Диссертация (Неоднородность подзолистых почв в биогеоценозах южной тайги), страница 3

Приведенный фактический материал, способы его получения и анализа, позволяют говорить о неодинаковости изменения почвенных свойств в разных направлениях от ВПК. Будучи одновременно фактором гомогенизации и дифференциации почвы для различных уровней ее организации, ветровальные комплексы служат при этом примером анизотропии почвенного пространства.

ГЛАВА 4. Неоднородность почв в агроценозе.

4-1. Начальные стадии сельскохозяйственного освоения.

Вовлечение лесных территорий в сельскохозяйственное использование сопровождается в пределах осваиваемых площадей резкой сменой биогеоценотической и экологической обстановки в целом. Формирование на месте лесного БГЦ агроценоза приводит к особенно сильным нагрузкам на верхнюю плодородную часть почвенного профиля, где в результате механического воздействия изменяется весь комплекс свойств почвы. Особенно существенным и заметным изменениям на данном этапе подвергаются морфологическое строение почвы и ее физическое состояние.

Исследования начальных стадий окультуривания подзолистых почв проводили в катене «пашня-лес» с двумя разновозрастными участками, распашка которых началась соответственно 3-4 и 10 лет назад.

В результате механического воздействия на верхнюю часть почвенного профиля (как непосредственно при сведении леса и планировке, так и при последующей обработке сельскохозяйственными орудиями) в нем нарушается и исчезает естественная последовательность в залегании генетических горизонтов, характерная для лесных почв. Первые годы освоения характеризуются слабой морфологической выраженностью пахотного слоя. Верхняя часть профиля представлена смесью материала различных генетических горизонтов, преимущественно морфонами гор.А2, служащего основой для формирующегося гор.Апах. Поэтому многие свойства пахотного слоя наследуются именно от него.

Микростроение определяется общей гетерогенностью сложения обрабатываемого слоя – окраской морфонов, содержанием и цветом ортштейнов, наличием погребенного гумусированного материала, угольков, остатков древесины и лесной подстилки. Отчетливо диагностируются участки с признаками микростроения, характерными для гор.А2 (слоеватое сложение, обедненность глинисто-железистой плазмой, обилие плотных Fe-Mn новообразований), А2В (компактное сложение, большое количество пылеватых и глинистых кутан) и В1 (компактное сложение, хорошо выраженные формы оптически ориентированной глины). К 10 годам в профиле четко идентифицируется гор.Апах, хотя слагающий его материал еще недостаточно гомогенизирован – выделяются осветленные сизовато-палевые пятна, небольшие включения бурого оглиненного и рыхлого органоминерального субстрата. Микросложение более рыхлое, агрегационное, со сложной системой разветвленных пор. Обогащенные глинистым материалом агрегаты из гор.А2В и В1 разрушаются, отмечаются процессы иллювиирования глинистого вещества с формированием тонких глинистых кутан на поверхности наиболее крупных пор-каналов.

Таким образом, эволюция микростроения освоенных подзолистых почв определяется как исходной неоднородностью материала обрабатываемого слоя, так и его гомогенизацией в процессе формирования гор.Апах на фоне естественной элювиально-иллювиальной дифференциации верхней толщи.

Обязательным элементом мезоморфологического строения пахотного горизонта является наличие новообразований железа и марганца. В пределах катены ортштейны пахотного слоя заметно отличаются друг от друга по размерам, количеству, окраске, характеру расположения во вмещающей почвенной массе. Одним из главных факторов формирования отмечаемых особенностей служат различия в степени гидроморфизма почв, следы и действие которого сохраняются и после сведения леса. Действительно, в катене достаточно четко проявляются морфохроматические признаки оглеения, отражающие принадлежность почвы к различным ее элементам и в условиях сельскохозяйственного использования. Все это свидетельствует о неравномерности увлажнения почв катены и периодическом их переувлажнении в отдельных точках. Данные по влажности и плотности почв в пределах катены подтверждают эти наблюдения (рис. 5).

В целом полевая часть катены характеризуется несколько большей влажностью по сравнению с лесом. Характер вертикальной дифференциации почв под лесом и пашней по влажности сходен и определяется уменьшением ее величины с глубиной. С другой стороны, степень варьирования свойства на пашне по всем глубинам заметно выше, чем в лесу. По всей видимости, данное обстоятельство связано как с большей катенарной дифференциацией почв в пределах полевой части линии опробования, так и с большей неоднородностью материала пахотного горизонта по сравнению с таким же по мощности почвенным слоем под лесом.

Рис. 5. Изменение влажности (W, %) и плотности сложения (ρ, г/см³) подзолистой почвы формирующегося агроценоза на глубинах 5(1), 15(2) и 25(3) см вдоль линии опробования.

В первые годы освоения плотность обрабатываемого слоя достаточно высока и сопоставима с ее значениями для горизонта А2 лесной почвы (в пределах 1,50 г/см³).В отдельных случаях отмечается уплотнение почвенной массы с поверхности до 1,67 г/см³. В дальнейшем происходит уменьшение плотности почвы в гор.Апах – в среднем до 1,25-1,35 г/см³ на глубине 5 см и 1,40-1,45 г/см³ на глубине 15 см. На границе с подпахотным горизонтом плотность почвы остается по-прежнему достаточно высокой (более 1,50 г/см³). При сохранении общей тенденции увеличения плотности с глубиной под лесом отмечается больший скачок в значениях свойства по глубинам по сравнению с пашней. При этом различия достоверно значимы на 5%-ом уровне. Это, прежде всего, связано с наличием в лесной почве более рыхлого гумусированного гор.А1А2, ниже которого выделяется уплотненный подзолистый горизонт. Сравнивая дисперсии, нельзя не отметить, что степень варьирования рассматриваемого свойства на пашне для всех глубин выше, чем под лесом. Все это, на наш взгляд, является отражением значительной неоднородности материала обрабатываемого слоя на ранних стадиях сельскохозяйственного освоения.

Имеющийся фактический материал и его анализ по агрохимическим свойствам почв позволяют сделать заключение, что первые годы сельскохозяйственного освоения подзолистых почв характеризуются наименьшим содержанием углерода (С) в обрабатываемом слое, величинами рНkcl, сопоставимыми со значениями данного показателя для лесной почвы, низким содержанием подвижных форм фосфора и несколько более высоким калия. В течение первого десятилетия содержание углерода возрастает в 1,5-2 раза, реакция среды смещается в сторону слабокислой, в 2-3 раза увеличивается содержание Р2О5. Существенных различий в содержании К2О в обрабатываемом слое при разной продолжительности освоения не отмечается. Характер распределения углерода в пахотном слое (падение с глубиной) сходен на данной стадии освоения с лесной почвой, однако в целом пахотный горизонт по данному признаку характеризуется меньшей дифференциацией. Профильное распределение подвижных форм фосфора на пашне отличается от такового в лесной почве и характеризуется уменьшением содержания Р2О5 с глубиной. Обратная картина наблюдается в случае К2О. В целом сравнительный анализ лесной и пахотной почв исследованных биогеоценозов показывает, что для каждой из сравниваемых глубин по всем изученным показателям обрабатываемые почвы заметно отличаются как по средним значениям, так и по дисперсиям от лесных. Причем значения дисперсий по всем глубинам для данных свойств на пашне выше, чем под лесом, и в большинстве случаев эти различия достоверны с уровнем значимости 5%. Таким образом, уже на ранних стадиях освоения обследованные подзолистые почвы по агрохимическим показателям заметно отличаются от своих целинных аналогов. При этом для них характерно невысокое содержание углерода, средняя обеспеченность питательными элементами, смещение реакции среды в сторону слабокислой. По таким показателям, как содержание углерода, подвижных форм фосфора и величина рНkcl, отмечается определенная катенарная дифференциация обрабатываемых почв.

Представленная информация позволяет утверждать, что формирование пахотного слоя на начальных этапах окультуривания подзолистых почв характеризуется высокой степенью неоднородности слагающего его материала как в морфологическом, так в агрофизическом и агрохимическом отношениях. Процесс сельскохозяйственного освоения сопровождается активной трансформацией почвенной массы в направлении ее гомогенизации и при этом может осложняться конкретным местоположением почв в пределах катены.

4-2. Роль микрорельефа в формировании неоднородности подзолистых почв агроценозов.

Наряду с неоднородностью, возникающей в результате сведения леса и последующего сельскохозяйственного освоения территории, о чем шла речь выше, в агроценозе сохраняется влияние факторов неоднородности пролонгированного действия. Из них следует выделить один из основных – микрорельеф.

Объектом изучения был участок поля под многолетними травами. Этот участок представляет собой достаточно выположенную территорию с небольшим общим уклоном (1-2^о) юго-восточной экспозиции. Отличительная особенность почвенного покрова – наличие достаточно большого количества блюдцеобразных микрозападин разной линейной протяженности (до нескольких десятков метров). Как показали подсчеты, такие западины могут занимать до 7-10 % (иногда и более) общей территории, представляя собой в сложившихся условиях доминирующий фактор, приводящий к неоднородности почв и почвенного покрова в агроценозе. Для решения поставленной задачи была заложена полукилометровая трансекта, вдоль которой с разным шагом опробования было обследовано свыше 70 прикопок и траншея. Применяли шаги опробования 20 м, 2 м и 0,2 м. Общая линия опробования была заложена таким образом, что на ее оси оказались элементы микрорельефа разного уровня и протяженности – от единиц (траншея) до нескольких десятков метров. Шаг опробования определялся как реальной природной обстановкой, так и опытом предыдущих работ.

Детальный анализ морфологического строения всех имеющихся срезов верхнего полуметрового слоя позволил в пределах одного поля типизировать обследованные профили по глубине обработки, режиму увлажнения и степени гомогенизации материала (табл.1). Поэтому роль микрорельефа в создании неоднородности пахотных почв оценивалась с двух позиций: на сколько существенен выбор шага опробования, с одной стороны, и выявление статистических отличий между выделенными типами строения профилей, напрямую связанных с наличием на исследованном участке микродепрессий.

Таблица 1. Схема типизации строения почвенных профилей

Основное внимание было уделено особенностям поведения отдельных почвенных свойств вдоль трансекты. Статистическая обработка полученных результатов позволяет сделать одно общее замечание, касающееся того, что в пределах микрозападин разных размеров вариабельность отдельных свойств может быть ниже по сравнению с общей линией опробования. Но именно само наличие микрозападин и приводит к увеличению значений дисперсий для общей линии ввиду очевидных различий между линиями в величинах средних.

Анализ коррелятивных связей между разными показателями на разных глубинах показывает достаточно сложную и неоднозначную их структуру (табл.2). Вместе с тем можно заметить и некоторые общие черты в характере возникающих связей для всех случаев, например, постоянство связи С-рН на глубине 25 см или определенную устойчивость связи С-К2О на глубине 15 см. Для всех глубин наблюдается прочная связь величин рН между собой. Не исключено, что наличие коррелятивных связей в отдельных случаях обусловлено не причинно-следственными отношениями, а попаданием в выборки разнокачественного материала, принадлежащего разным горизонтам, что особенно характерно как раз для глубины опробования 25 см. Число связей убывает в ряду изученных свойств следующим образом: С-рН-К2О-Р2О5-W. Эта зависимость сохраняется для каждого из примененных шагов опробования. Наблюдаемые различия в средних, дисперсиях и характере коррелятивных связей в немалой степени определяются генезисом обследованных микрозападин. Так, микрорельеф, обязанный своим существованием непосредственно агротехнике – форма нестабильная во времени и пространстве («блуждающий» микрорельеф) – представляет собой весьма динамичный и «незрелый» элемент неоднородности почвенного покрова. В то же время более обширные по размерам западины, унаследованные почвенным покровом от целины, выступают в качестве устоявшегося пространственного фактора неоднородности. Приведенный анализ полученных результатов свидетельствует в пользу того, что неоднородность почвенного покрова, унаследованная от предшествующих этапов почвообразования, не только не нивелируется при земледельческом освоении территорий, но со временем даже существенно возрастает.

В методическом отношении интерес представляет то обстоятельство, что подробное обследование участков протяженностью в несколько десятков метров не всегда может дать представительную картину состояния почвенного покрова агроценоза в целом. Это со всей очевидностью подтверждает сравнительный анализ по различным показателям, включая и структуру коррелятивных связей, общей линии опробования с ее отдельными частями. Исходя из полученных результатов, можно рекомендовать параметры опробования: при линейном обследовании – не менее 50-60 м, при площадном не менее 0,25 га.

Выделенные типы строения профилей согласно критериям «мощность пахотного слоя» и «режим увлажнения» находятся в достаточно хорошем соответствии с поведением ряда исследованных свойств. В первую очередь это касается средних значений изученных показателей. На фоне относительно выровненного содержания углерода гидроморфные аналоги характеризуются меньшим содержанием подвижных форм соединений фосфора, но более высоким – калия, более низкими величинами рНkcl. Эти закономерности отмечаются практически для всех глубин. В дополнительно выделенных типах строения профилей согласно критерию «гомогенность» также было проанализировано поведение рассматриваемых в работе показателей (табл.3). Самым неожиданным при сравнении ТСП, выделенных по названному критерию, оказался результат анализа вариабельности исследуемых свойств. Выяснилось, что практически для всех показателей и по всем глубинам дисперсия свойств (за исключением величин рНkcl) в гетерогенных вариантах ниже по сравнению с относительно однородными (гипотеза об однородности дисперсий по Бартлетту практически во всех случаях отвергается с  = 0.05). Причиной появления такого, на первый взгляд, несоответствия может служить несколько обстоятельств. Прежде всего, морфологическая однородность (в нашем случае в пределах каждого из выделенных типов) не есть обязательное условие однородности агрохимических показателей. Не исключено также, что морфологическая однородность в рамках одного профиля перекрывается неоднородностью этих профилей в пределах поля и наоборот («однородная неоднородность»). Природная вариабельность свойства, обусловленная в том числе морфологической неоднородностью, существенно изменяется также при антропогенном воздействии (неравномерное внесение удобрений, извести). Причем внесение извести, судя по всему, на начальном этапе усугубляет исходную неоднородность, тогда как внесение фосфорных и калийных удобрений нивелирует ее и даже перекрывает (т.е. во времени они срабатывают быстрее, чем известь). Вероятно, в случае с кислотностью сказывается и определенный консерватизм данного свойства.