ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2012, № 4, с. 408-420
ГЕНЕЗИС И ГЕОГРАФИЯ ПОЧВ
УДК 631.4
ТРАНСФОРМАЦИЯ ЛЕСНЫХ ПОЧВ ШТАТА АЙОВА (США) В РЕЗУЛЬТАТЕ ДЛИТЕЛЬНОГО ЗЕМЛЕДЕЛЬЧЕСКОГО ОСВОЕНИЯ*
© 2012 г. Ю. Г. Чендев1, Ч. Л. Буррас2, Т. Д. Соэр3
белгородский государственный университет, 308015, Белгород, ул. Победы, 85 2Университет штата Айова, 50010, Эймс, Айова, США 3Национальная лаборатория сельского хозяйства и окружающей среды Департамента сельского хозяйства США,
2150, Эймс, Айова, США Поступила в редакцию 07.09.2009 г.
В бассейне нижнего течения р. Айова с помощью метода почвенных агрохронорядов изучена эволюция автоморфных пахотных почв серии Fayette (порядок Альфисолей), близких аналогов серых лесных почв европейской части России. Установлено, что в старопахотных разностях данных почв происходит рост мощности гумусовых профилей, увеличивается перерытость землероями, улучшается структурное состояние, происходит подщелачивание почвенных профилей, увеличивается сумма обменных оснований. Данные признаки формируются на фоне усиления элювиально-иллювиальной дифференциации и оглеенности почвенных профилей в условиях относительно влажного климата переходной полосы между прериями и широколиственными лесами на северо-востоке Центральных равнин США.
ВВЕДЕНИЕ
Одним из приоритетных направлений современного почвоведения является изучение антропогенных воздействий на почвы и почвенный покров, включая исследование направленности, стадиальности и интенсивности изменений во времени почвенных тел и ареалов. Данная проблема обсуждается на российских и международных научных конференциях, на эту тему регулярно пишутся научные работы [1, 3, 8—10, 22—24, 27].
При этом большое значение имеет международный обмен опытом по решению методологических и методических вопросов данной проблемы. Примером такой научной интеграции является проведенное авторами статьи экспериментальное исследование агротехногенной эволюции почв США на основе использования российской методики изучения почвенных агрохронорядов [2, 4, 7, 11—13].
Целью исследования был анализ глубины, направленности и интенсивности преобразований во времени автоморфных лесных почв штата Айова под влиянием длительного богарного земледелия. Указанная цель предполагала решение следующих задач: проанализировать историю сельскохозяйственного освоения земель на северо-востоке Центральных равнин США; установить пространственно-временную динамику пахотных угодий на месте полностью покрытой лесом в прошлом территории и идентифицировать ключевой участок полевого исследования агро-техногенной эволюции почв; произвести полевое исследование почвенного агрохроноряда; выпол-
* Работа выполнена при поддержке программы Фулбрайта.
нить лабораторные анализы изученных почв; установить тенденции и закономерности агротех-ногенных изменений во времени морфогенетиче-ских, а также ряда других свойств исследованных почв.
МЕТОДЫ И ОБЪЕКТЫ
В проведенном исследовании главным являлся метод агрохронорядов почв, который можно рассматривать как одну из модификаций широко трактуемого метода почвенных хронорядов [5, 7]. Данный способ заключается в сравнительном анализе строения и свойств почвенных профилей на фоновых угодьях с естественной растительностью (0-момент агротехногенного почвообразования) и на пашнях, возникших в разное время на месте произрастания в прошлом растительности, аналогичной фоновой. Кроме этого в работе использованы методы: научного анализа литературного материала, картографический, историко-картографический, генетического анализа почвенного профиля, лабораторного анализа почв, математической статистики, а также сравнительно-географический метод исследования. Лабораторные анализы почв выполнялись в Национальной лаборатории обработки почв Департамента сельского хозяйства США и в почвенной лаборатории Департамента агрономии университета штата Айова.
Поиск подходящего ключевого участка определялся степенью полноты и детальности имеющейся разновременной картографической информации, а также разновременных материалов
дистанционного зондирования территории. В результате предпочтение было отдано округу Джонсон на территории восточной части Айовы, обеспеченном наиболее старой и детальной картографической информацией. На рассматриваемую территорию имеются карты 1870 г. с указанием лесных ареалов, выполненные в масштабе 1 : 50000 [17]. Не менее важным оказалось наличие карт близкого масштаба, выполненных в 1910-х годах и опубликованных [15]. Детальная информация об изменении лесистости в более позднее время получена на основе анализа аэрофотоснимков высокого разрешения разных лет съемок: 1938, 1950, 1963, 1972, 1980, 1990 и 2007 гг. [19].
Судя по картам 1870 г., обширные лесные массивы произрастали в левобережной (нагорной) части долины р. Айова и на прилегающих водоразделах, отстоящих от реки на 12—20 км. Исто-рико-картографический анализ изменения лесистости на рассматриваемой территории показал неоднородную картину динамики лесных ареалов на протяжении последних 138 лет. В целом с 1870 по 1938 гг. преобладал тренд обезлесивания территории, а на протяжении последних 60 лет проявилась тенденция увеличения покрытых лесом площадей благодаря проводимой в США политике охраны природных ресурсов. В редких случаях выявлена однонаправленная во времени тенденция обезлесивания территории за весь рассматриваемый период — то есть стадиального превращения лесных угодий в пахотные. Один из таких участков (названный по ближайшему населенному пункту Newport) выбран в качестве ключевого (рис. 1). На этом участке в идентичных условиях рельефа (ровный водораздел) и почвообразую-щих пород (тяжелых выщелоченных лёссовидных суглинках) выявлены компактно расположенные друг к другу угодья, на которых распространена одна и та же почвенная серия Fayette [30]: никогда не вырубавшийся естественный лес и прилегающие к нему пашни возраста 50, 110 и 150 лет. Полевое исследование почв проводилось в октябре— ноябре 2008 г. На каждом угодье закладывался один большой почвенной разрез и 10 вспомогательных скважин, которые бурились с помощью ручного бура по периметру квадрата со стороной 10 м, в центре которого находился почвенный разрез. На втором фоновом лесном участке (рядом с наиболее старой пашней) исследование почвенных свойств ограничилось заложением и описанием четырех буровых кернов. Закладка скважин диктовалась необходимостью формирования статистической выборки данных морфо-метрических признаков почв, а количество скважин определялось временем, отведенным для полевого исследования почв, которое также корректировалось погодными условиями. Идентификация морфогенетических свойств почв проводилась в соответствии со стандартными ме-
тодиками полевого описания почвенных профилей России и США. Главные выводы, вытекающие из проведенного исследования, сделаны на основании сравнения почв, изученных на указанных угодьях.
Выбранная в качестве объекта исследования почвенная серия Fayette известна с 1919 г. В соответствии с Американской почвенной классификацией почвы данной серии относятся к порядку Альфисолей и таксономическому классу типичных гаплудальфов (Fine-silty, mixed, superactive, mesic Typic Hapludalfs). Диагностическими показателями данных почв является наличие эпипедо-на охрик, горизонтов альбик и аржиллик. Почвы формируются под широколиственными (главным образом, гикориево-дубовыми) лесами в условиях хорошего дренажа. Их профиль состоит из маломощного гумусового горизонта, залегающего ниже более мощного элювиального горизонта, и системы иллювиальных подгоризонтов Bt. Характерным является наличие в элювиальной— иллювиальной частях профиля железисто-марганцевых примазок, свидетельствующее о процессах периодического сезонного переувлажнения почв [28, 30]. Хотя полной аналогии проводить нельзя (из-за определенных различий в климате, интенсивности биологического круговорота, соотношении темпов гумификации и минерализации почвенных органических остатков), почвы данной серии ближе всего соответствуют подтипам серых и светло-серых лесных почв европейской части России по российской почвенной классификации [6].
ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА И ИСТОРИЯ ХОЗЯЙСТВЕННОГО ОСВОЕНИЯ ТЕРРИТОРИИ
Округ Джонсон лежит в пределах Южной дрифтовой равнины Айовы (Southern Iowa Drift Plain), сложенной моренными и флювиогляци-альными породами раннего плейстоцена (доил-линойского возраста), которые залегают на девонских известняках, а сверху перекрыты толщей лёссовидных суглинков и глин, являющихся на водоразделах почвообразующими породами [25]. Рельеф поверхности пологохолмистый. Водоразделы узкие и вытянутые. Эрозионное расчленение долинно-балочной сетью (особенно в нагорной части долины р. Айова) высокое, местами достигает 4—5 км на 1 км2. Абсолютная высота водораздела в месте проведения исследования составляет 260 м. Абсолютная высота уреза воды в р. Айова на ближайшем удалении от места проведения работ — 209 м. Относительные перепады высот между днищами балок и водоразделами, как правило, находятся в пределах 15—20 м. Несмотря на южное положение (42° с.ш.), климат
A
500 м
_I
1870
1918
1938
1950
1963
Б 1972
Л
1980
1990
2007
1 км
Рис. 1. Места исследования почв (А) и разновременные материалы, по которым изучалась история изменения лесистости и вовлечения лесных почв в сельскохозяйственное освоение (Б). Места исследования на схеме А: 1 и 2 — фоновых лесных почв, 3 — почвы с возрастом распашки 50 лет, 4 — почвы с возрастом распашки 110 лет, 5 — почвы с возрастом распашки 150 лет. Черными линиями показан контур почвенной серии Fayette.
0
территории умеренно континентальный. Температура июля — плюс 23.6°С, января — минус 8°С, среднегодовая температура воздуха — плюс 10°С. Избыток солнечной радиации частично компенсируется затратами тепла на испарение в результате выпадения значительного (850—900 мм/год) количества атмосферных осадков. Согласно расчетам, сделанным по данным Коллинса [16], гидротермический коэффициент на территории округа Джонсон составляет 1.5—1.6. В растительном отношении исследуемую территорию можно отнести к влажной
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.