Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Агродерново-подзолы монастырских огородов

ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Автореферат диссертации по теме "Агродерново-подзолы монастырских огородов"

На правах рукописи

Макарова Екатерина Павловна

Агродерново-подзолы монастырских огородов

а примере почв Большого Соловецкого острова и Княжпогостского района

Республики Коми)

Специальность 06.01.03 - агрофизика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

2 8 НОЯ 2013

Москва 2013

00554137I

005541377

Работа выполнена на кафедре физики и мелиорации почв факультета почвоведения Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова. Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор [Лев Оскарович Карпачевский| Мазиров Михаил Арнольдович

доктор сельскохозяйственных наук, профессор, заведующий кафедрой земледелия и методики опытного дела. Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Российский государственный аграрный университет МСХА имени К.А. Тимирязева»

Рогова Ольга Борисовна, кандидат биологических наук, заведующая лабораторией химии и физико-химии почв Почвенного института им. В.В. Докучаева Ведущее учреждение: Государственное научное учреждение Владимирский научно-исследовательский институт сельского хозяйства Россельхозакадемии

Защита диссертации состоится «17» декабря 2013 г. в 15:30 в аудитории М-2 на заседании диссертационного совета Д 501.002.13 при МГУ имени М.В.Ломоносова по адресу: 119991, ГСП-1 Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 12, МГУ имени М.В. Ломоносова, факультет почвоведения.

С диссертацией можно ознакомиться в Фундаментальной библиотеке Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова.

Автореферат разослан «15» ноября 2013 г.

Приглашаем Вас принять участие в обсуждении диссертации на заседании диссертационного совета или прислать отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, по адресу: 119991, Москва, ГСП-1, Ленинские горы, д.1, корп. 12, факультет почвоведения. Ученый совет.

Ученый секретарь диссертационного ^■¿¿(■¿"/л Ненова Галина Михайловна совета С1'

Официальные оппоненты:

Общая характеристика работы.

Введение. Впервые тип агродерно-подзолов был выделен в «Классификации и диагностике почв России» (2004). Данный тип почв широко распространен в агроландшафтах севера и северо-запада России. Однако в основной массе работ (М.С.Симакова, 2000; В.В. Канев,2004; В.Г. Кудряшова,2007,2008; И.О. Плеханова, 2009; G.Jordan, F. Kovaks and etc. 2010; D. Bucur, G.Jitareanu; 2011 Н.Б. Хитров, 2012 и др.) описываются свойства агродерново-подзолов и агроземов пахотных угодий, в то время как данные почвы также встречаются на территории личных подсобных хозяйств и монастырских владений. Свойства почв личных подсобных хозяйств и монастырских владений мало изучены, неясны агрофизические процессы в почвах данного типа в условиях антропогенного использования, проблемы эволюции агродерново - подзолов после прекращения антропогенного влияния.

Актуальность работы. Личное подсобное хозяйство играет значительную роль в производстве сельскохозяйственной продукции. В 1998 году на личных подсобных хозяйствах было произведено 57,3 % всей сельскохозяйственной продукции в России. Если правовой статус земель личных подсобных хозяйств был закреплен в 2003 году Законом № 112-ФЗ «О личном подсобном хозяйстве», то о свойствах почв личных подсобных хозяйств фактически нет комплексных работ. Так как почвы монастырских огородов являются показательными объектами для рассмотрения продолжительного антропогенного воздействия, изучив агрофизические свойства и эволюцию агродерново-подзолов монастырских огородов можно с определенной вероятностью прогнозировать агрофизические свойства почв личных хозяйств и их эволюцию после прекращения антропогенного воздействия.

В связи с этим была поставлена следующая цель работы - изучение некоторых агрофизических свойств и эволюции агродерново-подзолов монастырских огородов и личных подсобных хозяйств.

Для достижения поставленной цели были определены задачи исследования:

1. Определение основных агрофизических и некоторых химических свойств агродерново-подзолов действующих монастырских огородов. Выявление основных отличий агродерново-подзолов от свойств естественных лесных почв регионов исследования.

2. Определение агрофизических свойств почв заброшенных огородов. Выявление отличий свойств данных почв от свойств агродерново-подзолов действующих монастырских огородов. Рассмотрение изменения свойств агродерново-подзолов во времени.

3. Установление возможности формирования агродерново-подзолов под посадками интродуцентов в одинаковых условиях формирования почв.

4. Определение характера распределения содержания углерода по профилю почв для почв естественных лесных ценозов и почв, испытавших на себе антропогенное воздействие на протяжении некоторого времени.

Новизна. Впервые изучены некоторые агрофизические и химические свойства агродерново-подзолов заброшенных и действующих монастырских огородов в сравнении с естественными почвами регионов исследования. Показано, что продолжительное систематическое антропогенное воздействие приводит к формированию у агродерново-подзолов почвенных свойств (содержание углерода, содержание илистых частиц, водопрочность агрегатов) устойчивых во времени. Кроме этого сохраняется и грядовый мезорельеф почв огородов. Для естественных почв зависимость «содержание углерода по профилю -глубина» может быть аппроксимирована логистической или степенной зависимостью, в то время как такая зависимость для почв, испытавших на себе длительное антропогенное воздействие, не может быть аппроксимирована ни одной из приведенных зависимостей.

Практическая значимость. Проведенные исследования агрофизических свойств ночв, испытавших на себе длительное антроногенное воздействие в условиях севера и северо-запада России, позволяют разработать методы обработки почвы и поддержания плодородия почвы в экстремальных

4

климатических условиях, а также прогнозировать изменение некоторых агрофизических и химических свойств почв под действием антропогенной нагрузки.

Апробация работы. Результаты настоящей работы были представлены на Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов» в 2011,2012 и в 2013г; на 6-гм съезде Общества почвоведов им. В.В.Докучаева (Петрозаводск, 2012), и на заседаниях кафедры физики и мелиорации почв.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 печатных работы, из них 2 в реферируемых журналах, входящих в список ВАК Минобрнауки РФ для опубликования результатов диссертационных работ. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, глав, заключения, выводов, списка использованной литературы и приложений, и включает стр. машинописного текста, рисунков, таблиц. Список использованной литературы включает наименований, из них на иностранных языках.

Автор сердечно благодарит весь коллектив кафедры физики и мелиорации почв факультета почвоведения МГУ, а также д.б.н, профессора кафедры биологии почв факультета почвоведения МГУ Г.М. Зенову. За помощь в работе на территории Соловецкого музея-заповедника выражаю глубокую признательность сотруднику музея-заповедника А. Соболеву и руководителю Соловецкого лесничества Л.И. Проурзину. Благодарю Дуброву М.С и Макарова A.A.

Основное содержание работы.

Глава 1. Состояние проблемы. Наиболее часто почвы личных подсобных

хозяйств и монастырских владений фигурируют в опубликованной научной

литературе как «огородные». По результатам рассмотрения литературных

источников можно сказать, что основное отличие «огородных» почв от

исходных природных аналогов, - в повышенном содержании гумуса за счет

5

внесения органических удобрений и, как следствие, в более высоком показателе емкости катионного обмена (В.Б. Ильин, 2010). Согласно опубликованным литературным данным (С.Б. Бабошина, A.B. Пузанов. И.В. Горбачев, 2009; В.В. Рудский, 2009; В.Б. Ильин, 1991; М.Г. Меркушев, В Л. Убугунов, 2001; В.Л. Убугунов, Д.Б. Сосорова, 2002; В.Л. Убугунов,-2002 и др.), верхние горизонты огородных почв, характеризуются нейтральной или щелочной реакцией среды (pH изменяется от 7,2 до 8,2), что связано с дополнительным поступлением в почву солей, и высвобождением кальция из обломков строительно-бытового мусора. Глава 2. Объекты и методы исследования.

Объектами данного исследования стали агродерново-подзолы действующих огородов Соловецкого и Кылтовского монастырей и почвы заброшенных огородов.

Монастырский огород являлся обязательной частью монастырского подворья. Как правило, местоположение огорода внутри монастырских стен не изменяется, не претерпевает существенных изменений и техника обработки почвы, фактически не меняется список выращиваемых культур, особенно это характерно для монастырей, расположенных на севере и северо-западе России. Ведение хозяйственной деятельности на территории монастырских огородов зачастую отражено в летописях, дневниках и других письменных источниках, сохранившихся в архивах монастыря. В связи с этим, почвы монастырских огородов являются показательным объектом наблюдения за эволюцией почв под воздействием многолетней антропогенной деятельности. В ходе исследования были заложены разрезы на территории действующих огородов Соловецкого и Кылтовского монастырей. Для того чтобы проследить развитие почвы и изменение агрофизических свойств после снятия антропогенной нагрузки были заложены разрезы на территории заброшенных монастырских огородов (табл.1). Профиль всех антропогенно-преобразованных почв содержит большое количество антропогенных включений. Причем в профиле агродерно-подзолов действующих огородов в большем количестве

б

встречаются навозные сгустки, перемешанные с соломой; в меньшей остатки кирпича, стекла и угля. Количество включений увеличивается вниз по профилю. Количество антропогенных включений в профиле почв заброшенных огородов несколько меньше, чем в профиле почв действующих огородов, среди этих включений нет навозных сгустков, перемешанных с соломой.

Таблица 1. Объекты исследования. Антропогенно-преобразованные почвы.

Место заложения Почва Хозяйственное использование

Архангельская область, Большой Соловецкий остров, п. Соловецкий. Агродерново-подаол Действующий огород (Макарьевская пустынь). Время активного использования примерно 15 лет. Время начала использования не установлено.

Агродерново-подзол стратифицированный Действующий огород (Соловецкий монастырь). Время активного использования примерно 15 лет. Время начала использования - примерно 1990-е года.

Агрозем темный Исаково, заброшенный огород. Время начала освоения - 1890-е годы, время активного использования около 20 лет. Последнее упоминание об использовании данного участка под огород - 1905г., после этого не использовался.

Агродерново-подзол стратифи цированн ый иллювиально-железистыи С 1890-х годов на данном месте находились гряды монастырского огорода (Макарьевская пустынь). Примерно с 30-х годов 20 века до сегодняшнего времени используется в качестве сенокосного луга

Республика Коми.Кпяжпо-госткий район, п.Кылтово Агродериово-подзол стратифицированный Действующий огород. Время освоения - примерно Шлет.

Агродериово-подзол Заброшенный огород. Заброшен около 20 лет.

Для оценки степени антропогенного воздействия на почву, анализа

изменения агрофизических свойств почв были заложены эталонные разрезы за

пределами монастырских владений под естественной растительностью. В

качестве эталонов - сравнений были выбраны иллювиально-железистые

подзолы под естественными лесами (табл.2).

7

Таблица 2. Объекты исследования. Естественные лесные почвы.

Место заложения Почва Биоценоз

Б. Соловецкий остров, Макарьевская пустынь Подзол иллювиально-железистый Ельник-черничник

Б. Соловецкий остров, неолитическая стоянка человека Подзол иллювиально-железистый Сосняк - бруснично-лишайниковый

Республика Коми, Княжпогостский район, Кылтово Подзол иллювиапьно-железистый Сосняк - беломошник

На территории Большого Соловецкого острова (урочище Варварка) располагается питомник древесных интродуцентов (среди которых сосна кедровая сибирская, лиственница сибирская, лжетсуга Мензиса и др.), заложенный в начале 1930-х годов и в-последствии заброшенный. Первоначальная обработка почвы под посадки согласно литературным источникам (Л.Ф. Ипатов, В.П. Косарев, Л.И. Проурзин, C.B. Торхов, 2005; А. Соболев, 2005) состояла в корчевке леса, дальнейшей распашке почвы, и внесении удобрений. Морфологическое обследование урочища Варварка (питомники «Генеральский» и «Атаманский»), проведенное нами в 2009 году показало, что для посадок особо ценных древесных пород (сосна кедровая сибирская и лиственница сибирская) был применен метод грядования почвы. Грядовый мезорельеф сохраняется до сегодняшнего дня. Общность почвообразующей породы и способы подготовки почвы под посадки между «огородными» почвами и почвами под посадками интродуцентов, позволяет сделать предположение о возможности формирования агродерново-подзолов и под древесными посадками. Для того чтобы оценить возможность формирования агродерново-подзолов под посадками древесных

интродуцентов, были заложены разрезы на территории питомника Соловецкого лагеря особого назначения (Табл.3).

Таблица 3. Объекты исследования. Почвы под посадками интродуцентов. Б.Соловецкий остров. Питомники «Генеральский» и «Атаманский».

Место заложения Почва Биоценоз

Питомник «Генеральский», гряда Подзол иллювиально-железистый Посадки кедра сибирского

Питомник «Генеральский», между гряд Подзол иллювиально-железистый Посадки кедра сибирского

Питомник «Атаманский», гряда Подзол иллювиально-железистый Посадки лиственницы

Методы исследования

Было проведено определение общего углерода с помощью анализатора АН 7529 (Л.А. Воробьева, 2006); определение актуальной кислотности (определение рН водной почвенной суспензии) (Л.А. Воробьева, 2006), определение плотности почвы методом режущего кольца («Теория и методы физики почв», 2007). Проведен агрегатный анализ почв («сухое» и «мокрое» просеивание), гранулометрический анализ методом пипетки Н.А. Качинского (диспергация с пирофосфатом натрия) и водопрочность почвенных агрегатов в стоячей воде методом Андрианова («Теория и методы физики почв», 2007). Определение магнитной восприимчивости проводилось с помощью портативного измерителя магнитной восприимчивости в лабораторных условиях. Для выделения и учета актиномицетов в исследуемых почвах использовали метод посева из разведений почвенных и растительных суспензий на агаризованную питательную среду Гаузе 1(Гаузе и др., 1983г). Чашки с посевами инкубировали при температурах 5, 20 и 2^0. Психротолерантными считались актиномицеты, выделяющиеся при инкубировании посевов при 5 и 2СГ С. Микробиологические исследования проводились совместно с кафедрой биологии почв факультета почвоведения Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова.

Глава 3. Результаты исследований.

3.1 Основные отличия агродерново-подзолов монастырских огородов от свойств естественных лесных почв.

Морфологический анализ почвенного профиля агродерново-подзолов показывает их резкое отличие от естественных лесных почв, отражающееся в наличии двух сильно отличающихся друг от друга почвенных горизонтов. Верхний горизонт имеет темную окраску, лучше оструктурен, чем нижний, более рыхлый. Нижний горизонт в противоположность верхнему горизонту более светлый, плотный, местами с белесой присыпкой. Однако надо отметить, что в агродерново-подзолах монастырских огородов и личных подсобных хозяйств не формируется плужная подошва, граница верхнего и нижнего горизонта хотя и имеет четкий контур, но не является переуплотненной. Профиль агродерново-подзолов действующих огородов на Б. Соловецком острове не содержит больших валунов, и практически лишен камней диаметром более 3 см, в то время как профили естественных почв зачастую сильно завалуненны.

Естественные лесные почвы Большого Соловецкого острова в своем профиле имеют подстилочный горизонт. Повышенная влажность климата и недостаток тепла, а также слабая биологическая активность обуславливают низкую интенсивность минерализации растительного спада и способствуют накоплению достаточно мощной подстилки. Были исследованы образцы лесных подстилок, отобранные под сосняком бруснично-лишайниковым и посадками кедра (табл.4). По классификации Л.Г. Богатырева (1990) все изученные подстилки являются торфянистыми слабосопряженными сложными маломощными хвойными. Надо отметить, что рН подстилки несколько превышают рП соответствующих верхних горизонтов почвенных профилей (рН горизонта АО кедровника, гряда 3,6; рН горизонта АО кедровника (междурядье) 3,5; рН горизонта АО сосняка 4,1). Этот факт доказывает, что подкисление почв связано не прямо с органическими кислотами, поступающими в почву, а с взаимодействием водорастворимых

ю

органических веществ (в том числе и органических кислот) подстилки с минеральной матрицей почв.

Низкие почвенные температуры способствуют развитию психротолерантных актиномицетов не только в почвенной толще, но также и в лесных подстилках почв. Численность психротолерантных актиномицетов превышает количество мезофильных форм, и достигает сотен тысяч КОЕ на грамм почвы. Результаты исследований плотности почвы показали, что плотность агродерново-подзолов действующих огородов несколько меньше плотности почв, как заброшенных огородов, так и естественных лесных подзолов (Таблица 5). Причем, агродерново-подзолы сохраняют меньшую плотность почвы гумусированных горизонтов по сравнению с естественным лесными почвами и после прекращения антропогенного использования.

Таблица 4. Свойства лесных подстилок Большого Соловецкого острова.

Мощность*, см Запас подстилки, т/га рНнго Зольность*, %

Посадки кедра сибирского, гряда. Питомник «Генеральский»

5±0,5 59,48±0,3 4,5±0,0 4,80±0,1

Посадки кедра сибирского, между гряд. Питомник «Генеральский»

5±0,4 57,04±0,2 4,4±0,1 4,32±0,1

Сосняк бруснично-лишайниковый

4±0,5 45.26±0,3 4,7±0,1 5,57±0,1

*по 3-кратной повторности

Во всех изученных почвах фракция физической глины не является преобладающей, однако в гранулометрическом составе агродерново -подзолов действующих и заброшенных огородов содержание глинистых частиц значительно превышает содержание глинистых частиц в подзолах. Причем содержание глинистых частиц по профилю падает с глубиной во всех исследованных почвах действующих огородов (табл. 5).

В агродерново-подзолах действующих огородов содержание углерода в верхних горизонтах более чем в 2 раза превышает содержание углерода в верхних горизонтах лесных почв. Профиль в целом дифференцирован по

11

содержанию органического вещества. Распределение углерода по профилю в агродерново-подзолах имеет аккумулятивный характер с максимумом содержания углерода в верхних 20 см профиля и резким падением содержания углерода на границе верхнего органогенного и нижнего горизонтов. Для ненарушенных лесных подзолов содержание углерода по профилю также носит аккумулятивный характер, однако падение содержания имеет значительно меньший скачок на границе гумусоаккумулятивного и иллювиального горизонтов. Внесение удобрений и ила на протяжении нескольких лет увеличивает содержание органического вещества по всему профилю.

Внесение удобрений и ила на протяжении нескольких лет увеличивает содержание органического вещества по всему профилю. Большее содержание органического вещества и илистых частиц приводит к образованию более водопрочных агрегатов в антропогенно-преобразованных почвах. Согласно результатам определения рН водных вытяжек, агродерново-подзолы действующих огородов - нейтральные почвы (рН в среднем составляет 6,5) в то время как естественные лесные подзолы имеют кислую реакцию. Результаты сухого просеивания показали, что содержание агрономически -ценных агрегатов в гумусоаккумулятивном горизонте А агродерново-подзолов составляет 78%, в то время как верхние горизонты естественных подзолов в верхних 10 см имеют всего в своем составе 65% агрономически - ценных агрегатов. Близость свойств нижних горизонтов агродерново-подзолов к свойствам верхних горизонтов лесных почв может свидетельствовать о том, что верхний горизонт данной почвы был образован насыпкой мелкоземистого материала на поверхность естественного подзола с последующим периодическим внесением органических удобрений.

Таблица 5. Некоторые агрофизические свойства агродерново-подзолов

действующих огородов и подзолов под естественными лесными ценозами.

Горизонт Глубина отбора пробы ,см рНН20 Сод. углерода, г/1 ООг* Показатель водопрочности агрегатов,% Сод. илистых частиц (частиц<0,001м м),% Содержание физической глины (частиц <0,01 мм),% Магнитная восприимчивост ь, 1^*1 П С. „..11^** Плотность почвы, г/см3

Агродерново-подзол стратифицированный

А 0-21 0-10 7,1 5,2±0,1 86 14 23 6±0,5 1,43

10-21 7,1 5,1±0,1 86 14,5 23 6±0,2 не опр.

В 2170 21-30 7,1 1,5±0,0 59 12 21 4±0,2 1,59

30-50 7,0 1,4±0,0 57 12 21,3 4±0,1 не опр.

50-70 7,0 1,3±0,0 58 12,1 22,3 4±0,2 не опр.

Агроде зново-подзол стратифицированный

А 0-37 0-10 6,5 5,3±0,1 89 13,5 24,8 8±0,1 не опр.

10-20 6,5 5,3±0,1 89 14 24,3 8±0,2 не опр.

20-37 6,5 5,1±0,1 89 14,2 24 6±0,1 не опр.

В 3790 37-50 6,5 1,8±0,1 64 11,1 23.2 4±0,1 не опр.

50-70 6,5 1,8±0,1 64,2 не опр. не опр. 4±0,1 не опр.

70-90 6,4 1,6±0,0 64 не опр. не опр. 2±0,1 не опр.

Подзол иллювиапьно-железнстый

АО 4-5 4-5 4,1 1,1±0,0 63 1,2 11,2 12±0,5 не опр.

Е, 530 5-30 4,1 0,5±0,0 не опр 3 5,6 3±0,5 1,51

ЕВГ 3037 30-37 4,2 0,3±0,0 не опр. 4,5 5,8 8±0,5 1,48

Подзол иллювиапьно-железистый

0 03 0-3 3,5 1,3±0,0 не опр. Не опр. Не опр. 62±1 не опр.

АЕ, 3-7 3-7 3,4 1,1 ±0,0 62,5 3,7 8,9 5±0,2 1,52

Е,7-21 7-21 3,5 0,8±0,0 не опр. 1,2 8,5 3±0,2 1,51

ВЩ 2139 21-39 3,5 0,7±0,0 не опр 1,3 7,8 12±0,2 не опр.

ВО 9-54 39-54 3,6 0,4±0,0 не опр 2,5 10,5 12±0,3 не опр.

Здесь и далее:

* по результатам 5-х кратного определения ** по результатам 50-кратного определения

Разная величина мощности гумусоаккумулятивного горизонта А может говорить о том, что в зависимости от целей использования и выращиваемых культур мощность насыпной толщи была разной. Так для овощных монастырских огородов мощность насыпной толщи не превышала 37 см, для аптекарского огорода мощность насыпной толщи могла достигать 45 см, для огородов монастырских скитов мощность насыпной толщи составляла 20-25 см.

Магнитный профиль агродерново-подзолов действующих огородов имеет аккумулятивный характер с максимумом магнитной восприимчивости в верхней 20-ти сантиметровой толщи (до 8*10-6, смЗ/г), что связано с большим содержанием органического вещества. Магнитный профиль естественных подзолов имеет элювиально-иллювиальный характер. Для естественных лесных подзолов верхняя подпостилочная толща имеет наибольшие значения магнитной восприимчивости. Минимальная магнитная восприимчивость наблюдается в элювиальном горизонте (до 3±0,5*10"6, см7г), что связано с меньшим по сравнению с прочими почвенными горизонтами содержанием органических и железосодержащих соединений.

В целом можно сказать, что антропогенная деятельность на лесных подзолах приводит к формированию нового для данных климатических условий типа почв - агродерново-подзолов. Преимущественно образование данных почв происходило насыпкой минерально - органического субстрата (верхних слоев лесных почв) на поверхность естественных подзолов. В результате этого и под действием длительного антропогенного воздействия (от 10 лет) формируется однородный хорошо гумусированный горизонт с нейтральной реакцией среды, меньшим содержанием песчаных частиц, и большей водопрочностью почвенных агрегатов, т.е. с благоприятными агрофизическими свойствами. Данный горизонт, будучи образован насыпкой минерального субстрата, может содержать большое количество антропогенных включений.

3.2. Отличие агродерново-подзолов действующих огородов от почв заброшенных огородов

После прекращения антропогенного воздействия естественные почвообразовательные факторы среды начинают преобладать над антропогенными.

В профиле почв заброшенных огородов также сохраняется разделение на 2 основных горизонта, но в отличие от агродерново-подзолов действующих огородов граница между горизонтами по цвету становится менее четкой (табл. 6).

Сохраняется разделение в профиле по содержанию общего углерода. На глубине 38 см в разрезе 1 и 32 см в разрезе 2 наблюдается резкое снижение содержания углерода, при смене одного почвенного горизонта другим. Двучленное разделение почвенного профиля по содержанию углерода является наследием от агродерново-подзолов действующих огородов, образованных насыпкой мелкоземистого материала на поверхность естественной почвы.

В целом, агродерново-подзолы заброшенных огородов содержат меньшее количество углерода (до 1,1 г/100г почвы для верхних горизонтов). При этом градиент падения содержания общего углерода по профилю агродерново-подзолов заброшенных огородов существенно не изменяется по сравнению с агродерново-подзолами действующих огородов. Водопрочность почвенных агрегатов в агродерново-подзолах заброшенных огородов также снижается. Реакция почвенной водной вытяжки становиться слабокислой. Почвы заброшенных огородов занимают промежуточные положения по всем основным изученным свойствам почв, что может свидетельствовать о том, что в условиях промывного водного режима, влажного и холодного климата, после снятия антропогенного воздействия будет со временем наблюдаться приближение почвенных свойств изначально антропогенно-преобразованных почв к свойствам естественных лесных подзолов.

Таблица 6. Некоторые агрофизические свойства почв заброшенных огородов.

Горизонт Глубина отбора пробы,см о X а: о. Сод. углерода, г/100г* Показатель водопроч-ности агрегатов,% Сод. илистых частиц (частиц<0,001м м),% Сод. физической глины (частиц <0,01мм)% Магнитная восприимчивость, К*10"6, смЗ/г** Плотность почвы,г/см3

Агродерново-подзол

о 0-10 5, 4 4,2±0, 1 75 16,4 25,3 10±0,2 1,39

< 1025 5, 4 4,1 ±0, 1 74,9 12,3 20,1 8±0,3 не опр.

•х. т т 2532 5, 3 3,5±0, 1 74 11,0 15,7 5±0,2 не опр.

3250 5, 3 1,3±0, 1 74 10,8 14,2 4±0,1 1,48

В, 32-9С 5070 5, 3 1,3±0, 1 74 10,9 14,2 5±0,2 не опр.

7090 5, 3 1,1 ±0, 0 74 10,7 13,0 4±0,2 не опр.

Агрозем темный

•о <N < ó 0-2 6, 1 14±0, 1 100 21,3 30,3 32±0,3 не опр.

2-10 6, 1 14±0, 1 100 22 30,5 30±0,5 1,45

1020 6, 1 14±0, 1 100 21,9 30 30±0,2 1,45

2030 6, 1 14±0, 0 100 23 30,1 30±0,3 не опр.

о о 3040 6, 1 14±0, 0 100 22,1 30,2 30±0,3 не опр.

< 4050 6 13,9± 0.0 100 22,1 30,5 28±0,3 не опр.

5060 6 13,8± 0,0 99,8 21,3 30,2 28±0,2 не опр.

6080 6 13,9± 0,0 99,8 23,3 30,7 25±0,2 не опр.

80100 6 13,9± 0,0 99 24,8 32,1 23±0,3 не опр.

Агрозем темный содержит аномально высокое для почв данной зоны количество углерода по профилю (14%), что может свидетельствовать о том, что данная почва изначально имела высокое содержание углерода. Водопрочность почвенных агрегатов достигает 100%. Содержание физической глины достигает 30%, причем профиль не дифференцирован по содержанию физической глины и общего углерода.

Отсутствие в профиле разделения на 2 основных горизонта, а также отсутствие дифференциации по содержанию углерода, высокое содержание илистых и глинистых частиц позволяет заключить, что в развитии данной почвы, вероятно, отсутствовала стадия агродерново-подзолов. Близость Карасева озера (разрез был заложен в 50 м от уреза воды) позволяет предположить, что данная почва была образована на основе илистого дна озера. Наличие небольшого количества сизых пятен, диаметром до 3 мм на глубине 95 см указывает на то, что данная почва прошла в своем развитии гидроморфную стадию.

Магнитный профиль почв заброшенных огородов также как и почв действующих огородов носит аккумулятивный характер с максимумом магнитной восприимчивости в верхней 20-ти сантиметровой толщи. Однако необходимо отметить большие значения магнитной восприимчивости в целом по профилю почвы, что может быть связано с большим содержанием органического вещества.

Таким образом, после снятия антропогенного воздействия на почву в условиях влажного климата и промывного водного режима начинают в большей степени действовать факторы среды, и антропогенно-преобразованная почва по своим свойствам приближается к естественной. Надо отметить, что продолжительное систематическое антропогенное воздействие приводит к формированию агрофизических свойств агродерново-подзолов устойчивых во времени. Высокое содержание углерода, водопрочность почвенных агрегатов, содержание илистых частиц и частиц физической глины по сравнению с естественными подзолами сохраняется не только на протяжении 20 лет (на примере агродерново-подзола разреза 11), но и на протяжении 80 лет (на примере агродерново-подзола стратифицированного разреза 6).

3.3 Отличие агродерново-подзолов действующих огородов от почв, под посадками древесных интродуцентов. По результатам

вышесказанного. можно предположить, что агродерново-подзолы

17

формируются в условиях систематической антропогенной нагрузки, насыпкой минерально-органического субстрата на поверхность почвы с последующим периодическим внесением органических и минеральных удобрений. Для подтверждения этого утверждения было проведено изучение свойств почв под посадками древесных интродуцентов (кедра и лиственницы), в питомниках Соловецкого лагеря особого назначения (СЛОН) «Генеральский» и «Атаманский».

По литературным данным (А. Сошина, 2005) питомник был заложен в 1926 году. Работа проводилась посевом семян в хорошо подготовленные гряды по одному ряду и при расстоянии между рядами 1,3 м. (А. Соболев, 2005). Работа в питомнике, судя по отсутствию данных в архивных документах периода СЛОНа, прекратилась в 1938 году. То есть период антропогенной нагрузки составлял около 10 лет, хозяйственная деятельность прекратилась 75 лет назад. Естественной почвой - основой для гряд питомника — послужил подзол иллювиально-железистый. Как показали исследования, проведенные на краю одной из гряд питомника, почва под посадки интродуцентов была также создана насыпкой минерально-органического субстрата на поверхность естественной почвы.

Почвы под посадками интродуцентов кислые, также как и почвы под естественными биоценозами, и имеют значения рН близкие или равные 4,0 (табл.7). Под посадками лиственницы (табл.8) рН увеличивается с глубиной и достигает в горизонте ЕВ значений, равных 4,9 единицы рН. Посадки кедра отличаются самыми низкими значениями рН не только среди почв под посадками интродуцентов, но и среди всех изученных лесных почв, причем особенно низкими значениями рН отличается почва между кедровых гряд (значения рН равны 3,5).

Содержание углерода в почвах под посадками интродуцентов варьирует в пределах от 0,9 до 2,0 %. Почвы под посадками кедра, как на гряде, так и между гряд, как в верхних горизонтах, так и в нижних, содержат углерода больше, чем почвы под посадками лиственницы. Можно предположить, что

18

почву под посадки кедра готовили лучше и тщательнее, чем под посадки лиственницы, возможно, вносили большее количество органических удобрений. В почвах под посадками интродуцентов, также как и в почвах под естественными ценозами, распределение содержания углерода по глубине носит аккумулятивный характер с максимумом содержания углерода в горизонте АО и постепенным убыванием содержания углерода вниз по профилю. Плотность почвы под посадками кедра на гряде в горизонте Е составила 1,46 г/см3, , что несколько меньше, чем плотность почвы горизонта Е сосняка. Горизонт ЕВ имеет плотность 1,56 г/см3,что несколько превышает плотность почвы горизонта ЕВ Г под сосняком. Горизонт Е под посадками кедра (между гряд) для изученных почв имеет самую большую плотность и составляет 1,58 г/смЗ .

Таблица 7. Некоторые агрофизические свойства почв под посадками кедра сибирского.

Горизонт Глубина взятия пробы,см о X о. Сод. углерода, г/ЮОг* Сод. илистых частиц (частиц <0,001 мм),% Сод. физической глины (частиц <0,01 мм),% Название почвы по гранулометрическом у составу по классификации H.A. Качинского Плотность почв, г/смЗ Полная удельная поверхность, м2/г Магнитная восприимчивость, К*10"(', см3/г**

Подзол иллювиапьно-железистый, посадки кедра сибирского, гряда. Питомник

«Генеральский»

АО, 9-11 911 3. 6 1,7±0, 0 6,5 11,5 супесь не опр 45,6 14±1, 1

Е, 1137 1137 4. 0 1,4±0, 0 3,5 6,5 песок связный 1,46 43,5 5±0,2

ЕВ, 3748 3748 3. 8 1,0±0, 1 4,3 7,1 песок связный 1,56 40,1 7±0,3

Подзол иллювиально-железистый, посадки кедра сибирского, между гряд. Питомник

«Генеральский»

АО, 7-9 7-9 3. 5 2,0±0, 1 5,1 9,6 песок связный не опр 56,3 12±0, 7

Е,9-41 941 3. 5 1,8 3,6 6,3 песок связный 1,58 52,1 3±0,2

Микробиологические исследования почв под посадками кедра показало, что в данных почвах присутствуют актиномицеты рода Бкерготусгь. Количество психротолерантных актиномицетов сопоставимо с мезофильными формами. Ввиду общности микроклиматических и почвенных условий, возможно предположить, что и в почвах естественных лесных ценозов будут присутствовать психротолерантные актиномицеты.

Таблица 8. Некоторые агрофизические свойства почв под посадками лиственницы (подзол иллювиально-железистый, питомник «Атаманский», гряда).

Горизонт Глубина взятия пробы, см рНн20 Содержание общего углерода, г/100г* Магнитная восприимчивость, К* 10-6, см3/г**

АО, 3-5 3-5 4,0 0,9±0,0 45±1

Е, 5-18 5-18 4,3 0,6±0,0 3±0,2

ЕВ, 1828 18-28 4,9 0,6±0,0 9±0,3

В целом можно говорить о том, что агрофизические и некоторые химические свойства почв под посадками интродуцентов ближе к свойствам естественных лесных почв, чем к свойствам агродерново-подзолов. То есть при общих условиях формирования (одинаковый метод образования почвы, одинаковый мезорельеф в виде гряд, примерно одинаковая продолжительность хозяйственной деятельности), но при различных растительных сообществах образуются разные типы почв. Таким образом, для создания и устойчивого существования агродерново-подзолов во времени важен тип агроценоза. В условиях древесного агроценоза возможность образования агродерново-подзола не существенна. Если агродерново-подзол образуется, то его свойства (такие, на которые значительное влияние оказала антропогенная деятельность - содержание органического углерода, рН и содержание илистых частиц) оказываются не устойчивыми во времени. Через 75 лет после прекращения антропогенной деятельности исчезают практически все признаки хозяйственной деятельности человека. Остаточные признаки

20

продолжительной антропогенной деятельности проявляются в несколько большем содержании общего углерода в верхней части профиля и в сохранении ярко-выраженного грядового мезорельефа.

Разное происхождение почв приводит к разным законам распределения и величин свойств.

3.2 Распределение свойств по профилю и генезис исследованных почв

При близких значениях почвенных показателей представляется важным оценить распределение этих свойств по профилю почв. Тем более целесообразно выявить, есть ли принципиальные различия не в величине свойств, а в их распределении между антропогенно-преобразованными и природными почвами. Был использован метод аппроксимации кривых распределения некоторого свойства по глубине. Перед проведением анализа ряда полученных данных были высказаны следующие предположения:

1.Если нам известно распределение некоторого свойства по почвенному профилю, то мы можем аппроксимировать это распределение определенной зависимостью. То есть, фактически, зная значения некоторого свойства на известных глубине, мы можем определить зависимость вида у=Г(х), где у -некоторое свойство (например, величина рН, содержание углерода и т.п.), а х -глубина.

2. Так как на формирование антропогенно - преобразованной и естественной почвы влияет различный набор фактор, можно предположить, что и распределение свойств по профилю будет различным. Агродерново-подзолы действующих огородов формируются при активном внесении органических и минеральных удобрений, ежегодной распашке, в общем, при явном доминировании антропогенного фактора почвообразования. Почва заброшенного огорода наследует в своем профиле свойства активно используемой пашни. Но со временем, когда антропогенный фактор перестает действовать, начинают преобладать естественные факторы почвообразования. Таким образом, если на формирование почвенного профиля различных типов почв влияет различный комплекс почвообразующих факторов, то по характеру

21

распределения некоторого свойства по глубине можно отличить (в спорных случаях) один тип почв от другого. Например, если мы не знаем, были ли в истории развития почвы случаи длительного антропогенного вмешательства, то по характеру зависимости (ее близости к зависимости антропогенно -преобразованной или же естественной почвы), мы могли бы это установить. Надо сделать оговорку, что предложенный способ диагностики почв является приблизительным и не может претендовать высокую точность. Но в некоторых случаях, например, после полевых исследований, когда надо высказать первоначальное предположение о природе почвы, или в спорных случаях, когда нет сведений об истории развития почв, такой способ был бы полезен. Данные предположения были подвергнуты проверке на почвенном свойстве «содержание углерода по профилю». Аппроксимация кривых распределения почвенного свойства по глубине были определена для arpoдерново-подзолов действующих и заброшенных огородов, а также для подзолов лесных ценозов, подзолов под посадками интродуцентов. В качестве аппроксимирующих были выбраны линейная, логарифмическая, экспоненциальная, степенная зависимость.

Результаты проведенных исследований, показывают, что аппроксимация кривой содержание углерода - глубина для естественных подзолов почв, носит экспоненциальный или логистический характер. Для того, чтобы сравнить экспериментальные модели и выбрать лучшую был применен критерий Вильмса-Клюта.

Проведенные исследования показали, что для подзола иллювиально-железистого Кылтово и Большого Соловецкого острова аппроксимационные модели достоверно не различаются. Для почв, испытавших во время своего развития антропогенное воздействие, были проведены аналогичные исследования, которые показали, что аппроксимировать достоверно кривую «содержание углерода - глубина» нельзя ни одной из приведенных зависимостей.

1. 2.

Рисунок 1. Кылтово. Подзол иллювиально-железистый. Сосновый бор. 1-логистическая функция; 2- экспоненциальная функция.

1. 2.

Рисунок 2. Большой Соловецкий остров. Подзол иллювиально-железистый. Ельник-Черничник. 1-логистическая функция; 2-экспоненциальная функция.

В целом полученные данные говорят о том, что антропогенная деятельность человека отражается не только в создании новых почв, увеличении содержания углерода по профилю, но и в изменении характера распределения содержания углерода по профилю.

Выводы:

1 .На территории действующих монастырских огородов под действием главным образом антропогенного фактора формируется новый для данной климатической зоны тип почв - агродерново-подзолы. Почвенный профиль агродерново-подзолов показывает их резкое отличие в некоторых агрофизических свойствах от естественных лесных почв, отражающееся в наличии двух почвенных горизонтов: верхнего агрогумусового горизонта -

высокогумусированного, нейтрального, с повышенным по сравнению с естественными почвами содержанием илистой фракции. Нижний горизонт агродерново-подзолов близок по свойствам к естественным лесным почвам, что позволяет предположить, что верхний горизонт агродерново-подзолов был образован насыпкой мелкоземистого материала на поверхность естественных почв, с последующим внесением органических удобрений. В целом профиль агродерново-подзолов действующих огородов дифференцирован по содержанию углерода и по содержанию физической глины. В результате хозяйственной деятельности человека агродерново-подзолы менее завалунены (особенно в органогенном горизонте) и имеют меньшую плотность почвы, почвенные агрегаты данных почв более водопрочные, что связано с большим содержанием органического вещества и илистой фракции, т.е. обладают лучшими агрофизическими свойствами по сравнению с естественными лесными почвами.

2. Исследование агрофизических свойств показало, что агродерново-подзолы заброшенных огородов занимают промежуточное положение между агродерново-подзолами действующих огородов и естественными почвами по всем основным изученным свойствам, что может свидетельствовать о том, что в условиях промывного водного режима, влажного и холодного климата, после снятия антропогенного воздействия со временем наблюдается приближение почвенных свойств изначально антропогенно-преобразованных почв к свойствам естественных лесных подзолов.

3. Комплексное исследование агрофизических и микробиологических свойств почв под посадками интродуцентов показало, что при общих условиях формирования (одинаковый метод образования почвы, одинаковый мезорельеф в виде гряд, примерно одинаковая продолжительность хозяйственной деятельности человека), но при различных растительных сообществах образуются разные типы почв. При формировании агродерново-подзола под посадками интродуцентов без продолжения антропогенной

24

деятельности основные агрофизические свойства почв (содержание углерода, водопрочность агрегатов, содержание илистой фракции) приближаются к значениям свойств естественных лесных почв. Хозяйственная деятельность человека оставляет свой след в виде хорошо заметного грядового мезорельефа.

4.Наряду с абсолютными величинами содержания углерода по профилю, имеет значение и характер распределения углерода по профилю. Для естественных почв зависимость «содержание углерода по профилю - глубина» может быть аппроксимирована логистической или степенной зависимостью, в то время как реальное распределение углерода по глубине для почв, испытавших на себе длительное антропогенное воздействие, не может быть аппроксимирована ни одной из опробованных зависимостей.

Список работ, опубликованных по теме исследования:

1.Дуброва М.С., Лубсанова Д.А., Макарова Е.П., Кожевни П.А., Манучарова H.A., Зенова Г.М. Психротолерантные актиномицеты в почвах тундры и северной тайги. Вестник Московского университета. Сер. 17 «Почвоведение». 2011. №2. С.3-8

2.Дуброва М.С., Зенова Г.М., Якушев A.B., Манучарова H.A., Макарова Е.П., Звягинцев Д.Г., Чернов И.Ю. Психротолерантные актиномицеты в органогенных горизонтах почв и растениях наземных экосистем тундры и тайги// Почвоведение.2013. №8, с.956-962

3.Макарова Е.П. Огородные почвы Большого Соловецкого острова. Материалы докладов 6-го съезда Общества почвоведов- им. В.В.Докучаева. Всероссийская с международным участием научная конференция "Почвы России: современное состояние, перспективы изучения и использования. Книга 1. Петрозаводск,2012 - стр.423

4.Макарова Е.П. Огородные почвы Большого Соловецкого острова. 19 Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых Ломоносов - 2012., секция Почвоведение.-стр.ЗЗ

5. Макарова Е.П. Свойства агроземов и агродерново-подзолов севера и северо-запада России. 20 Международная конференция студентов ,аспирантов и молодых ученых Ломоносов - 2013., секция Почвоведение. - стр.68

6. Макарова Е.П. Почвы под естественными лесами и посадками интродуцентов Большого Соловецкого острова. Ломоносов-2011: XVIII Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых; секция «Почвоведение»: Тезисы докладов, стр.17-19.

7. Anatoly Pozdnyakov, P.I. Eliseev, Larisa Golovko, Lev A. Pozdnyakov, Maria S. Dubrova, and E.P. Makarova. "Evaluating Cultivation Level of Sandy Soils in European Russia with Electro-geophysical Methods." In New Views of the Earth. Denver, CO: Environmental and Engineering Geophysical Society, 2013. Abstract ID: 246

Подписано в печать: 12.11.2013 Объем: 1,0 п л. Тираж: 100 экз. Заказ № 254 Отпечатано в типографии «Реглет» 119526, г. Москва, пр-т Вернадского, д. 39 (495) 363-78-90; www.reglet.ru

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата биологических наук, Макарова, Екатерина Павловна, Москва

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. М.В. ЛОМОНОСОВА ФАКУЛЬТЕТ ПОЧВОВЕДЕНИЯ

На правах рукописи

04201450950 Макарова Екатерина Павловна

Агродерново-подзолы монастырских огородов (на примере почв Большого Соловецкого острова и Княжпогостского

района Республики Коми)

Специальность 06.01.03 - агрофизика

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор Карпачевский Лев Оскарович

Москва 2013

Оглавление

Введение...................................................................................................................3

Глава 1. Состояние проблемы................................................................................6

Глава 2. Объекты и методы исследования............................................................6

2.1. Объекты исследования................................................................................23

2.1.1 .Географическое положение...................................................................23

2.1.2 Климат.....................................................................................................23

2.1.3 Рельеф и почвообразующие породы....................................................25

2.1.4 Растительность........................................................................................26

2.1.5 Деятельность человека и его воздействие на территорию................27

2.1.6 Почвы.......................................................................................................28

2.2. Методы исследования.................................................................................34

Глава 3. Результаты исследований......................................................................42

3.1 Основные отличия агродерново-подзолов монастырских огородов от свойств естественных лесных почв..................................................................42

3.2. Отличие агродерново-подзолов действующих огородов от почв заброшенных огородов......................................................................................55

3.3 Отличие агродерново-подзолов действующих огородов от почв, под посадками древесных интродуцентов..............................................................61

3.4 Распределение свойств по профилю и генезис исследованных почв.....67

Выводы...................................................................................................................71

Список литературы................................................................................................73

Приложение............................................................................................................88

Введение

Тип агродерно-подзолов был выделен в «Классификации и диагностике почв России» (2004). Данный тип почв широко распространен в агроландшафтах севера и северо-запада России. Однако в основной массе работ (М.С.Симакова, 2000; В.В. Канев,2004; В.Г. Кудряшова,2007,2008; И.О. Плеханова, 2009;G.Jordan, F. Kovaksandetc. 2010;D. Bucur,G.Jitareanu; 2011 Н.Б. Хитров, 2012 и др.) описываются свойства агродерново-подзолов и агроземов пахотных угодий, в то время как данные почвы также встречаются на территории личных подсобных хозяйств и монастырских владений. Свойства почв личных подсобных хозяйств и монастырских владений мало изучены, неясны агрофизические процессы в почвах данного типа в условиях антропогенного использования, проблемы эволюции агродерново — подзолов после прекращения антропогенного влияния. Актуальность работыЛичное подсобное хозяйство играет значительную роль в производстве сельскохозяйственной продукции. В 1998 году на личных подсобных хозяйствах было произведено 57,3 % всей сельскохозяйственной продукции в России. Если правовой статус земель личных подсобных хозяйств был закреплен в 2003 году Законом № 112-ФЗ «О личном подсобном хозяйстве», то о свойствах почв личных подсобных хозяйств фактически нет комплексных работ. Так как почвы монастырских огородов являются показательными объектами для рассмотрения продолжительного антропогенного воздействия, изучив агрофизические свойства и эволюцию агродерново-подзолов монастырских огородов можно с определенной вероятностью прогнозировать агрофизические свойства почв личных хозяйстви их эволюцию после прекращения антропогенного воздействия.

В связи с этим была поставлена следующая цель работы - изучение некоторых агрофизических свойств и эволюции агродерново-подзолов монастырских огородов и личных подсобных хозяйств.

Для достижения поставленной цели были определены задачи исследования:

1. Определение основных агрофизических и некоторых химических свойств агродерново-подзолов действующих монастырских огородов. Выявление основных отличий агродерново-подзолов от свойств естественных лесных почв регионов исследования.

2. Определение агрофизических свойств почв заброшенных огородов. Выявление отличий свойств данных почв от свойств агродерново-подзолов действующих монастырских огородов. Рассмотрение изменения свойств агродерново-подзолов во времени.

3. Установление возможности формирования агродерново-подзолов под посадками интродуцентов в одинаковых условиях формирования почв.

4. Определение характера распределения содержания углерода по профилю почв для почв естественных лесных ценозов и почв, испытавших на себе антропогенное воздействие на протяжении некоторого времени.

Новизна. Впервые изучены некоторые агрофизические и химические свойстваагродерново-подзолов заброшенных и действующих монастырских огородов в сравнении с естественными почвами регионов исследования. Показано, что продолжительное систематическое антропогенное воздействие приводит к формированию у агродерново-подзолов почвенных свойств (содержание углерода, содержание илистых частиц, водопрочность агрегатов) устойчивых во времени. Кроме этого сохраняется и грядовый мезорельеф почв огородов. Для естественных почв зависимость «содержание углерода по профилю - глубина» может быть аппроксимирована логистической или степенной зависимостью, в то время как такая зависимость для почв, испытавших на себе длительное антропогенное воздействие, не может быть аппроксимирована ни одной из приведенных зависимостей.

Практическая значимость. Проведенные исследования агрофизических

свойств почв, испытавших на себе длительное антропогенное воздействие в

4

условиях севера и северо-запада России, позволяют разработать методы обработки почвы и поддержания плодородия почвы в экстремальных климатических условиях, а также прогнозировать изменение некоторых агрофизических и химических свойств почв под действием антропогенной нагрузки.

Апробация работы. Результаты настоящей работы были представлены на Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов» в 2011,2012 и в 2013 г; на 6-гм съезде Общества почвоведов им. В.В.Докучаева (Петрозаводск,2012), и на заседаниях кафедры физики и мелиорации почв.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 печатных работы, из них 2 в реферируемых журналах, входящих в список ВАК Минобрнауки РФ для опубликования результатов диссертационных работ. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 3 глав, заключения, выводов, списка использованной литературы и приложений, и включает стр. 96машинописного текста, 9рисунков, 13таблиц. Список использованной литературы включает 152наименований, из них39 на иностранных языках.

Автор сердечно благодарит весь коллектив кафедры физики и мелиорации почв факультета почвоведения МГУ за ценные советы и поддержку, а также д.б.н, профессора кафедры биологии почв факультета почвоведения МГУ Г.М. Зенову. За помощь в работе на территории Соловецкого музея-заповедника выражаю глубокую признательность сотруднику музея-заповедника А. Соболеву и руководителю Соловецкого лесничества Л.И. Проурзину. Благодарю Дуброву М.С и Макарова A.A.

Глава 1. Состояние проблемы.

Основные отличия агродерново-подзолов от естественных природных аналогов.

Тип агродерново-подзолов выделен в «Классификации и диагностике почв России» (2004), диагностическим признаком данных почв является поверхностный агрогумусовый горизонт, который формируется в результате распашки и гомогенизации верхней части исходной почвы. Агродерново-подзолы формируются из подзолов и дерново-подзолов. В более ранней классификации агродерново-подзолы соответствуют подтипам освоенных и окультуренных дерново-подзолистых песчаных и супесчаных почв.

Наиболее часто в опубликованной литературе встречается описание свойств агродерново-подзолов и агроземов пахотных угодий (М.С. Симакова; 2000; В.В. Канев,2004; В.Г. Кудряшова,2007,2008; И.О. Плеханова, 2009; G.Jordan, F. Kovaks and etc. 2010; D. Bucur, G.Jitareanu; 2011 Н.Б. Хитров, 2012). Данные почвы формируются при доминировании антропогенного фактора. Но надо отметить, что агродерново-подзолы и агроземы будут распространены и на территории личных подсобных хозяйств и монастырских огородов. Зачастую такие почвы в опубликованной литературе встречаются под названием «огородных».

Огороды и соответственно «огородные» почвы располагаются на всей

территории России, во всех климатических зонах, как правило, на

выположенных или пологих частях рельефа, вблизи хозяйственных и жилых

построек, как в черте города, так и за городской чертой. Огородничество на

территории России процветало на протяжении всей ее истории. Зачастую

крестьянин помимо пашни имел небольшой в несколько грядок огород

недалеко от дома. Крестьянские огороды были, как правило, небольшими: в

северной половине Тульской губернии огороды не превышали 10-15 гряд, в

каширском уезде Тверской губернии каждого овоща « в огороде не в

большом количестве». В Ярославской губернии «огородные овощи сеются

6

единственно для собственного домашнего употребления» (Л.В.Милов, 2001). Современные огородные почвы испытают антропогенное влияние в среднем на протяжении 20 - 30 лет. На 2008 год в России около 22,5 млн семей являлись владельцами садово-огородных участков, которые в основном располагаются около крупных городов или в городской черте (О.В. Харламов,2008). Для большой части населения страны выращенная на приусадебных участках овощная продукция является существенной частью пищевого рациона (В.В. Рудский, 2007).

По результатам проведенных исследований, можно заключить, что свойства агродерново-подзолов, агроземов будут зависеть от типа огорода, а именно можно выделить:

1) Огороды и, соответственно, огородные почвы в городской черте: -огороды монастырских владений (действующие и заброшенные) -огороды личных подсобных хозяйств (действующие и заброшенные).

2) Огороды за городской чертой:

-огороды монастырских владений (действующие и заброшенные) -огороды личных подсобных хозяйств (действующие и заброшенные).

Монастырские огороды как действующие, так и заброшенные выделяются в отдельный подтип ввиду особой многолетней традиционной культуры земледелия, которая отражена во многих сохранившихся архивных материалах: записях и жизнеописаниях монахов, описаниях и описях имущества монастырей, записях путешественников. В монастырях помимо пашенных и сенокосных площадей отводились земли и под огород.Так к концу 18 века в Свято-Успенском Псково-Печерском монастыре было 4 огорода общей площадью в 8 десятин (Летопись Псково-Печерского монастыря, 1993). В одной из ранних описей строений и имуществ Кирилло-Белозерского монастыря 1601 года упоминается огород в 50 сажень длиной

и 30 саженей шириной (Опись строений и имуществ Кирилло-Белозерского монастыря 1601 года). Огородничество не было для монастырей доходной частью их деятельности. Огород разбивался для удовлетворения потребности в свежих овощах и зелени для монастырской трапезы. Как правило, перечень выращиваемых культур не изменяется и остается примерно одинаковым (картофель, репа, огурцы, капуста, лук). В качестве удобрения используются навоз, опилки, ил, однако, зачастую невозможно найти сведения о дозах и периодичности внесения этих удобрений. В современном Соловецком монастыре, Кылтовском Крестовоздвиженском, Валдайском Иверском монастырях и в Нило-Столобенской пустыни по словам монахов не используются химические удобрения. Огороды были распространены не только на территории России, в европейских монастырях и аббатствах также были распространены небольшие овощные огороды, сады, и в некоторых случаях виноградники. Однако наибольшее распространение в Европе получают сады и «аптекарские огороды».(ЬапёзЬе^Б., 2002;ЬМешооёА.Я., 1992, МеууаейР., 1986; Вшк^аёМ.^аппагсИ^^З)

Почвы, находящиеся в земледельческом использовании, испытывают на себе значительное антропогенное воздействие, результатом которого, как правило, становится увеличение количества органического вещества. Качество и количество органического вещества тесно связано не только с морфологическими признаками почв, но и с основными режимами почв (водным, воздушным и тепловым); также органическое вещество влияет на физические и физико-химические свойства, микробиологические и биохимические показатели (Д.С. Орлов, 1984; А.П. Щербаков, 1983 ;О.Н. Бирюкова, 2004; И.В. Кузнецова, 1998; Л.С. Травникова, 2002).

Некоторые авторы считают, огородные почвы в городской черте

отличаются от естественных почв повышенным содержанием гумуса, что

является результатом внесения органических удобрений, а также более

высокий показатель емкости катионного обмена (Б.В. Ильин, 1991).

Проведенные исследования огородных почв в г. Горняк показали, что

8

содержание гумуса в огородных почвах в городской черте больше чем содержание гумуса в фоновых почвах на 6,5%. (Горюнова Т.А., 2001). Для огородных почв, находящихся в городской черте, повышенное содержание гумуса может быть также связано с загрязнением городских почв сажей и копотью (М.И. Герасимова, 2003).

В процессе окультуривания происходит существенная трансформация качественного состава гумуса. Обогащение гумуса окультуренных почв гуминовыми кислотами, особенно пахотных и агрогумусовых горизонтов установлено многими авторами. (В.Д. Муха, 2004; Ф.И. Левин , 1972;Г.И. Григорьев, 1973; A.A. Короткое, 1972И.А. Иванов, 2000). В «Классификации и диагностике почв России» (2004) отмечается, что агрогумусовый горизонт содержит 0,5-2% гумуса, с преобладанием фульвокислот в составе органического вещества, и отношением Сгк: Сфк<0,9. Исследования дерново-подзолистых, агродерново-подзолистых почв и агроземов культурных Белоруссии показали, что естественных дерново-подзолистые почвы характеризуются низким содержанием гумуса, гуматно-фульватного состава и низкой обогащенностью азотом (C:N в пределах 20). В то время как агродерново-подзолистые песчаные почвы содержат гумус преимущественно фульватно-гуматного типа (Сгк:Сфк=1,08-1,36). В агрогумусовых горизонтах агроземов Сгк:Сфк составляет уже 1,88. (Г.С. Цытрон с соавт., 2010). Исследования Ф.И. Левина (1972) показали, что общие запасы гумуса в слое 0-20см огородной почвы в 2 раза превышали запасы гумуса в смешанном лесу. В 2010 г. Цытроном с соавт. Было показано, что запасы гумуса в слое 0-20 см закономерно увеличиваются от естественных почв -8,46 т/га, к агроподзолистым - 35,35-56,99 т/га и агроземам культурным (до 108,42 т/га). Эта тенденция сохраняется и для слоя 0-50 см.

В 1988 году В.Д. Мухой было отмечено, что при резком увеличении интенсивности процессов биогеохимического цикла в результате

культурного почвообразования, может происходить как повышение, так и понижение почвенного плодородия.

Верхние горизонты агродерново-подзолов огородов имеют нейтральную или щелочную реакцию. Данное явление может быть связано с внесением удобрений в почву и с дополнительным поступлением в почву солей, а также в дополнительном поступлением кальция из обломков строительного мусора, попадающего в почву с городских дорог (C.B. Бабошина, A.B. Пузанов, И.В. Горбачев, 2009).

Агродерново-подзолы и агроземы присутствуют на территории длительного полевого опыта РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева. Им свойственно наличие агрогумусового горизонта (Н.Б. Хитров, 2012).

Отличие агродерново-подзолов от исходных природных аналог в повышенном содержании тяжелых металлов отмечается многими авторами (Пузанов A.B., 2007; C.B. Бабошина, A.B. Пузанов, И.В. Горбачев, 2009). Так для огородных почв находящихся в городской черте г. Барнаула характерно повышенное содержание цинка и свинца, а для огородных почв г. Горняка -повышенное содержание кадмия. Повышенное содержание тяжелых металлов в почвах приводит к повышенному содержанию этих элементов в выращиваемых растениях (C.B. Бабошина, A.B. Пузанов, И.В. Горбачев, 2009).

Кроме изменения химического состава почв при длительном земледельческом использовании происходит и изменение в бактериальном составе. Бактериальный комплекс древне-окультуренных почв отличается большим родовым разнообразием коринеподобных бактерий и высоким содержанием рода Arthrobacter. На Соловецких островах присутствуют представители рода Arthrobacter, в том числе Arthrobacter atrocyaneus. Такие бактериальные комплексы в большинстве своем свойственны хорошо-удобренным дерново-подзолистым почвам, черноземам Arthrobacter

atrocyaneus не встречается в естественных лесных почва таежной зоны. (Л.В.Лысак, 2004).

Так как в условиях Севера и Севера-Запада России температура является лимитирующим фактором для жизнедеятельности биологических видов, можно предположить наличие в микробиологичес�