Диссертация (Неоднородность подзолистых почв в биогеоценозах южной тайги), страница 2

ЦЛГБЗ расположен в юго-западной части Валдайской возвышенности. Почвенный покров заповедника представлен почвами, формирующимися в результате протекания трех основных почвообразовательных процессов – дернового, подзолистого и болотного. В настоящее время на территории ЦЛГБЗ выделены следующие типы и подтипы почв: дерново-подзолистые, дерново-палево-подзолистые, подзолистые, подзолисто-болотные и болотные (Строганова с соавт., 1979). Почвообразующие породы заповедника представляют сложное сочетание надморенных, межморенных и моренных отложений, различных по гранулометрическому и литологическому составу.

Территория УОПЭЦ «Чашниково» расположена на южных склонах Клинско-Дмитровской гряды. Почвенный покров водоразделов представлен дерново-подзолистыми почвами разной степени оподзоленности и оглеенности: дерново-средне- и сильноподзолистые неоглеенные и грунтовооглееные легко- и среднесуглинистые почвы на покровных суглинках, подстилаемых мореной; дерново-среднеподзолистые грунтовооглееные и глееватые легкосуглинистые почвы на покровных суглинках, подстилаемых мореной (Васильевская с соавт., 1999).

Территория Бородинского заповедника расположена в Можайском районе Московской области. Почвенный покров заповедника отличается большим раз­нообразием, хотя все встречающиеся почвы являются типичными для ­зоны южной тайги: почвы подзолистого типа, а также луговые и болотные. На большей части территории заповедника почвообразующими породами являются покровные суглинки, подстилаемые мореной, которая под разными углами иногда выклинивается к поверхности.

В Республике Коми исследования проводились на водораздельной территории между реками Сысола и Вычегда. Почвенный покров района исследований определяется его принадлежностью к средне-таежной подзоне, граничащей с южной тайгой (Забоева, 1975). Здесь развиваются автоморфные и полугидроморфные почвы на суглинках или супесях, подстилаемых суглинками по приречным склонам и увалам. В межувалистых понижениях, а также на плоских междуречьях, где происходит застаивание атмосферных осадков, формируются торфянисто-подзолисто-глееватые почвы, относящиеся к типу болотно-подзолистых почв.

2-2. Методологические и методические аспекты и объекты исследования.

При выполнении работы были использованы биогеоценотический (зависимость характера и специфики развития почв от принадлежности к конкретному биогеоценозу) и эколого-генетический (связь генетических особенностей почв с их местообитанием) подходы.

В качестве основного полевого метода исследований применялся профильно-катенный способ опробования (закладка традиционных разрезов и реже используемых в практике почвоведения траншей по параллельным и взаимно перпендикулярным линиям опробования с учетом геоморфологии). Отбор почвенных образцов фиксированного объема (как правило, 100 см³) производился по глубинам с заданным шагом и точным определением их принадлежности к генетическим горизонтам. Выполнялось детальное описание почвы с зарисовкой всех особенностей морфологического строения стенок разрезов и траншей с помощью пантографа (Дмитриев, 1979), часть материалов документировалась с помощью фотосъемки. Для решения поставленных задач методические подходы включали, как комплексный подбор датированных природных объектов, так и привлечение данных полевого модельного опыта, имитирующего педотурбации разного генезиса и масштаба. Методологически выполненные исследования базировались на общей оценке неоднородности почв в последовательном ряду сменяющихся экосистем (рис.1).

формирование древесного яруса

Рис. 1. Схема «замкнутого» цикла последовательной смены биогеоценозов.

ГЛАВА 3. Неоднородность почвенного покрова лесных биогеоценозов.

3-1. Ветровал и неоднородность почвенного покрова лесных биогеоценозов.

В лесных биогеоценозах наибольший вклад в создание и поддержание неоднородности почвенного покрова вносят явления, связанные с вывалом деревьев (Скворцова, Уланова, 1977; Васенев, Таргульян, 1994, 1995; Lutz, 1940; Stephens, 1956). Формирующиеся при этом ветровальные почвенные комплексы (ВПК) являются неотъемлемым элементом структуры почвенного покрова в лесу и по площади могут занимать до 90 % территории (Карпачевский с соавт., 1968; Дмитриев с соавт., 1979; Скворцова, 1979; Lyford, MacLean, 1966).

Морфологическое строение почв ВПК на разных уровнях их организации. Внешний облик ВПК во многом определяется формированием при вывале деревьев характерного ветровального микрорельефа (обычно сочетания бугра и западины). Внутреннее их строение зависит от типа ландшафта, особенностей литогеоморфологической обстановки и генезиса почв, породы и размеров выпавшего дерева, характера перемещения почвенной массы, возраста ВПК и др. Выявлены общие и частные механизмы формирования и функционирования ВПК разного типа и возраста, позволившие вскрыть основные закономерности их «старения» и постепенного сближения с исходным почвенным фоном территории. В то же время выделены возможные «нестираемые» во времени признаки, позволяющие опознавать следы старых ветровальных нарушений в почвенном покрове. В эволюции отдельных ВПК по ряду признаков (изменение внешнего облика и внутренней организации ВПК, формирование новых горизонтов, сглаживание микрорельефных форм и др.) можно выделить три этапа: 1) механической стабилизации почвенного материала – до 30-40 (50) лет; 2) вторичных трансформаций – до 100-150 (200) лет; 3) максимального сближения с фоном – до 300-500 лет. В течение последующего времени происходит дальнейшее восстановление почвенного профиля, когда следы педотурбаций в нем обнаружить еще можно, но ВПК как таковой уже не выделяется.

Почвенные профили в западине и на бугре ВПК отличаются друг от друга и от соседней ненарушенной почвы набором гори­зонтов и их свойствами. Морфологически эти различия выра­жаются в резких изменениях мощности, окраски, взаимного распо­ложения горизонтов и др. Наиболее характерны гипертрофированная языковатость, преры­вистость и нарушение закономерного чередования горизонтов, перемещенность слагающего их материала. Реальный ВПК поражает богатством (как по составу, так и по количеству) ново­образованных мезоморфологических элементов в своем профиле, не свойственных данной почве в ее естественном залегании. В общей сложности в зоне нарушений можно насчитывать до 15 и более различных морфонов. В каждом отдельном случае внутренний облик ВПК характеризуется на мезоморфологическом уровне организации большим разнообразием форм и размеров образованных элементов, состава слагающей их поч­венной массы, спецификой местоположения и необычной ориентацией в пространстве некоторых из них (рис.2).

Рис. 2. Морфологическое строение ВПК. I, II – ВПК ели (< 10 лет) и березы (60-75 лет), Малинки; III и IY – ВПК ели (30-40 и 75-90 лет), ЦЛГБЗ. Горизонты и морфоны: 1- А0, 2 - А1, 3 – А1А2, 4 – А2, 5 – А2В, 6 – В1, 7 – В2, 8 – А1нар, 9 – А1А2нар, 10 – А2нар, 11 – А1А2+А2, 12 – А2+А2В, 13 – А2Внар, 14 – В1нар. Включения и образования: 15 – камни, 16 – корни и остатки древесины, 17 – искоревая смесь, 18 – рыхлые гумусированные погребения, 19 – скопление органических остатков, 20 – точки отбора образцов на микроморфологию. П – погребенный материал соответствующего горизонта, Н – то же, насыпной, Ф – формирующийся, О – остаточный. «+» - морфоны, образованные смесью материала соответствующих горизонтов; «нар» - любая механическая нарушенность почвенного материала горизонтов.

Микроморфологическое изучение разновозрастных ВПК позволяет установить ряд общих закономерностей микростроения почвенного материала различных горизонтов и морфонов в области нарушений. В молодых ВПК материал имеет в основном гетерогенное микростроение, обусловленное присутствием по соседству генетически отличных разнородных включений. С возрастом происходит определенная трансформация материала нарушенных горизонтов, во многом определяемая его местоположением в ВПК. Вместе с тем признаки, возникшие в микроморфологическом строении почв в результате педотурбаций, сохраняются длительное время, что позволяет использовать их в качестве диагностических при идентификации ветровальных нарушений почвенного профиля. К таким особенностям можно отнести следующие: несогласованность распределения (залегания) структурных элементов; не свойственная материалу нормального профиля ориентация агрегатов, горизонтальных и вертикальных трещин; необычное соседство разнородных педов и отсутствие закономерностей в их чередовании; наличие в структуре порового пространства неправильных крупных пор, камер и каналов.

Гранулометрический состав почв ВПК. Гранулометрический состав почв молодых ВПК в должной мере соответствует тем особенностям их строения, которые возникают в результате педотурбаций. Возможные на этом временном этапе изменения в гранулометрическом составе ВПК в основном связаны с идущими процессами механической стабилизации почвенного материала в зоне нарушений вследствие его осыпания с корней, проседания, уплотнения и т.д. Поэтому сложность распределения элементарных почвенных частиц (ЭПЧ) в пределах области нарушений на начальных стадиях функционирования ВПК определяется главным образом характером произошедшего вывала и соответственно сложностью его морфологической организации.

Несмотря на консервативность рассматриваемого показателя, со временем отмечаются определенные изменения в содержании отдельных фракций в различных частях ВПК, указывающие на протекание элювиально-иллювиальных процессов (рис.3). Например, верхняя часть вертикально поставленного блока материала гор.В1 (морфон В1нар) заметно обеднена илистыми частицами по сравнению с нижней. Распределение рассматриваемых фракций в профиле западины, представленной с поверхности морфоном искоревой смеси, практически не отличается от материала ненарушенных горизонтов, залегающих на той же глубине. Наблюдается даже обезиливание материала смеси по сравнению с контролем. Причем этот процесс получает развитие в пределах всего рассматриваемого профиля, затрагивая материал горизонтов, не подвергшихся механическим нарушениям. В ЦЛГБЗ, характеризующимся значительной переувлажненностью территории, материал бугра и западины ВПК по этой причине оказывается в сильно различающихся по водному режиму условиях. В результате этого и в связи с более однородным по гранулометрическому составу материалом лишь к 75-90 годам можно с некоторой долей вероятности утверждать, что в области бугра отмечаются незначительные перемены, свидетельствующие о начавшемся процессе дифференциации почвенной массы. В западине, напротив, к этому времени можно уже идентифицировать зачатки формирующегося гор.А2.

Рис. 3. Содержание фракций ила (сплошная линия) и крупной пыли (пунктирная линия) (%) в профиле сильноподзолистой почвы ЦЛГБЗ (I – ВПК ели, 30-40 лет) и дерново-подзолистой почвы «Малинок» (II – ВПК березы, 60-75 лет): К – контроль, Б – бугор, З – западина, А2бп и А2сп – буровато- и сизовато-палевые подзолистые горизонты; знак «+» - морфоны, образованные смесью материала соответствующих горизонтов; индекс «нар» - механическая нарушенность почвенного материала горизонтов.

Таким образом, при перемешивании материала различных горизонтов в профиле почвы происходит перераспределение отдельных фракций ЭПЧ, и, прежде всего обогащение верхней элювиальной толщи илистыми частицами, что служит причиной уменьшения дифференцированности профиля по данному свойству. Это обстоятельство при идентификации ветровальных педотурбаций в ряде случаев может приобретать диагностическое значение, тем более что останцы гор.В1 могут сохраняться в верхней части профиля достаточно долгое время. Вместе с тем примерно к 75 годам в ВПК, и в первую очередь в западине, отмечаются определенные изменения в содержании отдельных фракций, отражающие протекание элювиально-иллювиальных процессов, направленных на восстановление почвенного профиля, присущего данному БГЦ.

Особенности поведения некоторых химических показателей почв ВПК.

Однотипность картины изменений в содержании Fe, Mn, Zn и Cu по профилю в ненарушенных почвах позволяет думать, что отклонения, которые мы наблюдаем в поведении кислоторастворимых форм этих элементов в профилях бугров и западин ВПК в первые годы являются в основном результатом педотурбаций (рис.4). Решающую роль в поведении изученных элементов с увеличением возраста ВПК играет различный характер увлажнения бугров и западин и накопление органического вещества. Например, железо чутко реагирует на смену окислительно–восстановительных условий, в результате чего происходят изменения в содержании подвижных форм данного элемента in situ за счет его перехода из одного состояния в другое. Отмечаемое практически во всех случаях пониженное содержание железа в области западины, возможно, объясняется некоторым выносом элемента вниз по профилю за пределы изучаемой толщи. В пределах изученных возрастных градаций достаточно однозначно поведение марганца, свидетельствующее о повсеместном уменьшении содержания подвижных форм данного элемента по сравнению с контролем в верхней части профиля ВПК. Причем в западине его содержание, как правило, ниже, чем на бугре. Это, с одной стороны, может свидетельствовать о низкой скорости биогенного накопления марганца, а с другой – может быть связано с повышенной миграционной способностью данного элемента, а, следовательно, и некоторым его выносом за пределы исследуемого профиля.

Отсутствие заметных отклонений от контроля в содержании цинка и меди в верхних частях ВПК в районе западины, вероятно, связано с их достаточно быстрым биологическим накоплением. На бугре практически во всех случаях отмечается более низкое по сравнению с ненарушенным профилем содержание цинка. Аналогичную тенденцию можно проследить и в поведении кислоторастворимых форм меди, однако выраженность этих различий в значительной степени затушевывается более слабой дифференциацией профилей рассматриваемых почв по меди в естественных условиях. Можно полагать, что основные отличия по содержанию цинка и меди изученных ВПК от ненарушенного профиля определяются механическими нарушениями, а также скоростью их выноса и биогенного накопления. В западинах такое накопление происходит быстрее, чем на буграх, что свидетельствует о более быстром восстановлении здесь профиля по цинку и меди. Однако для полного выравнивания с контролем содержания подвижных форм рассматриваемых микроэлементов 75-90 лет (возраст ВПК) еще не достаточно.

В целом прослеживается четкая зависимость химических особенностей строения ВПК от характера увлажнения разных его частей (перераспределяющая роль микрорельефа), а также от характера и скорости накопления и разложения с поверхности ВПК органического вещества. Это обстоятельство может накладывать свой отпечаток на темпы и характер биогенного накопления марганца и микроэлементов. В ряде случаев суммарный эффект их выноса и биологического накопления может быть отрицательным, что осложняет и затягивает процесс восстановления нормального почвенного профиля по данным свойствам. В то же время следует признать, что химические особенности ВПК различного возраста и происхождения не отличаются однозначностью. Во многом они зависят не только от первоначального механического нарушения почвенного материала и идущих процессов его трансформации в направлении восстановления исходного профиля, но и определяются спецификой возникающих в теле ВПК и прилегающей относительно ненарушенной толще почв вторичных изменений. Причем эти изменения нередко оказываются направленными в сторону, отличную от нормального хода восстановления естественного профиля, усугубляя тем самым первоначальную неоднородность почвенного материала, осложняя и затягивая процесс его регенерации по изученным химическим свойствам.

Рис. 4. Содержание подвижных форм железа, марганца, цинка и меди (1 n сернокислая вытяжка, мг/100 г п.) в профиле дерново-подзолистой почвы «Малинок» (ВПК ели, < 10 лет). К – контроль, Б – бугор, З – западина; индексы «нар», «нас» - нарушенный и насыпной морфоны.