научная статья по теме НАКОПЛЕНИЕ ОРГАНИЧЕСКОГО УГЛЕРОДА В ЧЕРНОЗЕМАХ (МОЛЛИСОЛЯХ) ПОД ПОЛЕЗАЩИТНЫМИ ЛЕСНЫМИ НАСАЖДЕНИЯМИ В РОССИИ И США Сельское и лесное хозяйство

Текст научной статьи на тему «НАКОПЛЕНИЕ ОРГАНИЧЕСКОГО УГЛЕРОДА В ЧЕРНОЗЕМАХ (МОЛЛИСОЛЯХ) ПОД ПОЛЕЗАЩИТНЫМИ ЛЕСНЫМИ НАСАЖДЕНИЯМИ В РОССИИ И США»

ГЕНЕЗИС ^^^^^^^^^^^^^^

И ГЕОГРАФИЯ ПОЧВ

УДК 631.4

НАКОПЛЕНИЕ ОРГАНИЧЕСКОГО УГЛЕРОДА В ЧЕРНОЗЕМАХ (МОЛЛИСОЛЯХ) ПОД ПОЛЕЗАЩИТНЫМИ ЛЕСНЫМИ НАСАЖДЕНИЯМИ В РОССИИ И США*

© 2015 г. Ю. Г. Чендев1, Т. Д. Соэр2, А. Н. Геннадиев3, Л. Л. Новых1, А. Н. Петин1, В. И. Петина1, Е. А. Заздравных1, С. Л. Буррас4

белгородский государственный национальный исследовательский университет, 308015, Белгород, ул. Победы, 85

e-mail: Chendev@bsu.edu.ru

2Национальная лаборатория сельского хозяйства и окружающей среды Департамента сельского хозяйства США (USDA National Laboratory for Agriculture and the Environment), USA, 2110 University Boulevard, Ames, IA 50011-3120

e-mail: tom.sauer@ars.usda.gov 3Географический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова, 119991, Москва, Ленинские горы 4Университет штата Айова (Iowa State University), USA, Department of Agronomy, 1126 Agronomy Hall, Ames, IA 50011-1010 e-mail: lburras@iastate.edu Поступила в редакцию 04.02.2014 г.

Полезащитные лесонасаждения, возникшие на месте луговых и лугово-степных ландшафтов в лесостепной зоне северных материков, являются аккумуляторами углерода и участвуют в формировании органического вещества почв. На территории Великих равнин США (штаты Северная Дакота, Южная Дакота, Небраска) и Среднерусской возвышенности России (Белгородская, Воронежская, Курская области) выявлена общая закономерность усиления гумусово-аккумулятивного процесса в осевых частях лесополос, что проявляется в пространственных трендах изменения запасов С орг в слое 0—30 см почв по направлению от пашен к центральным частям лесополос с увеличением показателя на 3.5—10 т/га на каждые 10 м. За 55 лет произрастания лесополос на черноземах европейской России средняя годовая скорость накопления в них запасов углерода органического вещества (слой 0—100 см) находилась в пределах 0.7—1.5 т/га. За 19-летний период произрастания искусственного лесонасаждения на участке Гурон (США) средняя ежегодная скорость накопления С орг в метровой толще почвы (Гаплустолл (Haplustoll), почвенная серия Бонилла) составила 1.9 т/га.

Ключевые слова: агролесомелиорация, изменение климата, северные материки, лесостепь, органический углерод почв.

DOI: 10.7868/S0032180X15010037

ВВЕДЕНИЕ

В современном почвоведении одним из наиболее актуальных направлений является исследование и оценка антропогенного преобразования почв. Комплексный характер этой проблемы, необходимость для ее корректного решения, сопоставления межрегиональных данных все чаще заставляют проводить эти исследования международными научными коллективами [4, 25, 27].

В широком спектре задач изучения технопедо-генеза отдельное место занимают вопросы трансформации почв агролесомелиоративных ландшафтов. Многие аспекты, раскрывающие влияние полезащитных лесонасаждений на свойства

* Работа выполнена при финансовой поддержке грантов ОЯБР № Ки01-7024-БЬ-11, РФФИ № 11-05-92500-АФ-ГИР-Э_а, РФФИ № 12-05-97512-р_центр_а.

почв, достаточно хорошо изучены [3, 10, 14, 24, 26]. Однако существует и много нерешенных вопросов, один из которых — выяснение роли лесополос в продуцировании почвенного органического вещества [7, 8, 11, 12, 30, 31].

Как известно, начало научной разработки вопроса о значении для степных почв полезащитных лесонасаждений, о возможностях и методах облесения степей, положила докучаевская экспедиция 1891 г. В работах В.В. Докучаева впервые были сформулированы научные основы преобразования открытых степных ландшафтов в культурные лесоаграрные, и в этом преобразовании выявлена положительная роль древесной и кустарниковой растительности [11]. В XX в. российский опыт агролесомелиорации стал общепризнанным подходом к защите почв от ветровой и водной эрозии, примером чему служит почво-

50°

40°

100°

в. Ри^Аа

1 ¿Г*

•'/ Г"? \ *

2 Л

ч, \ 1 (

1 Л > р

1 Ч[

( с__- V 1 ]

90

0 500 км 1_|_1_|_1_1

52°

48°

42°

500 км

Рис. 1. Ключевые участки исследования: 1 — Рейнольде (штат Северная Дакота); 2 — Гурон (штат Южная Дакота); 3 — Норфолк (штат Небраска); 4 — Стрелецкая Степь (Курская обл.); 5 — Ямская Степь (Белгородская обл.); 6 — Каменная Степь (Воронежская обл.).

охранное лесоразведение на востоке Великих равнин США после катастрофических пыльных бурь, произошедших в 1930-х гг. [29, 33].

В работах многих авторов признается благоприятное влияние полезащитных лесополос на почвы и окружающую среду в результате уменьшения интенсивности почвенной эрозии, а также за счет целого ряда других положительных эффектов: а) улучшения микроклимата вследствие снегозадержания зимой, уменьшения испарения и создания условий для накопления доступной для растений почвенной влаги весной и летом; б) увеличения урожайности сельскохозяйственных культур; в) формирования среды обитания диких животных и дикорастущих растений; г) улучшения эстетического восприятия ландшафта [1, 9, 23, 24, 26, 28].

В свете проблемы глобального изменения климата изучение экосистем полезащитных лесополос приобретает новое звучание, так как в современных условиях они могут рассматриваться как объекты ассимиляции углерода из углекислого газа атмосферы за счет связывания его в фитомас-се и почвенном органическом веществе. Этим вопросам посвящено достаточно много литературы, однако до сих пор существует определенный дефицит данных, касающийся полноты региональных характеристик и обоснования методических подходов.

В этой связи цель настоящей работы заключается в выявлении и анализе изменений в содержании органического углерода почв лугово-степных и луговых ландшафтов северных материков, для которых характерны пашенное земледелие и создание полезащитных лесополос.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ

Объектами исследования являются лугово-степные черноземы лесостепи Среднерусской возвышенности и почвы прерий западной части "кукурузного пояса" США (северо-восток Великих равнин) под разными типами растительности — на целине, под сельскохозяйственными культурами и под растительностью лесополос.

Местоположение ключевых участков исследования показано на рис. 1.

При поиске ключевых участков авторы руководствовались следующими требованиями: участки должны находиться в лесостепной зоне северных материков; должны располагаться на ровных водораздельных поверхностях; на всех участках в непосредственной близости друг от друга, в пределах ареала одной естественной почвенной разности, на однородных почвообразую-щих породах должны находиться: угодье под целинной растительностью, пашня, лесополоса, возникшая на месте пашни или степной целины.

Таблица 1. Некоторые физико-географические показатели ключевых участков исследования

Орографи- Название Высота по- Почвооб- Осадки, год, мм Среднегодо- Гидротерми-

ческая ключевого верхности разующая Почвы вая темпера- ческий ко-

структура участка над ур. м., м порода тура, °С эффициент

Среднерус- Стрелецкая 240 1 Черноземы 580 +5.3 1.23

ская возвы- Степь выщелоченные

шенность Ямская 230 1 Черноземы 530 +5.6 1.1

(Россия) Степь типичные

Каменная 190 2 Черноземы обыкно- 480 +5.8 1.0

Степь венные, переходные к типичным

Великие Норфолк 470 3 Гаплустоллы 700 +9.6 1.47

равнины (Нар1ш1о1к), серия

(США) Турман (черноземы выщелоченные)

Рейнольдс 430 4 Арджиакволлы (А^адиоШ), серия Мустинка (лугово-черноземные почвы) 530 +4.4 1.41

Гурон 440 5 Гаплустоллы (Нар1ш1о1к), серия Бонилла(чернозем-но-луговые почвы) 580 +7.7 1.31

Условные обозначения. Почвообразующие породы: 1 — карбонатные лёссовидные суглинки; 2 — карбонатные лёссовидные глины; 3 — легкие суглинки на флювиогляциальных супесях; 4 — маломощные карбонатные суглинки на флювиогляциальных гравийно-песчаных породах; 5 — карбонатные озерно-ледниковые валунные суглинки.

В качестве базовых в России нами были выбраны участки, расположенные в непосредственной близости от охраняемых зональных лугово-степ-ных ландшафтов лесостепи: рядом с ЦентральноЧерноземным заповедником им. В.В. Алехина (участок Стрелецкая Степь, Курская обл.; 51°32' с.ш., 36°05' в.д.), вблизи и на территории заповедника "Белогорье" (участок Ямская степь, Белгородская обл.; 51°11' с.ш., 37°37' в.д.), на территории заказника Каменная Степь (участок Каменная Степь, Воронежская обл.; 51°02' с.ш., 40°44' в.д.). На территории США были выбраны участки Рейнольдс в штате Северная Дакота (47°42' с.ш., 97°11' з.д.), Гурон в штате Южная Дакота (44°16' с.ш., 98°15' з.д.), а также ключевой участок Норфолк в штате Небраска (42°03' с.ш., 97°22' з.д.) (названия участкам даны по ближайшим к ним населенным пунктам).

Для исследования подбирали участки, расположенные на хорошо дренированных водоразделах. На ряде ключевых участков реализация этого принципа оказалась непростой, так как в настоящее время для значительных территорий европейской России приобрела актуальность проблема вторичного гидроморфизма черноземов и их деградации под влиянием переувлажнения [5]. В частности, Хитровым и Чевер-диным [18] в Каменной Степи отмечено увеличение числа ареалов сезонно-переувлажненных почв. В связи с этим потребовались консульта-

ции почвоведов, владеющих подробной информацией об особенностях почвенного покрова исследуемых участков.

В США на хорошо дренированном водоразделе располагался участок Норфолк. В то же время участки Рейнольдс и Гурон размещались на сла-бодренированных возвышенных территориях с неглубоким залеганием грунтовых вод.

Сведения о высоте поверхности над уровнем моря, почвообразующих породах, классификационном статусе изученных почв и некоторых климатических показателях на участках исследования приведены в табл. 1.

На ключевых участках распространены типичные для изучаемых районов способы ведения сельского хозяйства — с традиционными приемами агротехники и выращивания сельскохозяйственных культур.

В США исследованные пахотные почвы агролесомелиоративных ландшафтов находятся в фермерском землепользовании. Возраст их земледельческого освоения оценивается: на участке Норфолк — в 120 лет, на участке Рейнольдс — в 110 лет, на участке Гурон — в 21 год. Культуры севооборотов: на участке Рейнольдс — пшеница, кукуруза, соя, подсолнечник; на участке Гу

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.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Сельское и лесное хозяйство»