (обработка почвы, отчуждение урожая, применение удобрений и др.) и сукцессионная смена рас-
тительности приводят к изменениям не только запасов, но и состава органического вещества почв. Органическое вещество почвы представляет собой очень сложную систему, компонентами которой являются органические соединения, различающиеся по механизмам их закрепления в почве, скоростям оборота и функциям в биогеохимическом цикле углерода и почвообразовании. Для определения состава органического вещества почв используют разные схемы фракционирования (химические, физические, денсиметрические и их сочетания). Проблемы фракционирования органического вещества почв в соответствии с механизмами его стабилизации и функциональной значимостью выделяемых фракций в круговороте углерода обсуждаются в обстоятельных обзорах [3, 33].
В настоящее время результаты многочисленных исследований, проведенных с использованием разных методов и схем фракционирования, позволяют охарактеризовать изменения в составе органического вещества в результате распашки лесных почв. Гораздо меньше данных об изменениях состава органического вещества при обратном переходе от пашни к лесу. В работе Кечайки-ной с соавт. [5], посвященной изучению поста-
грогенной трансформации органического вещества дерново-подзолистых почв, определялись структурно-функциональные параметры гу-миновых кислот. Было показано, что по данным элементного состава и 13С-ЯМР спектроскопии в молекулярной структуре гуминовых кислот постепенно уменьшается степень ароматичности и развивается алифатическая часть по мере увеличения возраста залежи. Исследования Литвино-вич и Павловой [8] показали, что при выведении хорошо окультуренной дерново-подзолистой почвы из сельскохозяйственного оборота ухудшаются показатели ее гумусового состояния. По данным Чалой [18], изучавшей фракционно-групповой состав гумуса дерново-подзолистых почв хроноряда постагрогенных экосистем в процессе зарастания пашни лесом, увеличивается доля фульвокислот и гумина, а доля гуминовых кислот уменьшается.
Результаты изучения постагрогенной трансформации состава органического вещества почв методами физического фракционирования обсуждаются в литературе [25, 27, 30, 32].
Наиболее чувствительным индикатором изменений состава органического вещества почв является содержание лабильных фракций, представляющих собой наиболее динамичную и легко-трансформируемую составляющую органического вещества почвы. К этой группе относят органические вещества, скорость разложения которых измеряется месяцами, годами и десятилетиями [11]. Проблемам и методам оценки содержания лабильного органического вещества почв посвящены многочисленные публикации [2, 7, 10, 11, 16]. Для характеристики содержания лабильного органического вещества в почве используют разные показатели. Это могут быть данные о микробной биомассе, содержании углерода в вытяжках, полученных с помощью различных химических "мягких" экс-трагентов, результаты физического фракционирования, инкубационных экспериментов и другие оценки.
Цель работы — определение изменений состава органического вещества агродерново-подзо-листых почв в результате восстановления леса на выведенных из сельскохозяйственного оборота пахотных землях.
Главное внимание уделено изучению содержания углерода фракций, экстрагируемых дистиллированной водой (С Н20), 0.1 М раствором К2804 (С К2804), 0.1 М нейтральным раствором №4Р207 (С №4Р207), микробной биомассы (С микр), агрегатных и грануло-денсиметрических фракций, являющихся наиболее чувствительными и информативными для характеристики динамики органического вещества почв.
ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ
В качестве объекта исследования выбраны почвы хроноряда постагрогенных экосистем южной тайги, расположенного в Парфеньевском рне Костромской обл., в 1.5 км на северо-восток от с. Горелец (58°40' с. ш., 43° 19' в. д.). При выборе элементов хроноряда старались свести к минимуму различия в лито-геоморфологических условиях. Все пробные площади размером 20 х 20 м были заложены на водоразделе на расстоянии 100—250 м друг от друга. Почвообразующие породы на изучаемой территории представлены покровными суглинками, подстилаемыми мореной. Хроноряд включает агроэкосистему (посев овса), разнотравно-злаковый некосимый луг (залежь 11 лет), молодой лес (залежь 24 лет), лес 50 лет и вторичный ельник 80—100 лет. Рассматриваемые экосистемы сформированы на агродерново-подзоли-стых и дерново-подзолистых среднесуглинистых почвах. Названия почв даны в соответствии с классификацией почв России 2004 г. [6]. Образцы почв отбирали в июне 2011 г. на каждой пробной площади из бывшего пахотного горизонта в шестикратной повторности с глубин 0—10 и 10—20 см, так как в ходе постагрогенной сукцессии в горизонте отмечается дифференциация [4, 5, 8].
Для извлечения из почвы лабильного органического вещества были использованы вытяжки из свежих почвенных образцов дистиллированной водой, 0.1 М раствором К2804 и0.1 М нейтральным раствором №4Р207, полученные в соответствии с общепринятыми в почвоведении методическими указаниями [12]. Содержание углерода в вытяжках определялось на автоматическом анализаторе 8Ышаё2и Т0С-УСРМ.
Углерод микробной биомассы определяли в свежих почвенных образцах методом субстрат-индуцированного дыхания [1, 20].
Для определения углерода в агрегатных фракциях использовали метод сухого просеивания воздушно-сухих образцов почв с последующим определением содержания углерода по Тюрину во фракциях агрегатов >2.0 мм (мегаагрегаты), 2.0—0.25 мм (макроагрегаты) и <0.25 мм (микроагрегаты).
Для грануло-денсиметрического фракционирования применена модификация метода, разработанного Шаймухаметовым с соавт. [19], подробно изложенная в статье Моргуна и Макарова [13]. С использованием раствора поливольфрама-та натрия из почвы выделены в малоизмененном состоянии разные фракции. Легкая фракция (ЛФ) (<2 г/см3 разделена на подфракции по плотности и размеру (<1.8 г/см3, >50 мкм; <1.8 г/см3, <50 мкм; 1.8—2.0 г/см3). Органическое вещество этой фракции не связано прочными химическими связями с глинистыми минералами. Фракция
Таблица 1. Содержание углерода лабильного органического вещества, извлекаемого разными экстрагентами, в почвах изучаемого хроноряда постагрогенных экосистем
Горизонт (слой), см С общ, % С Н2О С K2SO4 С Na4P2O7
Экосистема % от массы почвы % от С общ % от массы почвы % от С общ % от массы почвы % от С общ
Пашня P 0-12 0.83 0.020 ± 0.001 2.41 0.029 ± 0.004 3.53 0.207 ± 0.007 24.82
12-24 0.51 0.018 ± 0.001 3.53 0.030 ± 0.002 5.92 0.173 ± 0.006 34.12
Луг, Pw 0-13 1.40 0.038 ± 0.003 2.71 0.049 ± 0.003 3.51 0.222 ± 0.019 15.71
залежь 11 лет 13-26 0.97 0.031 ± 0.002 3.20 0.040 ± 0.002 4.09 0.173 ± 0.006 17.53
Лес, Pw 2-13 0.89 0.022 ± 0.002 2.47 0.041 ± 0.004 4.56 0.180 ± 0.012 20.11
залежь 24 года 13-25 0.67 0.020 ± 0.003 2.99 0.035 ± 0.002 5.16 0.195 ± 0.020 28.36
Лес 50 лет AYpa 4-10 2.22 0.042 ± 0.006 1.89 0.067 ± 0.007 3.04 0.347 ± 0.019 15.54
10-16 1.16 0.031 ± 0.002 2.67 0.046 ± 0.003 3.92 0.315 ± 0.015 27.59
80-100 лет AYpa 4-12 3.31 0.077 ± 0.011 2.33 0.096 ± 0.009 2.91 0.465 ± 0.019 14.05
12-19 1.37 0.051 ± 0.009 3.72 0.052 ± 0.003 3.76 0.257 ± 0.018 18.98
легкодиспергируемого ила (Ил лд), разделена на подфракции тонкого (<0.2 мкм) и грубого (0.02— 2 мкм) ила. Также получены фракции труднодис-пергируемо
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.