Роль лесных насаждений в изменении свойств черноземов

УДК 632.125

роль лесных насаждений в изменении свойств

ЧЕРНОЗЕМОВ

Ю.И. ЧЕВЕРДИН1, доктор биологических наук, зав. отделом

В.С. ВАВИН2, кандидат сельскохозяйственных наук, директор

А.Г. АХТЯМОВ2, кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник

Д.А. ВОРОНИН1, аспирант

воронежский НИИСХ им. В.В.Докучаева Россель-хозакадемии

2Каменно-Степное опытное лесничество Воронежского НИИСХ им.В.В. Докучаева Россельхозака-демии

Резюме. Представлены результаты исследований изменения химических, водных и водно-солевых характеристик черноземов под влиянием старовозрастных широких лесных полос. Исследования проведены в юго-восточной части Центрального Черноземья (Каменная Степь). Почвенный покров опытного участка представлен в основном сочетанием черноземов обыкновенного и типичного. В результате проведенных исследований установлены особенности формирования водно-физических свойств исследуемого профиля почвы (0...200 см). Показана зависимость от ландшафтной принадлежности лесной полосы. При поперечном расположении ее относительно склона почвенная толща насыщается влагой до влажности соответствующей ПВ - 58% и более. На плакорных участках величина этого показателя не превышает наименьшей влагоемкости (НВ) - 42%. Проведенные исследования позволили выявить активизацию процессов соленакопления под старовозрастными лесными полосами. Наибольшая активность иона натрия зафиксирована в средней части широкой (около 60 м) лесополосы. Отмечена прямая связь между накоплением солей натрия и возрастом лесной полосы. Построенные картограммы пространственного варьирования активности иона натрия позволили детализировать ареалы максимального накопления солей. Глубина, на которой наблюдается повышение активности иона натрия до 2,0 и менее единиц, составляет 120 см. В выше лежащих почвенных горизонтах активизация процессов соленакопления не установлена. В черноземах межполосных пространств активность иона натрия не опускалась ниже 3,0 единиц. При этом не отмечено существенных различий в профильном изменении величины этого показателя в пахотных почвах.

Ключевые слова: лесные полосы, чернозем, свойства почв.

Основная цель искусственного лесоразведения и создания лесомелиоративных комплексов в степных регионах России - повышение продуктивности возделываемых сельскохозяйственных культур, целенаправленное сохранение и увеличение почвенного плодородия. По мере роста и развития древесных культур изменяются экологические условия функционирования степных почв, увеличивается биологическое разнообразие, претерпевает существенное изменение водный баланс территории и, в конечном итоге, направленность течения естественных почвообразовательных процессов.

Дискутируемая и окончательно нерешенная проблема всей истории развития почвоведения - оценка изменения основных свойств черноземов под влиянием несвойственной для них древесной растительности. Для более убедительного и полного определения изменения состояния черноземов под влиянием леса, в качестве эталона необходимо принимать почвы заповедных и других длительно неподвергающихся антропогенной нагрузке участков.

Цель наших исследований - оценка изменения физико-химических и химических свойств черноземов

Каменной Степи (Воронежская область) под старовозрастными лесными полосами.

Условия, материалы и методы. Для определения направления изменений физико-химических и химических свойств черноземов, вызванных использованием их под лесные насаждения изучены образцы почвы, отобранные на заповедных залежных участках и под старовозрастными лесными полосами. Залежь 1882 г. представлена степным участком, находящимся в режиме ежегодного сенокошения. Лесная полоса №40 - 1903 г. посадки и межполосное пространство, окаймленное лесными полосами №34, №35 (посадка 1899 г.) и №40.

Состав древостоя лесной полосы №40 - 10Д + ЯоКоВБп, высота - 25,5 м, запас древесины - 200... 500 м3, расположена с севера на юг, угол подхода ме-телевых и суховейных ветров 45...600; лесная полоса №34 - 5Д3Яо2Лп, высота - 27 м, запас древесины 462 м3 , расположена с запада на восток, угол подхода суховейных и метелевых ветров 30.. .45°; лесная полоса №35 - 8Д1Б1Кл, высота - 23,2 м, запас древесины -290 м3, расположена с запада на восток, угол подхода суховейных и метелевых ветров 30.450. Конструкция всех лесополос плотная.

Морфологическое описание почв под лесной полосой:

Ао (0.4 см) - полуразложившаяся масса листового опада, древесные корни;

А' (4.18 см) - темно-серый, сухой, тяжелосуглинистый, структура комковато зернистая, рыхлый, обильно пронизан корнями, которые не связывают горизонт полностью, встречаются живые черви. Переход заметный по плотности;

А'' (18.62 см) - темно-серый до черного, свежий, тяжелосуглинистый, уплотнен, структура комковато-зернистая, бусы по корням растений. Переход постепенный по цвету и проявлению буроватой окраски на срезе агрегата, граница слабоволнистая;

АВ (62.78 см) - окраска неоднородная, сверху вниз изменяется от темно-серых тонов до серо-бурых. Свежий, тяжелосуглинистый. Структура призмовидная. Встречаются корни. Переход постепенный по цвету и неоднородности окраски, граница неровная;

В (78.92 см) - окраска неоднородная, на желто-буром фоне множество вертикальных серовато-бурых широких заклинков. Свежий, тяжелосуглинистый. Структура призматическая. Выделяются кротовины, заполненные темно-серым, желто-бурым материалом. Встречаются спальные камеры. Горизонт не вскипает от HCl. Переход резкий по вскипанию, граница неровная;

Вса (92.127 см) - окраска неоднородная, основной фон желто-бурый, на нем редкие округлые темно-серые пятна кротовин. Влажный, тяжелосуглинистый. Структура призматическая. Горизонт бурно вскипает, но карбонатные новообразования морфологически не выражены. Переход постепенный по появлению тонких карбонатных прожилок, граница волнистая;

Вса2 (127.163 см) - желто-бурый влажный, тяжелосуглинистый, структура, как и в выше лежащем горизонте. Тонкие светлые карбонатные прожилки толщиной 0,25.0,5 мм. Встречаются кротовины. Переход заметный по появлению округлых карбонатных стяжений и очень крупных прожилок, граница неровная.

Общий процесс для всех черноземов в старовозрастных лесных насаждениях Каменной Степи - отсутствие коренного преобразования почвенного профиля. Варьирование, наблюдающееся в свойствах почвы, не изменяет черноземный тип почвообразования и тем более не приводит к деградации почв, в том числе проявлению подзолообразования [1]. Но при этом в условиях функционирования агролесомелиоративного комплекса (лесные полосы, строительство искусственных водоемов) отмечается изменение микроклиматических показателей, подъем уровня слобоминерализованных грунтовых вод (1,0...1,5 г/л), характеризующихся повышенным содержанием гидрокарбонатов и сульфатов натрия.

Проведенные исследования (в весенне-летние периоды 2005-2007 гг.) показывают, что лесные полосы сильно влияют на распределение железа. При этом отмечаются различия, как по профилю, так и в пространстве. Наибольшим содержанием окисного и закисного железа характеризуются почвы под древесными культурами с общей закономерностью увеличения от верхних горизонтов к нижним (табл. 1). В гумусовом горизонте почвы залежи (с 1892 г.) концентрация оксида железа варьировала в пределах 0,07.0,17 мг/кг, в почве лесных полос она увеличивалась до 1,21. 2,75 мг/кг. Такая же закономерность отмечена и для закисного железа, но с меньшими абсолютными зна-

Таблица 1. Содержание форм железа под различными угодьями, мг/кг

Глубина Залежь косимая Лесная полоса №40

Ре2вз Рев Ре2°з Рев

0.. 20 0,07±0,01 0,27±0,04 1,21±,08 0,52±0,056

20. ..40 0,17±0,03 0,16±0,03 1,78±0,085 0,18±0,04

40. ..60 0,17±,03 0,19±,025 2,75±0,38 0,25±0,032

60. ..80 0,07±0,015 0,09±0,03 1,84±0,25 0,90±0,12

80.. 100 0,04±0,013 0,05±0,01 1,71±0,22 0,25±0,029

100. .120 0,00 0,10±0,015 2,23±0,36 0,15±0,04

120. ..140 1,54±0,09 0,09±0,025 2,07±0,19 0,12±0,025

140. ..160 1,58±0,09 0,07±0,02 2,20±0,17 0,08±0,012

Результаты и обсуждение. Изучение увлажненности почвенного профиля (до глубины 2 м) показало, что влияние лесных полос носит неоднозначный характер и во многом определяется ландшафтной принадлежностью территории, на которой размещены насаждения. При ее расположении на водораздельном плато в течение всего года (даже в весенний период) влажность почвы не выходит за пределы наименьшей влагоемко-сти (НВ). В летний период во время активной вегетации древесных культур в гумусовой толще под древесной растительностью почва может, иссушаться до значений ниже влажности завядания (ВЗ). Но длительность такого периода непродолжительна и она намного короче, по сравнению с пахотным аналогом.

Несколько иначе складывается режим влажности при посадке лесных полос на структурных элементах ландшафта поперек склона. В этом случае отмечается резкий подъем УГВ, особенно, в ранневесенний период на участках, расположенных выше насаждений по склону. Происходит перехват потока влаги с участков расположенных выше. Влажность почвы в этом случае в ранневесенний период может достигать значений полной влагоемкости (ПВ). В летнее время она находиться в интервале от влажности завядания до наименьшей влагоемкости (ВЗ-НВ) и за весь период наблюдений (2007-2013 гг.) не опускалась ниже границы доступной влаги. Увеличение влагозапасов обусловлено качественным улучшением характеристик гумусово-аккумулятивного горизонта почвы под лесными полосами, улучшением физических характеристик (агрегатного состояния, порового пространства), разуплотнением почв, а также меньшим промерзанием. В конечном итоге, происходит переход поверхностного стока талых вод во вну-трипочвенный, насыщение влагой почвенной толщи склоновых участков до полной влагоемкости (ПВ) и формирование локальных пятен сезонно-переувлажненных почв.

В научной литературе довольно часто поднимается вопрос о негативной роли лесных насаждений в отношении усиления гидроморфизма почв и подъема уровня грунтовых вод [2...4]. Вследствие изменения увлажненности ландшафтов меняется направленность окислительно-восстановительных реакций. Один из показателей переувлажненности почвенной толщи -наличие и глубина залегания закисных форм железа.

чениями. Содержание FeO под древесными культурами было выше, чем под залежью, на 0,01.0,45 мг/кг (в гумусовом горизонте). Увеличение количества различных форм железа в почвах под лесополосами может быть связано с накоплением кислых органических соединений, в результате чего формируются более благоприятные условия для накопления, восстановления и миграции металлов.

В летний период после иссушения почвы на значительную глубину мы провели исследования по определению глубины проявления закисных форм железа под воздействием лесных полос. Результаты полевых наблюдений свидетельствуют о том, что непосредственно под самой лесной полосой отмечается максимальная глубина с наличием закисных форм железа. В центре широкой лесной полосы («100 м) наличие FeO отмечено на глубине 160...170±3,95 см (табл. 2). На опушечной ее части глубина проявления закисного железа не изменялась - 160±4,15 см. Равномерное распределение снега по профилю широких лесных насаждений в зимний период и активная транспирация хорошо развитых древесных культур способствует формированию равномерно увлажненных почвенных горизонтов. В связи с этим мы не отметили значительных различий по глубине нахождения границы закисного железа по профилю лесной полосы. Хотя некоторая тенденция, заключающаяся в постепенном ее приближении к поверхности почвы в приопушечной части лесной полосы, обусловленном повышенной увлажненностью почвенной толщи, все же отмечается. В широких лесных полосах, в которых были проведены исследования, основная масса снега накапливается в приопушечной части и в ранневесенний период (особенно в годы с большим количеством атмосферных осадков) может отмечаться застой талых вод [5, 6].

Таблица 2. Глубина залегания закисного железа в зависимости от удаленности от лесной полосы, 2005-2007 гг.

Расстояние от лесной полосы, м\ Глубина, см

Центр лесной полосы 160. . 170±3,95

Опушечная часть 160±4,15

7 м от лесной полосы 120. . 130±3,76

21 м от лесной полосы 115. . 120±3,82

50 м от лесной полосы 95. 100±3,59

100 м от лесной полосы 80. ,90±3,52

По мере удаления от опушки лесной полосы происходит постепенное приближение границы нахождения окиси железа к верхним почвенным горизонтам. На расстоянии 7 м глубина залегания составляла уже

120...130±3,76 см с постепенным изменением до 80...90±3,52 см в 100 м. Дальнейшее увеличение расстояния от лесной полосы существенного влияния не оказывало, все отклонения находились в пределах аналитической дисперсии.

Таким образом, можно отметить, что под лесной полосой складываются условия, при которых закисные формы железа переходят в окисные, а уровень их залегания опускается в более глубокие горизонты почвы.

Лесные полосы влияют на такой важный фактор почвенных свойств, как водный режим и напрямую связанный с ним солевой баланс. Под их воздействием отмечается более равномерное распределение снега в межполосном пространстве вместо сноса его в овраги и отрицательные элементы рельефа. Изменение увлажненности почвенного профиля приводит, в свою очередь, к перераспределению и изменению концентрации солевых растворов по почвенному профилю.

В степных регионах России в последние десятилетия отмечалась активизация процессов гидроморфиз-ма, подъема уровня грунтовых вод и формирование не свойственных для этих условий почв лугового ряда [2]. Наблюдаются процессы заболачивания, засоления, осолонцевания и слитизации. Опасность развития деградационных процессов усугубляется наличием водоупоров, которые, в свою очередь, относятся к соленосным породам. Инфильтрационные грунтовые воды, насыщаясь растворами солей, с восходящим капиллярным потоком выносят их на поверхность.

пашня

лесная полоса 43

пашня

го 4.0

а 35

Ф ^

I 3.0 ф

| 2.5 П2.0

50 100 150 Расстояние, м

200 250

Рис. 1. Активность иона Na в почве на различных угодьях Каменной степи.

Результаты определения активности иона натрия под различными угодьями Каменной Степи позволяют констатировать, что с изменением водного режима почв под древесной растительностью происходит изменение концентрации солевых растворов. Отмечается увеличение доли натрия в почвенно-поглощающем комплексе. Наиболее высокая активность его иона в наших исследованиях наблюдается под лесной полосой в средней ее части. Начиная с глубины 120 см и ниже, активность рЫа достигает 1,1.2,0 (рис. 1, 2). Наименьшие величины характерны для опушечной части лесной полосы. В результате исследований, проведенных на участках, прилегающих к лесной полосе с обеих сторон, мы установили, что в почве на пашне вблизи лесной полосы №43 содержание солей было примерно одинаковым. Оно

Рис. 2. Активность иона натрия в слое почвы 170. 200 см.

характеризуется средними значениями рЫа 3,4.3,6. По мере приближения к лесополосе концентрация солей в профиле почвы начинает увеличиваться и достигает самых высоких значений примерно в средней части. При этом засоление повышается по мере увеличения ширины и возраста лесополосы. По результатам полевой оценки содержания солей в почве на основе измерения активности ионов натрия мы установили, что в почвенной толще на пашне соли этого минерального элемента отсутствуют. Под лесополосой почва содержит соли натрия, которые могут способствовать ощелачиванию раствора или осолонцеванию.

В ранее выполненных исследованиях установлено, что в непосредственной близости к лесополосе существует зона с низким уровнем урожайности культур [5, 7]. Приблизительно она совпадает с зоной отложения снежных шлейфов. В результате таяния большой массы снега почва переувлажняется и заплывает, при этом ухудшается ее аэрация, ослабляются микробиологические процессы. Мы также считаем, что талая вода, проникающая вниз из снежных шлейфов, достигает влажных горизонтов соленосных пород, что даёт возможность легкорастворимым солям подниматься по капиллярам к поверхности. Кроме того, их поднятию способствуют корни деревьев.

Выводы. Проведенные исследования в системе разновозрастных лесополос Каменной Степи позволили установить, что в условиях близкого залегания к поверхности соленосных пород лесные насаждения могут активизировать процессы засоления почв. При этом влияние лесополосы тем сильнее, чем она старше и больше по ширине.

Коренное преобразование естественных биоценозов (конецХ1Х века) в лесокультурные агроландшафты (начало XXI века) существенным образом отразилось на процессах почвообразования степных почв. Оценка солевых характеристик черноземов показала значительное увеличение активности иона натрия в почвах под лесной полосой. Черноземы пахотных межполосных участков имеют значения рЫа превышающие 3,0 и более единиц. По мере приближения к лесной полосе активность натрия увеличивается и максимальные в сложившихся условиях величины отмечаются в центре лесной полосы на глубине ниже 120 см, где рЫа варьирует в пределах 1,2.2,0. Таким образом, можно предположить о начале активизации процессов соленакопления в почвах лесных полос. Для более полной объективной оценки потребуется проведение длительных комплексных мониторинговых исследований.

Литература.

1. ЗборищукЮ.Н., Рымарь В.Т., Чевердин Ю.И. Состояние черноземов Каменной Степи. М., 2007. 160 с.

2. Высоцкий Г. Н. Об условиях лесопроизводства и лесоразведения в степях Европейской России//Лесной журнал. 1907. вып.1. с.45-59.

3. Мильков Ф.Н. Каменная Степь. Лесоаграрные ландшафты// Изд-во ВГУ. Воронеж, 1992. 196 с.

4. Поротиков И.Ф., Чевердин Ю.И. Агролесомелиоративный комплекс и гидрогенез черноземов // Антропогенная деградация почвенного покрова и меры её предупреждения: тезисы и доклады Всеросс. конфер. М., 1998. т.1. С.303-304.

5. Турусов В.И., Чеканышкин А.С., Тищенко В.В. и др. Агроэкологическая роль лесных полос в преобразовании ландшафтов (на примере Каменной Степи). Каменная Степь, 2012. 191 с.

6. Чевердин Ю.И. Роль лесных насаждений в сезонной переувлажненности почв Каменной Степи//Материалы Всероссийской конференции «Почвоведение и агрохимия в XXI веке». Санкт-Петербург, 2006. С. 328-332.

7. Петров Н.Г. Система лесных полос. М., 1975. 158 с.

8. Хитров Н. Б. Чевердин Ю. И. Распространение сезонно переувлажненных и затопленных почв в Каменной Степи // Каменная Степь: проблемы изучения почвенного покрова: научные труды Почвенного института им. В.В. Докучаева. 2007. С .121-133.

ROLE OF WOOD PLANTiNGS iN CHANGE OF PROPERTiES OF CHERNOZEMS Yu.l. Cheverdin1, V.S. Vavin2, A.G. Ahtyamov2, D.A. Voronin1 1Voronezh Research Institute of Agriculture of V.V. Dokuchaeva

2State scientific organization "Kameno-Stepnoe" exsperimental forestry of Voronezh science and research institute of akqricalturat sciences otter V.V. Dokuchayev of the Russian of agricultural sciences Summary. Results of researches of change chemical, water and water - salt characteristics of chernozems under the influence of old-age wide wood strips are presented. Researches are spent in a southeast part Is central - Chernozem region (Stone Steppe). The soil cover of a skilled site is presented basically by a combination of chernozems ordinary and typical. As a result of the spent researches features of water - physical properties of an investigated profile of soil (0-200 sm) are established. Dependence on a landscape accessory of a wood strip is shown. At its cross-section arrangement concerning a slope soil thickness is sated with a moisture to humidity corresponding ПВ - 58 % and more. On the flat sites humidity of soil does not exceed the least moisture capacity (НВ) - 42 %). The conducted researches have allowed to reveal activization of processes accumulation of salts under old-age wood strips. The maximum activity of an ion of sodium is marked in an average part wide (approximately nearby 60) forest belts. Direct communication of increase in accumulation of salts of sodium a wood strip is marked with the years. The constructed cartograms of a spatial variation of activity of an ion of sodium have allowed to detail areas of the maximum accumulation of salts. Depth on which increase activity of an ion of sodium to 2,0 and less units is marked, makes 120 activization of processes соленакопления us see In above lying soil horizons is not established. In chernozems of interstrip spaces activity of an ion of sodium did not fall below values 3,0. Thus it is noted essential distinctions in profile change of this indicator in arable soils. Keywords: forest belts, chernozem, properties of soils.

УДК 631.445.4

ИЗМЕНЕНИЕ СВОйСТВ ЧЕРНОЗЕМА ВыщЕЛОЧЕННОГО

новосибирского приобья в длительных опытах

Н.В. СЕМЕНДЯЕВА1, доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Л.А. КАРЛОВЕЦ1, кандидат сельскохозяйственных наук, старший преподаватель

Т.Н. КРУПСКАЯ2, старший научный сотрудник Г.М. ЗАХАРОВ2, кандидат сельскохозяйственных наук, зав. лабораторией 1Новосибирский ГАУ

2Сибирский НИИ земледелия и химизации сельского хозяйства Россельхозакадемии E-mail: semendyeva@ngs.ru

Резюме. В разновидовых севооборотах (зерновой, зерно-паровой) и под бессменной пшеницей изучено изменение морфологического профиля и агрофизических свойства чернозема выщелоченного (плотность, плотность твердой фазы почвы, общая пористость, пористость аэрации), а также продуктивность посевов. Севообороты заложены в 1996 г., на малоинтенсивном (без удобрений + гербицидная обработка) и интенсивном (применение удобрений и средств защиты растений) фоне. Основную обработку почвы проводили орудием со стойками СибИМЭ на глубину 25...27 см с оставлением на поверхности соломы. Почвенные разрезы заложены в 2010 г. на заключительной культуре (ячмень). Морфологическое строение профиля чернозема в зерновом севообороте и под бессменной пшеницей было примерно одинаковым, тогда как в зернопаровом он отличался наличием признаков небольшого оглеения и кремнеземистой присыпки в результате суммарного влияния дополнительного влагона-копления в пару и лесополос. Плотность твердой фаза почвы менялась незначительно и находилась в пределах 2,45.

2,61 г/см3. Плотность сложения в слое 0...10 см была наименьшей в зерновом севообороте и под бессменной пшеницей (1,01 и 1,09 г/см3 соответственно), а самой высокой (1,18 г/см3) - в зернопаровом. Скважность была удовлетворительной, как в зерновом (58%), так и в зерно-паровом (52%) севообороте. Порозность аэрации составила > 25% от скважности, что свидетельствует о создании оптимальных условий для сельскохозяйственных культур. Наибольшая урожайность пшеницы отмечена после пара: на нулевом фоне - 3,2 т/га, на интенсивном - 4,1 т/га. В зерновом севообороте независимо от предшественника на малоинтенсивном фоне она составила 2,2 т/га, на интенсивном - 3,4 т/га. По выходу продукции с 1 га севооборотной площади зернопаровой севооборот уступал зерновому соответственно на 0,4 и 0,5 т/га. Ключевые слова: морфологический профиль, чернозем выщелоченный, плотность почвы, плотность твердой фазы почвы, общая порозность, порозность аэрации, севооборот.

Черноземы были и остаются основой, на которой базируется сельскохозяйственное производство. По данным Д.И. Щеглова [1] площадь таких почв в мире составляет 260 млн га и около половины из них (180 млн га) приходится на долю бывшего Советского Союза. В Западной Сибири черноземы занимают около 8624,6 тыс. га, в том числе в Новосибирской области, включая комплексы с солонцами, - 1642,9 тыс. га, или 9,6% от площади всех почв [2].

В результате интенсивного сельскохозяйственного использования происходят глубокие изменения почвы, которые зачастую носят негативный характер. В частно— Достижения науки и техники АПК, №2-2014