Морфолого-генетическая характеристика профиля дерново-подзолистой почвы смешанного леса Предуралья

Морфолого-генетическая характеристика профиля дерново-подзолистой почвы смешанного леса Предуралья*

Н.Е. Завьялова, д.б.н., М. Т. Васбиева, к.б.н., Д.С. Фомин,

к.с.-х.н., И.С. Тетерлев, н.с., ФГБУН ПФИЦ УрО РАН

Регион расположен в лесной зоне, и, естественно, основным типом растительности в нём являются леса, занимающие 10162 тыс. га, или 63,4% территории [1]. В крае преобладают подзолистые и дерново-подзолистые почвы (ИтЬйе АЬе1иу18о1з АЬгирИе) с низким естественным плодородием.

В дерново-подзолистых почвах южной тайги количество солнечной радиации, режим увлажнения, растительный покров, богатый видовой состав почвенной микрофлоры и её высокая биологическая активность способствуют более глубокой трансформации растительных остатков [2]. Лесная подстилка играет доминирующую роль в формировании почвы, влияет на состав и качество гумуса. По данным В.П. Дьякова, Л.К. Юферовой, в составе подстилки дерново-подзолистой почвы преобладают фульво кислоты, отношение Сгк:Сфк меньше единицы [3, 4]. На формирование гумусового горизонта оказывает влияние не только вымывание и внесение в почву продуктов разложения опада, но и дерновый процесс накопления гумуса в результате разложения отмерших корней трав — представителей подлесной флоры [5].

Цель исследования — дать агрохимическую характеристику профиля почвы под смешанным лесом в условиях Предуралья.

Материал и методы исследования. Исследование проводили на стационарном участке дерново-подзолистой почвы под смешанным лесом, непосредственно примыкающим к опытному полю Пермского НИИСХ.

Лабораторные исследования выполняли на базе аналитической лаборатории Пермского НИИСХ. Для проведения исследования использовали почвенные образцы, отбор которых проводили по генетическим горизонтам. Содержание гумуса определяли по методу Тюрина в модификации ЦИНАО, подвижный фосфор — по Кирсанову, обменный кальций и обменный магний — ком-плексонометрически, общий азот — по Къельдалю, трудногидролизуемый и легкогидролизуемый азот — по Шконде и Королевой, нитратный и аммиачный — методом ЦИНАО, гранулометрический состав почвы — по Качинскому, фракционно-групповой состав гумуса — по методу Тюрина в модификации Пономаревой — Плотниковой.

Результаты исследования. Для генетической характеристики исследуемой почвы на территории стационарного участка выполнен почвенный раз-

рез. Агрохимический анализ различных горизонтов почвенного профиля представлен в таблице 1. Почва дерново-подзолистая, сформировалась под пологом смешанного леса. А — напочвенный органогенный горизонт из неразложившихся или слаборазложившихся листьев, хвои, мелких ветвей — лесная подстилка около 3 см, обладает кислой реакцией среды (рНке1 — 4,5) из-за опада хвойных пород [5, 6]. Горизонт Ао характеризуется высоким содержанием органического вещества разной степени гумификации, азота, кальция и фосфора.

Элювиально-гумусовый горизонт А; (3—13 см) чётко выражен, имеет тёмно-серую окраску и мелкоореховатую структуру, сухой, рыхлый, (объёмный вес — 0,66 г/см3) пронизан корнями растений, видны ходы червей, характер перехода в следующий горизонт неровный, в виде затёков. По содержанию гумуса в горизонте А; (4,44%) почва является средне-гумусированной (табл. 1) [7, 8]. Обогащённость гумуса азотом высокая (^N = 7,8). Реакция среды кислая, рНке1 — 3,75.

Подзолистый горизонт А2 (13—23 см) достаточно выражен, имеет светло-серую окраску, много корней, сухой, рыхлый (объёмный вес — 0,79 г/см3), структура — плитчатая. Реакция среды сильнокислая, слой почвы обеднён обменными катионами кальция и магния, т.к. последние вступают в обменные реакции с катионами водорода гумусовых кислот, образуют соли, которые вымываются нисходящим током воды. Содержание гумуса — 1,46%, обогащённость азотом средняя (С: N — 9,5). Переход в следующий горизонт постепенный.

Горизонт А2В (23—31 см) — переходный эллюви-альный горизонт светло-коричневого цвета, сухой, плотный, структура среднеореховатая, переход в нижележащий горизонт постепенный, с затёками. Наблюдаются единичные корни растений, ходы червей.

Горизонт В; (31—90 см) — переходный иллювиальный, хорошо выражен, имеет светло-бурый цвет, сухой, структура — крупноореховатая, встречаются единичные корни, присутствует кремнеземистая присыпка, трещины, переход к горизонту В2 слабо выражен.

Иллювиальный горизонт В2 (90—120 см) — тёмно-бурый, средней влажности, плотный, структура — призматическая, встречаются отдельные корни, трещины, мощность 30 см. Переход в нижележащий горизонт постепенный, но заметный.

Горизонт В2С — переходный к почвообразующей породе, тёмно-бурого цвета, средней влажности, плотный, структура — крупноглыбистая, корней

* Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ № 17-45-590166 р_а

нет. Переход к горизонту С не выражен. Мощность составляет примерно 9 см.

Материнская порода — горизонт С начинается с глубины 129 см, бесструктурная, влажная и плотная масса тёмно-бурого цвета, представлена элювиально-делювиальным тяжёлым суглинком, богата фосфором и обменными основаниями.

Описанный выше профиль характерен для дерново-подзолистых почв, что подтверждается исследованиями и других учёных-почвоведов [9].

Величина рНкс1 по профилю меняется незначительно, содержание гумуса с глубиной резко падает. Сумма обменных оснований возрастает вниз по профилю, за исключением подзолистого горизонта. Прослеживается тенденция увеличения подвижных форм фосфора с глубиной.

Почва под смешанным лесом дерново-подзолистая (ИшЬгю ЛЬе1иу18ок ЛЬгирИс), крупнопы-леватая, тяжелосуглинистая. Верхние горизонты профиля обогащены пылеватыми и песчаными фракциями ввиду разрушения минеральных соединений кремния, алюминия, железа и др. Содержание физической глины в горизонте А1 составляет 43,25%. Фракция крупной пыли преобладает и составляет 17,13% от суммы фракций, содержание ила находится на уровне 16,38% (табл. 2).

В элювиально-гумусовом горизонте высокое содержание мелкого и среднего песка — 26,16 и 13,46% соответственно. В подзолистом горизонте наблюдается уменьшение фракции средней пыли (8,38%) и увеличение содержания частиц мелкой пыли (19,41%) по сравнению с горизонтом Аь Содержание илистой и песчаной фракций на уровне элювиально-гумусового горизонта. С глубиной (горизонт А2В и ниже) гранулометрический состав почвы переходит из тяжелосуглинистого в разряд

глина лёгкая. Увеличивается содержание илистой фракции практически в два раза, уменьшается количество мелкого и среднего песка.

Анализ фракционно-группового состава гумуса показал, что при разложении лесной подстилки в горизонте А1 отчётливо выражена первая стадия гумификации — процесс новообразования гумино-вых кислот и формирования их подвижных форм. Фракция 1 свободных и связанных с подвижными формами полуторных оксидов гумусовых веществ, преобладает и составляет 0,75% к массе почвы. Показатель Сгк1/СфкЬ предложенный М.Ф. Овчинниковой и характеризующий направленность и интенсивность гумификации первой фракции гумусовых веществ, равен 1,08 [9]. Содержание гумусовых веществ, связанных в почве с кальцием, составляет 0,62% к массе почвы. Фракция 2 имеет выраженный фульватный характер (С^/ Сфкг =0,48), что свидетельствует о низкой интенсивности этой стадии гумификации (табл. 3). Третья фракция гумусовых кислот, прочно связанных с минеральной частью почвы, составляет 0,57%, Сгк3: Сфк3= 0,73. Доля фульвокислот в составе гумуса изучаемой почвы значительно выше, чем гуминовых. Соотношение Сгк: Сфк в элювиально-гумусовом горизонте составляет 0,63. Тип гумуса наиболее устойчивый и характерный для дерново-подзолистых почв Предуралья [10]. В целом гумус верхнего горизонта дерново-подзолистой почвы под смешанным лесом характеризуется высокой степенью гумификации (32,2%) и средней обо-гащённостью азотом. Содержание свободных гуминовых кислот в горизонте А; среднее (47,0%), связанных с кальцием (24,0%) — низкое, прочно связанных с минеральной частью почвы (39,8%) — высокое по Гришиной, Орлову [6].

1. Агрохимическая характеристика генетического горизонта дерново-подзолистой почвы

Смешанный лес Влажность, % Объёмный вес, г/см3 Гумус, % рНкс1 Б Нг Но Са Mg Р2О5, мг/кг

мг-экв. - 100 г

А1 (3-13 см) 6,08 0,66 4,44 3,8 14,0 6,44 0,093 12,63 2,38 170

А2(13-23см) 3,46 0,79 1,46 3,6 7,8 7,98 2,650 7,75 1,75 128

А2В (23-31 см) 6,90 1,07 0,75 3,7 15,8 5,08 1,085 15,88 3,50 205

В1 (31-90 см) 10,55 1,10 0,36 4,0 26,5 4,16 0,535 26,75 5,75 170

В2 (90-120 см) 15,32 1,13 0,28 4,1 32,4 3,20 0,145 36,00 6,00 341

В2С (120-129 см) 16,40 1,19 0,33 4,2 33,8 3,00 0,094 36,63 5,00 110

С (от 129 см) 19,53 1,29 0,27 4,3 34,0 2,63 0,060 39,79 4,63 330

2. Распределение гранулометрических фракций по профилю дерново-подзолистой почвы, %

Горизонт Пыль крупная

А1 (3-13 см) 17,13 13,00 13,87 16,38 26,16 13,46 43,25

А2 (13-23 см) 16,62 8,38 19,41 17,38 25,05 13,16 45,17

А2В (23-31 см) 17,21 7,17 15,46 28,83 20,10 11,23 51,46

В1 (31-90 см) 12,04 5,92 20,04 33,46 20,07 8,47 59,42

В2 (90-120 см) 13,96 9,75 20,17 31,54 22,15 2,43 61,46

В2С (120-129 см) 18,50 8,67 17,42 36,46 16,22 2,78 62,50

С (от 129 см) 18,96 8,00 20,42 33,75 17,05 1,79 62,17

3. Фракционно-групповой состав гумуса генетических горизонтов дерново-подзолистой почвы под смешанным лесом

Горизонт Фракция 1 0,1 н H2SÜ4 Фракция 2 Фракция 3 Сумма С Сфк

С ^общ С Сфк С общ С Сфк С общ С Сфк ГК ФК

А1 (3-13 см) 0,75 0,39 0,36 0,21 0,62 0,20 0,42 0,57 0,24 0,33 0,83 1,32 0,63

А2 (13-23 см) 0,19 0,09 0,10 0,07 0,42 0,16 0,26 0,18 0,06 0,13 0,31 0,56 0,55

А2В (23-31 см) 0 0 0 0,03 0,05 0,02 0,03 0,03 0,01 0,02 0,03 0,08 0,38

В1 (31-90 см) - - - 0,02 0,01 0 0,01 0,03 0,01 0,02 0.01 0,05 0,20

В2 (90-120 см) 0 0 0 0,02 0 0 0 0,03 0,01 0,02 0,01 0,04 0,25

В2С (120-129 см) 0 0 0 0,02 0 0 0 0,06 0,01 0,05 0,01 0,07 0,14

С (от 129 см) 0 0 0 0,02 0 0 0 0,05 0,01 0,05 0,01 0,07 0,14

Гумус подзолистого горизонта характеризуется большей подвижностью по отношению к горизонту Аь количество свободных гумусовых веществ — 52,9%, извлекаемых при декальциро-вании 0,1 н раствором серной кислоты — 8,2% от общего количества гумуса, а в элювиально-гумусовом горизонте — 47,0 и 4,7% соответственно. Количество фульвокислот практически в 2 раза превышает содержание гуминовых, Сгк:Сфк= 0,55. Тип гумуса фульватный. Обогащённость гумуса азотом (^N = 9,5) средняя. Степень гумификации органического вещества — средняя (20,0%). Гумус подзолистого горизонта характеризуется высоким содержанием гуминовых кислот, связанных с кальцием (51,6%), и высоким — прочносвязанных с минеральной частью почвы (41,9%).

В горизонте А2В отсутствуют гуминовые и фульвокислоты 1-й фракции, ниже переходного элювиального горизонта обнаружены следовые количества гумусовых веществ. Наличие небольшого содержания фульвокислот в почве глубже 31 см объясняется их некоторой миграцией из верхних горизонтов в условиях промывного режима почвы.

Отношение содержания гуминовых кислот к фульвокислотам первой, второй и третьей фракции отражает, по мнению М.Ф. Овчинниковой, биоклиматические условия гумусообразования и соответствует теоретическим аспектам гумификации органического вещества в дерново-подзолистых почвах [9].

Выводы.

1. Дерново-подзолистая почва под смешанным лесом характеризуется сильнокислой реакцией среды по всему профилю. Распределение гумуса по профилю резко убывающее — от 4,44% в элювиально-гумусовом горизонте до 0,27% в материнской породе. Содержание общего азота уменьшается от 3318 мг/кг в горизонте А; до 644 мг/кг в горизонте А2В и далее изменяется незначительно.

2. Исследуемая почва по гранулометрическому составу крупнопылеватая, тяжелосуглинистая. Верхние горизонты профиля обогащены пылева-

тыми и песчаными фракциями. Содержание физической глины в горизонте Ai составляет 43,25%. С горизонта А2В гранулометрический состав почвы переходит из тяжелосуглинистого в глинистый, увеличивается содержание илистой фракции, уменьшается количество мелкого и среднего песка.

3. Соотношение Сгк:Сфк в горизонте А1 составляет 0,63. Содержание свободных гуминовых кислот в горизонте А1 среднее (47,0%), связанных с кальцием (24,0%) — низкое, прочносвязанных с минеральной частью почвы (39,8%) — высокое по Гришиной, Орлову. Гумус подзолистого имеет фульватный характер, Сгк:Сфк=0,55. Обогащённость гумуса азотом (^N = 9,5) средняя. Степень гумификации органического вещества — средняя (20,0%). Гумус горизонта А2 характеризуется высоким содержанием гуминовых кислот, связанных с кальцием (51,6%) и прочносвязанных с минеральной частью почвы — (41,9%). В глубинных горизонтах наблюдаются следовые количества гуминовых и фульвокислот.

Литература

1. Региональный доклад о состоянии и использовании земель в Пермском крае по состоянию на 1 января 2014 г. Пермь. 109 с.

2. Бирюкова О.Н., Орлов Д.С. Содержание и состав гумуса в основных типах почв России // Почвоведение. 2004. № 2. С. 171-188.

3. Дьяков В.П. Изменение свойств дерново-подзолистых почв тяжёлого механического состава Среднего Предуралья при окультуривании: автореф. дисс. ... канд. с.-х. наук. Пермь, 1971. 25 с.

4. Юферова Л.К. Качественный состав гумуса и формы азота в главнейших почвах Пермской области: автореф. дисс. ... канд. с.-х. наук. Пермь, 1969. 21 с.

5. Зонн С.В., Карпачевский Л.О. Проблемы лесного почвоведения и современные методы лесорастительной оценки почв // Почвоведение. 1987. № 9. С. 6-16.

6. Гришина Л.А., Орлов Д.С. Система показателей гумусного состояния почв // Проблемы почвоведения. М.: Наука, 1978. С. 42-47.

7. Когут Б.М. Оценка содержания гумуса в пахотных почвах России // Почвоведение. 2012. № 9. С. 944-952.

8. Ping C.L. et al. Carbon stores and biogeochemical properties of soils under black spruce forest, Alaska // Soil Science Society of America Journal. 2010. Т. 74. № 3. С. 969-978.

9. Овчинникова М.Ф. Признаки природной устойчивости и агрогенной трансформации гумуса почв // Почвоведение. 2013. № 12. С. 1449-1463.

10. Завьялова Н.Е. Гумус и азот дерново-подзолистой почвы различных сельскохозяйственных угодий Пермского края // Почвоведение. 2016. № 11. С. 1347-1354.