Диссертация (Неоднородность подзолистых почв в биогеоценозах южной тайги)

На правах рукописи

БАСЕВИЧ Виктор Францевич

НЕОДНОРОДНОСТЬ ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ

В БИОГЕОЦЕНОЗАХ ЮЖНОЙ ТАЙГИ

Специальность 03.02.13 – почвоведение

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора биологических наук

Москва – 2011

Работа выполнена на кафедре общего земледелия факультета почвоведения

Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова

Научный консультант: доктор биологических наук, профессор

Карпачевский Лев Оскарович

Официальные оппоненты: доктор биологических наук

Макеев Александр Олегович

доктор сельскохозяйственных наук

Сапожников Петр Михайлович

доктор биологических наук

Артемьева Зинаида Семеновна

Ведущее учреждение: Институт физико-химических и биологических

проблем почвоведения РАН, г.Пущино

Защита состоится _______________ 2011 г. В 15³⁰ в ауд.М-2 на заседании Диссертационного совета Д 501.001.57 при МГУ имени М.В.Ломоносова

по адресу: 119991, ГСП-1, Москва, Ленинские горы, МГУ, д.1, стр.12,

факультет почвоведения, тел/факс 8(495)939-36-84, e-mail: soil.msu@mail.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке

факультета почвоведения МГУ имени М.В.Ломоносова

Автореферат разослан «____»________________2011 г.

Приглашаем Вас принять участие в обсуждении диссертации на заседании Диссертационного совета. Заверенные печатью отзывы на автореферат в 2-х экземплярах просим направлять по вышеуказанному адресу.

Ученый секретарь Диссертационного совета,

доктор биологических наук, профессор А.С.Никифорова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Оценка характера и особенностей современного развития подзолистых почв невозможна без понимания роли, которую играют в этом возникающие вследствие различных природных и антропогенных причин неоднородности состава и свойств почв, проявляющиеся на различных уровнях организации почвенных образований и являющиеся их неотъемлемым признаком. Этому вопросу всегда уделялось значительное внимание со стороны исследователей, занимающихся различными прикладными и фундаментальными проблемами. Но отношение к неоднородности почв, как к особому природному явлению впервые было сформулировано Дмитриевым Е.А. (1983), чьи работы поставили неоднородность почв в ряд непосредственных объектов исследования. В практике почвоведения сложилось так, что под неоднородностью в большинстве случаев понимается возникшее в силу определенных причин какое-либо отличие от так называемого «типичного», подчас усредненного представления об изучаемом объекте. Несмотря на то, что в настоящее время направление, связанное с изучением такого специфичного явления как неоднородность почв, продолжает активно развиваться, современное состояние науки требует уточнения отдельных понятий и стандартизации ряда положений, касающихся обсуждаемой области почвоведения. Это связано с необходимостью определенного теоретического переосмысления и упорядочивания накопленных знаний и возможностью их практического применения.

Цель исследования – установить роль неоднородностей различного генезиса в современном развитии подзолистых почв южной тайги.

Задачи исследования:

1. Оценить роль педотурбационных процессов различной природы в создании неоднородностей почв в биогеоценозах южной тайги.

2. На примере датированных природных объектов проанализировать биогеоценотические и эколого-генетические особенности развития подзолистых почв в постпедотурбационный период.

3. Оценить вклад ветровальных нарушений в формирование неоднородностей лесных почв на различных уровнях организации почвенного пространства.

4. Выявить значение начальных стадий сельскохозяйственного освоения, микрорельефа и эрозионных процессов, вызванных весенним снеготаянием, в создании и поддержании неоднородностей почв агроценозов.

5. Установить характер зависимости пестрополья от почвенных свойств и их неоднородности, ранжировать изученные показатели по их вкладу в создание неоднородности урожая.

6. В условиях полевого модельного опыта, имитирующего педотурбации разного генезиса и масштаба, изучить специфику регенерации почвенного профиля, присущего данному биогеоценозу.

7. Исследовать отдельные педосукцессии на примере подзолистых почв в «замкнутом» цикле последовательно сменяющихся биогеоценозов.

Научная новизна. Cформулирована концепция первичной и вторичной неоднородности подзолистых почв, проявляющейся на всех уровнях организации почвенных образований и определяющейся соответственно палео- и ценотическими механизмами формирования. Показано, что в зависимости от конкретных биогеоценотических и эколого-генетических условий вторичная неоднородность создает разные векторы развития нарушенных почв при их сукцессиях и регенерации, что приводит к эволюции в ландшафте самих неоднородностей. Конкретные местоположения отражают эту разнонаправленность, например, на уровне смены типа почвообразования от торфянистого подзола в микропонижениях до бурых лесных почв на микроповышениях и оказывают усугубляющее или нивелирующее действие на ход почвовосстановления.

Защищаемые положения:

1. Неоднородность почв – универсальное свойство почвенных образований, проявляющееся на различных уровнях их организации (иерархическая составляющая) и зависящее от конкретных условий возникновения и развития (функциональная составляющая). Однородность почв рассматривается как частный случай неоднородности, которая в зависимости от поставленных задач и целей исследования может быть как объектом, так и инструментом познания.

2. Концепция первичной и вторичной неоднородности почв. Первичная неоднородность – результат действия факторов педогенеза, который отражает стремление почвы обрести равновесное состояние с окружающей средой. Вторичная неоднородность – следствие действия различных естественных и антропогенных факторов, выводящих почвенную систему из состояния равновесия.

3. Почвенные сукцессии – это реализация имеющихся и возникающих неоднородностей в организации почвенных тел различной функциональной и иерархической соподчиненности, суть динамическая (во времени и пространстве) форма существования неоднородностей почв. В условиях современного почвообразования педосукцессии отражают конкретные пути восстановления равновесного (не обязательно первоначального) состояния почв с окружающей средой (экологическая устойчивость).

Практическая значимость диссертации. Результаты выполненного исследования необходимы для разработки современных подходов в области сельскохозяйственного производства, основанного на принципах ландшафтного и точного земледелия. С учетом действующих факторов неоднородности почв в пределах конкретного агроценоза даны рекомендации по способам линейного и площадного опробования. Показана преимущественная зависимость пестрополья в определенных условиях от агрофизического состояния почв.

Результаты диссертации используются на факультете почвоведения МГУ в курсе лекций «Неоднородность почвенных тел», при чтении спецкурсов «Равновесие в экосистемах» и «Рекультивация земель», при проведении полевой учебной практики по общему земледелию.

Диссертация разрабатывалась в рамках программ, предусмотренных координационными планами АН СССР, ГКНТ СМ СССР и МГУ «Изучение изменения свойств почв и почвенного покрова в условиях различных воздействий человека на природные процессы» (гос.рег. №76054367); «Экологическая устойчивость почв и почвенного покрова» (гос.рег. №01821022659); «Организация и динамика разнообразия свойств почв естественных и агро-БГЦ» (гос.рег. №01.960.0-5220); «Пространственная вариабельность компонентов агробиоценозов и ее связь с урожайностью» (гос.рег. №01.2.00-109753).

Апробация работы. Материалы, вошедшие в диссертацию, были представлены и докладывались на Всесоюзных и Всероссийских съездах почвоведов (Ташкент, 1985; Новосибирск, 1989; Санкт-Петербург, 1996; Суздаль, 2000; Новосибирск, 2004; Ростов-на-Дону, 2008); на III и IY Всесоюзных совещаниях (Москва, 1976; Кишинев, 1980) и Международном симпозиуме (Москва, 1993) по структуре почвенного покрова; на Международных, Всесоюзных и Всероссийских научных конференциях (Тарту, 1983, 1987, 1988; Пущино, 1984, 2009; Архангельск, 1990; Сыктывкар, 1993; Москва, 1997, 2002); на Всесоюзных и Всероссийских научно-практических конференциях (Москва, 1982; Вешенская, 2006, 2008); на Ломоносовских чтениях в МГУ (2010) и на заседании кафедры общего земледелия факультета почвоведения МГУ (2011).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 60 работ, в том числе 2 монографии и учебное пособие в соавторстве, 15 работ в изданиях, соответствующих Перечню ВАК, 24 статьи и доклада в научных журналах, сборниках и материалах конференций. Опубликовано 18 тезисов докладов на съездах ВОП и ДОП, на Международных, Всесоюзных и Всероссийских симпозиумах и конференциях.

Личный вклад автора в работу. Диссертация является результатом многолетних (1975-2010 гг.) исследований автора. В ее основу диссертации положены данные полевых и лабораторных исследований, выполненных лично автором или при его активном участии на всех этапах работы. Автору принадлежит постановка проблемы, разработка ряда теоретических положений, формулирование цели и конкретных задач работы, планирование экспериментальной части, анализ и обобщение полученных результатов, включая заключение и итоговые выводы. Доля личного участия в совместных публикациях пропорциональна числу соавторов.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения и выводов, изложена на 255 страницах компьютерного текста, включает список литературы из 270 наименований, в том числе 55 на иностранных языках, 47 рисунков, 37 таблиц.

Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность д.б.н. Балабко П.Н., всем сотрудникам кафедр общего земледелия, физики и мелиорации почв, коллегам и соавторам к.б.н. Витязеву В.Г., к.б.н. Дядькиной С.Е., к.б.н. Макарову И.Б., д.б.н. Самсоновой В.П., д.с.-х.н. Скворцовой Е.Б., Татулову С.Л., к.б.н. Тетенькину В.Л., д.б.н. Улановой Н.Г., д.б.н. Шеину Е.В., без постоянной поддержки и дружеского участия которых данная работа не состоялась бы. Самые искренние слова признательности автор приносит своим учителям д.б.н. Дмитриеву Е.А. и д.б.н. Карпачевскому Л.О

ГЛАВА 1. Состояние проблемы

В данной главе рассматриваются общие представления о формировании и эволюции подзолистых почв, а также становление взглядов на происхождение и развитие их неоднородности. Несмотря на то, что с самого зарождения почвоведения как науки почвам подзолистого типа уделяется самое пристальное внимание, до сих пор остается немало дискуссионных моментов и положений, касающихся их генезиса и развития (Роде, 1964; Кауричев, 1968; Зонн, 1969, 1971; Дюшофур, 1970; Зайдельман, 1974, 1998, 2009, 2010 и др.). Принимая во внимание, что процесс подзолообразования – это процесс, который идет в основном под пологом таежно-лесной растительности умеренного пояса и при этом огромные территории на протяжении уже длительного времени вовлекаются в сельскохозяйственное использование (и наоборот), становится понятным многообразие его проявлений и сложность организации встречающихся в реальной обстановке почвенных профилей. Будучи хорошо дифференцированными в морфологическом и иных отношениях, они представляют собой удобный объект для изучения всевозможных отклонений от обычного хода почвообразования. Именно подзолистые почвы являются уникальным примером почвенного биоразнообразия и пестроты почвенного покрова, отражая «полицикличность» происхождения и современного их состояния (Герасимов, 1975). Осознание необходимости учета и фиксации проявляющейся неоднородности почв при проведении как фундаментальных, так и прикладных исследований вынуждает почвоведов все чаще обращать внимание на данное явление (Карпачевский, 1977, 2001, 2005; Дмитриев, 1983, 1988, 2001; Самсонова, 2003, 2007; Медведев, 2007, 2009 и др.). На фоне успешно развивающихся представлений о неоднородности почв с позиции структуры почвенного покрова (Фридланд, 1965, 1972; Годельман, 1981; Крупеников, 1992 и др.) для исследователя остаются открытыми еще много вопросов, среди которых важное место занимает проблема формализации подходов и взглядов, касающихся изучения данного явления. Предпринимавшиеся в этом отношении перспективные попытки решить стоящие задачи с помощью представлений о почвенном индивидууме (педоне по Cline, 1949) столкнулись с рядом трудностей теоретического и прикладного характера (Карпачевский, 1966, 1968; Козловский, 1970, 2003; Козловский, Сорокина, 1972; Дмитриев, 1983 и др.). В настоящее время активно привлекаются для решения ряда вопросов, связанных с неоднородностью почв, представления об уровнях организации почвенных тел (Воронин, 1979; Шеин, Милановский, 2001; Самсонова, 2003), способах отбора образцов и размерах элементов опробования (Дмитриев, 1983; Самсонова, 2003 и др.). Основополагающими в системе современных взглядов на оценку неоднородности почв являются концепция «почвы-памяти и почвы-момента» (Таргульян, Соколов, 1976, 1978), развивающая идеи Л.Г.Раменского (1938) о цено- и палингенетических свойствах почв, и сформулированная И.И.Васеневым (2003, 2008) концепция почвенных сукцессий, как формы эволюции почв в различных экосистемах.

ГЛАВА 2. Методология, методы и объекты исследования.

2-1. Физико-географические условия районов исследования.

Работа проводилась на четырех стационарах, расположенных в южно-таежных районах Европейской части России: биогеоценологическая станция ИЭМЭЖ РАН «Малинки» (Московская обл.), Учебно-опытный почвенно-экологический центр (УОПЭЦ) МГУ «Чашниково» (Московская обл.), Бородинский военно-исторический музей-заповедник (Московская обл.), Центрально-лесной государственный биосферный заповедник (ЦЛГБЗ, Тверская обл.). Отдельные исследования выполнены в средне-таежной подзоне, граничащей с южной тайгой, северо-востока Европейской части России в Сысольском районе (административный центр г.Визинга) Республики Коми на стационаре Института Биологии отделения Коми РАН.

Малинкский стационар находится на территории Краснопахорского лесхоза, расположенного в 50-60 км от Москвы. Территория лесничества расположена на водоразделе верховий рек Пахры и Десны. Почвенный покров района исследований сформирован дерново-подзолистыми почвами разной степени дерновости и оподзоленности, развитыми на покровных суглинках, подстилаемых мореной (Карпачевский, 1977). Возможно, выклинивание морены на глубине до 1 м.