Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Антропогенное преобразование почв и почвенного покрова острова Валаам

ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Антропогенное преобразование почв и почвенного покрова острова Валаам"

■цб О» - 5 №

на правах рукописи

ФРОЛОВА ТАТЬЯНА ЮРЬЕВНА

АНТРОПОГЕННОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ПОЧВ И ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА ОСТРОВА ВАЛААМ

Специальность 03.00.27 - почвоведение

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва - 1996

Работа выполнена на кафедре географии почв факультета почвоведения Московского государственного университета им М.В. Ломоносова

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор

Урусевская И. С.

' Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор,

Васильевская В. Д.

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Тонконогов В.Д.

Ведущая организация: Санкт-Петербургский государственный университет.

Защита состоится п1й.п ¿¿ЛЗ^Л 1998 г. в 15 час 30 мин, в аудитории М-2 на заседании Диссертационного Совета К.053.05.16. факультета почвоведения МГУ им. М.В.Ломоносова. Отзывы на автореферат просим направлять по адресу: 119899, Москва. Воробьевы горы, МГУ, факультет почвоведения. Ученый Совет. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке факультета почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова. Автореферат разослан " СЬизКръыъ г.

Ученый секретарь Диссертационного Совета

Г.В. Мотузова

КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность работы. Изучение антропогенно преобразованных почв острова Валаам позволяет установить характер и направление преобразования созданных человеком почвенных свойств, благоприятных для сельскохозяйственных растений, оценить их устойчивость и выявить возможные пути их развития при агрогенном воздействии. Изученные закономерности могут-быть использованы в качестве научной основы для выбора направлений наиболее эффективного и "экологичного" использования почв. Эти проблемы приобретают особую важность потому, что о. Валаам находится в мало благоприятной для земледелия зоне средней тайги, в окружении бедных песчаных почв и потому, что природа острова уникальна и легкоранима, требующая к себе самого бережного отношения.

Объекты и методы исследования. Объектами исследования являются антропогенно преобразованные почвы острова Валаам, отличающиеся длительным и интенсивным использованием, а также почвенный покров сельскохозяйственных угодий острова. Для. изучения изменений в строении и свойствах почв при окультуривании нами был использован метод почв-аналогов, заключающийся в сопоставлении природных и окультуренных почв одного типа, формирующихся в одинаковых литолого-геоморфологических условиях и находящихся в непосредственной близости друг от друга (10-20 м), но под разными типами растительности (под лесом и под сеянным лугом, пашней или дубовой рощей) В исследовании агроземов (насыпных почв садов и пашен) мы ограничились характеристикой их свойств на текущий период времени. При этом использовались архивные данные о времени и способе их создания. Для изучения почвенного покрова сельскохозяйственных угодий о. Валаам было произведено их крупномасштаб-

ное картирование. Химические, физико-химические, морфологические анализы почв, статистическая обработка результатов выполнены автором.

Цель исследований состояла в изучении характера, направления и степени устойчивости антропогенного преобразования почв и почвенного покрова острова Валаам.

В соответствии с целью были поставлены следующие задачи:

1. Изучить разные модели антропогенного почвообразования и выявить основные типы профилей почв под разными типами сельскохозяйственных угодий.

2. Выявить и исследовать на разных уровнях организации характер и степень антропогенного воздействия на естественные почвы Валаама.

3.На основе сопряженного сравнительно-географического, морфологического и физико-химического анализа дать разнообразную характеристику антропогенно преобразованных почв и определить их устойчивость.

4.Уточнить классификацию антропогенно преобразованных почв острова Валаам.

5. На основании почвенного картографирования и с помощью обобщения литературного материала проследить изменение почвенного покрова под влиянием антропогенного воздействия и дать рекомендации по охране и рациональному использованию почв острова Валаам.

Научная новизна. Впервые были определены характер, степень и устойчивость антропогенного воздействия на почвы о. Валаам, выявлены антропогенные изменения почвенного покрова острова. Классификация окультуренных почв в настоящее

время разработана только для дерново-подзолистых почв южной тайги. Мы предложили классификацию окультуренных и насыпных почв острова, находящегося в подзоне средней тайги, а также показатели различных степеней окультуренности для подзолистых, дерново-глеевых почв и буроземов.

Практическое значение. Возобновление земледелия на Валааме после 50-летнего перерыва требует выяснения условий для наиболее эффективного использования почв, в чем должно помочь данное исследование. Кроме того практическое значение имеет изучение опыта весьма успешного окультуривания в такой малоблагоприятной для земледелия зоне, как средняя тайга, а также выявление закономерностей, происходящих в почве в ре-' зультате прекращения их обработки. Данное исследование может быть использовано в качестве научной основы тех направлений использования почв, которые способствуют сохранению почвы как природного тела, воспроизводству и повышению ее плодородия.

Апробация. Основные результаты исследований были представлены на конференциях молодых ученых ф-та почвоведения МГУ "Современные проблемы почвоведения и экологии" в 1993 и 1994 годах, на заседаниях кафедры географии почв ф-та почвоведения МГУ.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 работ.

Объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, выводов, приложений. Содержит 252 страницы машинописного текста, 22 рисунка, 32 таблицы, почвенные карты, фотографии. Список литературы включает 225 источников, из которых 12 иностранных.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ГЛАВА I. ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ И ПОЧВЕННЫЙ ПОКРОВ ОСТРОВА ВАЛААМ

Климат острова слабоконтинентальный. Рельеф денудацион-но-тектонический. сильнорасчлененный. характеризуется вытянутыми в северо-западном направлении грядами, разделенными заболоченными понижениями или озерами. Почвообразующие породы - элювий и элюво-делювий габбро-диабаза, морена последнего оледенения, озерно-ледниковые глины, суглинки, супеси и пески. Естественная растительность представлена сосновыми и еловыми среднетаежными лесами. Для почвенного покрова характерно господство подбуров и буроземов. Распространение подзолистых почв на острове ограничено. Межсельговые понижения заполнены дерново-глеевыми и болотными почвами.

ГЛАВА II. АНТРОПОГЕННО ПРЕОБРАЗОВАННЫЕ ПОЧВЫ ОСТРОВА ВАЛААМ

В главе рассмотрено современное состояние проблемы разработки классификации антропогенно преобразованных почв.

В зависимости от способа создания, характера и степени воздействия на почвы о. Валаам были сформированы антропогенно поверхностно- и глубоко-преобразованные почвы (табл.1). Статистическая обработка морфологических показателей и агрохимических свойств почв позволила нам предложить разделение поверхностно-преобразованных почв на 3 группы по степени окультуренности (табл.2). Глубоко-преобразованные почвы, относящиеся к отделу агроземов, в зависимости от подстилающих культурную часть профиля горизонтов,- мы разделили агроземы на типы: АВТОМОРФНЫЕ ПОЧВЫ. Пип: обычные агроземы. 2Тип: альфегумусовые агроземы. ЗТип: иллювиально-метаморфические агроземы. ПОЛУГИДРОМОРФНЫЕ ПОЧВЫ. 1Тип: глеевые. 2Тип: глее-

ватые альфегумусовые.

' Антропогенно преобразованные почвы о. Валаам. Таблица 1.

Поверхностно-преобразованные почвы

Глубоко-преобразованные почвы

Освоенные почвы

Окультуренные почвы

Культурные почвы

Агроземы с остаточными естественными горизонтами

Агроземы без остаточных естественных горизонтов

Система почвенных горизонтов не нарушена за исключением подстилки. В верхней части профиля - гетерогенный пахотный » горизонт Ар мощностью 10-20 СМ. в котором механически перемешаны естественные горизонты АО, А1 Состоит из четко различимых фрагментов.

Сохранены типовые черты исходных естественных горизонтов В верхней части про филя хорошо выраженный гомогенный пахотный горизонт Ар, мощностью от 15 до 30 см, состоящий из полностью перемешанных горизонтов А0.АНА2), функционирующий как единое целое, обладающий едиными морфологическими, химическими и физическими свойствами

Сохранены типовые черты исходных естественных горизонтов В верхней части профиля хорошо выраженный гомогенный пахотный горизонт Ар, мощностью более 20 см, характеризующийся наиболее благоприятными для с/х растений показателями, состоящий из полностью перемешанных горизонтов А0.АИА2), функционирующий как единое целое. обладающий едиными морфологическими, химическими и физ. свойствами

В нижней части почвенного профиля сохранены некоторые черты исходной почвы. В верхней части профиля -гомогенный насыпной или полностью трансформированный культурой горизонт Р. мощностью от 18 до 72 см. состоящий, из полностью Перемешанных 2-3 горизонтов естественной почвы добавлением органических и минеральных веществ, обладающий едиными морфологическими. химическими м физическими свойствами, функционирующий как единое целое

Черты исходной почвы в профиле отсутствуют. Почва представлена насыпным или полностью трансформированным горизонтом Р. гомогенным по сложению мощностью ДО 30 см. состоящим из полностью перемешанных горизонтов естественной почвы с добавлением органических и минеральных веществ, обладающим едиными морфологическими, химическими и физическими свойствами, функционирующим как единое целое.

Показатели различных степеней окультуренности для почв сельхозугодий о-ва Валаам. Таблица 2.

Степень окультуренности почв Мощность Ар, см PHkcl Гумус, % Сгк Сфк обеспечен. Р205 и м сумма Ca Mg. мг-экв ЮОг степ, насыщ ос-ми %

Культурные 1 0 Д 3 0 25-30 см и более ЛИС' 4,55,5 ' Ы Е 4-5 И выше П 1.01.5 0 Ч В высокая i 20-30 более 80

Окультуренные 20-25 см 4.05.0 3-4 0,71.0 средняя 10-20 60-80

Освоенные 10-20 см 3.04.0 2-3 0.50.7 средн. низкая менее 10 30-60

Культурные I более 30 см 3 У Р 0 5. 05.5 3 Е М более 6 i 1.01.5 высокая 25-35 70-90

Окультуренные 15-30 см 4,55,0 5-6 0. 91.3 высок-кая 20-30 60-80

Освоенные менее 15 см. 3,54,5 3-5 0.50.9 высок, средн. 10-20 40-70

} Культурные 1 Е Р Н 0 20-25 см В 0 - I 4,55.5 'ЛЕЕ более 5 ВЫЕ 1.01.2 П 0 Ч высокая В Ы 40-60 более 80

Окультуренные 15-25 СМ 4,04.5 4-5 1.01.2 средн. высок. 20-40 60-80

Окультуренные деградированные 10-20 СМ 3,54-0 2-4 1.01.2 средняя 10-20 50-70

ГЛАВА III. АНТРОПОГЕННОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ПОЧВ ОСТРОВА ВАЛААМ

ПРИ ОКУЛЬТУРИВАНИИ.

Для выявления изменений в строении и свойствах почв при окультуривании был использован метод почв-аналогов, заключающийся в сопоставлении природных и окультуренных почв одного типа, формирующихся в одинаковых геоморфологических условиях и находящихся в непосредственной близости друг от друга, но под разными типами растительности (лесной и культурной). Та-

ким образом было вскрыто и описано 9 разрезов естественных почв и почв разной степени окультурённости (табл.3).

Список исследованных почв. Таблица 3.

Целинные почвы. Антропогенно-преобразованные почвы.

N раз Название почвы Угодье N раз Название почвы Угодье

1/92 Глубокоподзолистая поверхностно глееватая легкосуглинистая на морене Елово-берез. лес с черникой 2/92 Окультуренная • подзолистая поверхностно-глееватая супесчаная на морене Культурный разно-трав.-злак, луг

10/92 Подзол торфянис-то-глеевыи аль-фегумусовый песчаный на озерно-ледниковых отложениях Ельник черничник 6/92 Культурный подзол глееватый альфегумусовый песчаный на озерно-ледник. отложениях Дубовая роща

3/93 Дерново-глеевая супесчаная на озерно-ледниковых отложениях Осинник папо-ротн.-тавол. 7/92 Окультуренная дерново-глеевая старопахотная супесчаная на озерно-ледник. отложениях Елово- берез. лес 50-70 лет

8/92 Окультуренная дерново-глеевая деградированная супесчаная на озерно-ледник. отложениях Культурный разно-трав.-

12/92 Бурозем супесчаный на элювии габбро-диабаза с примесью морены Ельник черни-чно-травяной 13/92 Окультуренный бурозем легкосуглинистый на элювии габбро-диабаза с примесью морены Пашня

III.1. МОРФОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ ПОЧВ И ЕГО ИЗМЕНЕНИЕ

ПРИ ОКУЛЬТУРИВАНИИ. При окультуривании изученных почв происходит формирование нового почвенного профиля с гумусирован-' ным пахотным горизонтом, гомогенным по сложению, обладающим устойчивой агрегированностью с высокой меж- и внутриагрегат-

ной порозностью и преобладанием биогенных агрегатов. Для целинных почв характерны признаки формирования гумуса типа "модер", а для окультуренных - признаки биогенной гумусовой аккумуляции. В верхних горизонтах подзолистых почв идут элювиально-иллювиальные процессы. В окультуренной подзолистой почве они приводят к формированию уплотненной "плужной подошвы" и постепенному изменению генетической природы горизонта A2g, в который вносятся ил. гумус и гидроокислы железа. Осветление сверху вниз почвенной массы горизонта Р культурного подзола, возрастание содержания отмытых минеральных зерен и появление в нижней части горизонта гумусово-глинис-• той кутаны свидетельствуют об элювиальной трансформации агрикультурного слоя, которая приводит к формированию элювиально-иллювиального субпрофиля в исходно однородной толще агрикультурного горизонта. В окультуренной деградированной дерново-глеевой почве наблюдается уплотнение и осветление верхнего горизонта; ухудшение структуры; разрушение агрегатов в связи с выносом части глинистых минералов в подпахотный горизонт; уменьшение биологической агрегированности; увеличение подвижности гумуса; преобладание пассивных микроформ гумуса: дисперсного и углистого. Для старопахотной почвы характерны осветление нижней части старопахотного горизонта, формирование типичной пластинчатой структуры, увеличение количества горизонтально ориентированных пор. При микроморфологическом изучении окультуренного бурозема заметны признаки активизации альфегумусовой миграции: наличие в пахотном и подпахотном горизонтах красновато-бурых гумусо-во-глинистых кутан, более мощных, чем в целинной почве.

III.2. ГУМУСНОЕ СОСТОЯНИЕ ПОЧВ И ЕГО ИЗМЕНЕНИЕ ПРИ ОКУЛЬТУРИВАНИИ. Изменения в содержании и составе гумуса почв при их окультуривании прослеживаются лишь в верхних горизонтах почв, испытывающих (или не испытывающих) антропогенное воздействие.

Содержание гумуса в окультуренной подзолистой почве, по сравнению с целинной, увеличивается с 2,57 до 4.25%. запасы гумуса в слое 0-20 см в 4 раза выше, чем в лесной почве, а запасы азота - в 2 раза. Тип гумуса изменяется от гумат-но-фульватного к фульватно-гуматному. Отношение Сгк/Сфк становится равным 1,1. В составе гумуса при окультуривании подзолистой почвы возрастает количество ГК. связанных с кальцием с 3,0 до 9.3% от Собщ. Из-за уничтожения естественной растительности и освоения почв возрастают темпы минерализации гумусовых кислот и в первую очередь минерализуются менее конденсированные и более подвижные фульвокислоты. Их относительная доля значительно убывает (с 47 до 30% от Собщ) в основном за счет сокращения фракций ФК1, и особенно ФК1а, которая является показателем подзолистого процесса. В группе гуминовых кислот содержание фракции■ ГК1 также значительно уменьшается (с 26,2 до 19,6% от Собщ). хотя она и остается преобладающей. Фракции прочносвязанных с минеральной частью почвы ГК и ФК практически остаются в том же количестве, что и до окультуривания.

При интенсивном окультуривании глеевого подзола происходит значительное увеличение гумуса с 0,27% в верхнем минеральном горизонте целинной почвы до 9,99-7,41% в агрикультурном горизонте культурного подзола. Запасы гумуса в слое

0-20 см при этом возрастают с 3 до 172 ц/га. Тип гумуса изменяется от фульватного к фульватно-гуматному, отношение Сгк/Сфк увеличивается до 1.5. Главную роль в составе гумуса верхнего горизонта культурного подзола играют гуминовые кислоты. а среди них - ГК. прочно связанные с минеральной частью (42Ж от суммы ГК). Появляется фракция ГК. связанных с Са ( 24% от суммы ГК ). которая в целинной почве отсутствовала. Подвижность гумуса уменьшается.

При усилении антропогенного воздействия на дерново-гле-евую почву, сопровождающегося ее деградацией, происходят следующие изменения в их гумусном состоянии: уменьшение содержания гумуса с 4.61% до 3,87% и его запасов; снижение доли подвижных и "агрессивных" гумусовых веществ (ФК1а в верхнем горизонте целинной дерново-глеевой почве 9.7% от Собщ, в оультуренной деградированной - 5,8% от Собщ, соответственно уменьшаются количества фракций ФК1 и ГК1); увеличение доли гумусовых веществ, связанных с кальцием (ГК2 возрастает с 8 до 32% от суммы ГК); увеличение отношения Сгк/Сфк с 0.9 до 1.1 и изменение типа гумуса с гуматно-фульватного на фуль-ватно-гуматный; повышение содержания общего азота и обогащения азотом гумуса.

При прекращении сельскохозяйственного использования ранее окультуренной почвы происходит изменение типа гумуса от фульватно-гуматного к гуматно-фульватному (Сгк/Сфк в деградированной почве 1,1. в старопахотной - 0.9) возрастает его. подвижность, уменьшается степень гумификации и содержание ГК, связанных с Са (с 32 до 10% от суммы фракций ГК). В то же время, количество гумуса в старопахотной почве увеличива-

ется. по сравнению с почвой, находящейся в современном использовании с 3,87 до 4,20%

При окультуривании бурозема тип гумуса меняется с гу-матно-фульватного на фульватно-гуматный, Сгк/Сфк при этом увеличивается с 0,9 до 1,3, возрастает содержание гумуса с 5,29 до 7,81 и примерно равномерно - всех групп гумусовых веществ, кроме фракции ФК1, которая снижается с 14,4 до 8.8% от Собщ.

Таким образом, окультуривание почв приводит к резкому разделению почвенного профиля по составу и содержанию гумуса на 2 части: окультуренную гумусовую толщу и нижележащие горизонты. В окультуренном слое происходит относительное накопление ГК, связанных с кальцием, негидролитического остатка; уменьшение подвижных фракций гумусовых веществ.

III.3. ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И МИКРОАГРЕГАТНОЕ СОСТОЯНИЕ ПОЧВ И ИХ ИЗМЕНЕНИЕ ПРИ ОКУЛЬТУРИВАНИИ. При окультуривании подзолистой почвы, сопровождающемся внесением удобрений и известкованием, уменьшается степень кислотности почвы (рНКС1 ' в верхнем горизонте целинной подзолистой почве равен 3,5, в окультуренной - 4,1), возрастает содержание обменных оснований с 14,4 до 17,7 мг-экв/ЮОг почвы, доступных для растений соединений фосфора с 32,2 до 49,5 мг/100г почвы и калия с 16,0 до 20,0 мг/100г почвы. По данным гранулометрического анализа наблюдается значительное обеднение илом пахотного горизонта окультуренной подзолистой почвы, по сравнению с верхним горизонтом целинной (содержание илистой фракции в верхнем горизонте снижается с 11 до 7%). Фактор дисперсности при этом уменьшается с 12 до 4%, а фактор структурности и

степень агрегированности равномерно возрастают. Понижение при этом гранулометрического показателя структурности с 33 до 17% говорит о том, что часть ила уже вошла в состав проч. ных органо-минеральных соединений, а часть - вымылась в нижележащие горизонты.

Окультуривание наименее благоприятной для земледелия почвы - песчаного подзола - привело к значительному увеличению в нем подвижных питательных элементов: фосфора - в 2, а калия - в 4 раза. При этом несколько уменьшилась кислотность (рНКС1 увеличилась с 3,1 до 3,5), а содержание обменных оснований и степень насыщенности ими почвы практически не изменились. Структурное состояние культурного подзола, по сравнению с целинным, значительно улучшилось. Фактор структурности увеличился с 20 до 92%, степень агрегированности осталась низкой (5%) так как компонентный состав почвы (смесь песка с органическим веществом) создает мало возможностей для образования прочных органо-минеральных соединений.

При возрастании антропогенной нагрузки на дерново-глее-вую почву и ее деградации происходит увеличение степени кислотности (рНКС1 в верхнем горизонте целинной дерново-глеевой почвы равен 4,7, в окультуренной деградированной - 4,0). Хотя содержание обменных оснований при окультуривании почвы возрастает с 13,6 до 18,2, степень насыщенности ими почвы падает с 74 до 58%. Наблюдается значительное изменение в структурном состоянии и усиление дифференциации почвенного профиля по илу. Особенно заметно при деградации почвы ухудшение структуры. Фактор дисперсности в деградированной поч-

ве. по сравнению с целинной, увеличивается с 4 до 68%; фактор структурности, показывающий водопрочность структуры уменьшается с 95 до 31%; степень агрегированности - с 23 до 10%.

В старопахотной почве, заросшей лесом 50-70 лет назад, произошло в разной степени значительное изменение химических и структурных показателей, по сравнению с дерново-глеевой почвой под лугом: увеличение кислотности (pH КС1 изменился с 4,0 до 3.2), небольшое уменьшение содержания обменных оснований (с 18,2 до 16,Змг-экв/ЮОг почвы), значительное снижение содержания подвижного фосфора (с 42,7 до 23,6 мг/100г почвы), количество калия осталось на прежнем уровне. Почвенная структура при этом стала более прочной: фактор структурности увеличился с 31 до 76%, степень агрегированности - с 10 до 21%.

При окультуривании бурозема происходит небольшое снижение кислотности (рНКС1 в верхнем горизонте целинного бурозема равен 3,6, окультуренного - 3,8), равномерное увеличение количества обменных оснований с 23,4 до 26,О мг-экв/ЮОг почвы, степени насыщенности основаниями с 69 до 73%, содержания подвижных фосфора и калия. По данным гранулометрического состава, усиление вымывания ила из верхнего горизонта бурозема при окультуривании не диагностируется. В пахотном горизонте окультуренного бурозема наблюдается некоторое понижение фактора структурности, по сравнению с верхним горизонтом его целинного аналога с 91 до 88%, в то же время степень агрегированности увеличивается более чем в 2 раза.

В целом окультуривание почв сопровождается уменьшением кислотности, увеличением содержания обменных оснований и доступных для растений форм фосфора и калия, улучшением структурного состояния почв.

ГЛАВА IV, СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА АГР03ЕМ0В.

Для детального изучения нами были выбраны 4 агрозема садов и пашен.(табл.4).

Список исследованных агроземов. Таблица 4.

Ираз-реза Название почвы Угодье Почвенный профиль Мощность культурн. слоя, см

9/92 Агрозем иллювиально-метаморфический супесчаный на элювии габбро-диабаза Пашня Р-РВЬГш-ВЬГш-Б 18

3/92 Агрозем иллювиально-метаморфический супесчаный на элювии габбро-диабаза Сорная растительность Р1-Р2-РЗ-ВШ-т -В 60

4/92 Агрозем глееватый супесчаный на озерно-ледниковых отложениях Яблоневый сад Р1-Р2-РЗ-Р4-С 72

11/92 Агрозем обычный супесчаный на плите габбро-диабаза Яблоневый сад Р1-Р2-Б 30

IV.1. МОРФОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ АГРОЗЕМОВ. Агроземы име-

ют в верхней части профиля полностью преобразованные культурой горизонты Р, мощностью от 18 до 72 см (табл.4), в которых встречается большое количество антропогенных включений: угольки, кусочки кирпича, стекла, керамики, металла. Культурные горизонты агроземов равномерно прокрашены в темно-серые тона, преимущественно или частично оструктурены, характеризуются хорошей агрегированностью, с преобладанием агрегатов округлой формы, высокой меж- и внутриагрегатной пороз-

ностью. Почвенная масса состоит из бесструктурного материала и большого количества прочных копролитов. Органическое вещество представлено большим количеством растительных остатков разной степени разложения и тонкодисперсным гумусом ярко-бурого цвета. Встречаются обугленные растительные остатки, а также кусочки органики коричневого цвета с хорошо сохранившимся анатомическим строением, характерные для торфа. Заметны отмытые зерна минералов. Со времени образования аг-роземов культурный слой, если мощность его относительно велика, претерпел некоторое изменение своей исходной горизонтальной однородности. С глубиной в горизонтах Р наблюдается снижение интенсивности окраски, обусловленной гумусом, уменьшение количества растительных остатков и возрастание содержания отмытых минеральных зерен. В подстилающих насыпную часть профиля горизонтах садовых агроземов, если они есть, наблюдаются натеки железисто-гумусово-глинистого состава, что говорит о развитии элювиально-иллювиальных процессов.

IV. 2. ГУМУСНОЕ СОСТОЯНИЕ АГРОЗЕМОВ. Со времени конструирования агроземов процесс преобразования органического вещества (ОВ) выражался, главным образом, в усилении его разложения и минерализации. Групповой и фракционный состав гумуса культурных горизонтов агроземов обусловлен не столько новообразованием гумусовых веществ, сколько внесением их готовых с органическими удобрениями. Все агроземы садов отличаются высоким содержанием гумуса и довольно плавным его снижением в культурной части профиля, за пределами которой оно резко падает. Максимальное количество гумуса

(12,2-11,7%) и его запасы (до 338 т/га) имеет агрозем обычный. Меньшими величинами по этим показателям характеризуются агрозем иллювиально-метаморфический и агрозем глееватый. В горизонте Р первого содержится 10,2-7,5% гумуса и 287 т/га в метровом слое, в горизонте Р второго - 6,6-3,3%, 185 т/га в слое 0-100 см. В составе гумуса культурных горизонтов агро-земов садов наиболее значительная роль, по сравнению с изученными целинными и окультуренными почвами, принадлежит гу-миновым кислотам. Тип их гумуса - фульватно-гуматный. Отношение Сгк/Сфк в верхнем горизонте иллювиально-метаморфичес-кого агрозема равно 1,8, глееватого - 1,5, обычного - 1,4. Среди фракций ГК преобладают свободные и непрочно связанные с минеральной частью гумусовые вещества (48 72 и 49% от суммы фракций ГК). На втором месте в агроземе иллювиально-мета-морфическом стоят прочносвязанные ГК (33-35% от суммы ГК) а в глееватом и обычном - ГК, связанные с кальцием (11-31% и 30-34% соответственно). Среди фульвокислот в наименьшем количестве находятся фракции ФК1а, причем характерно резкое возрастание их остаточных естественных горизонтах агроземов, если они есть, что частично объясняется вымыванием их из культурного слоя.

Горизонт Р агрозема иллювиально-метаморфического, сформированного на пашне, отличается от культурных горизонтов почв садов низким содержанием гумуса (3,4%), которое постепенно снижается вниз по профилю, а также наименьшими запасами гумуса среди всех изученных агроземов (150 т/га в слое О-ЮО см). В составе гумуса данной почвы преобладают гумино-вые кислоты. Тип гумуса фульватно-гуматный. Отношение

Сгк/Сфк в верхнем горизонте равно 1,4. Среди фракций ГК почти в равных количествах представлены свободные гуминовые кислоты (38% от суммы ГК) и связанные с кальцием (40%), причем содержание первых вниз по профилю возрастает, а вторых уменьшается. Доля ГК, прочно связанных с минеральной частью, значительно ниже (22%). Количества фульвокислот в горизонте Р примерно равны, и равномерно возрастают вниз по профилю.

Таким образом, агроземы о.Валаам существенно отличаются от естественных почв оптимизацией гумусного состояния, что выражается в значительном увеличении содержания и запасов гумуса, улучшением его качественного состава.

IV. 3. ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И МИКРОАГРЕГАТНОЕ СОСТОЯНИЕ АГРОЗЕМОВ. Агроземы садов имеют во многом сходные химические свойства и микроагрегатное состояние. Они характеризуются слабокислой реакцией среды (рНкс1 .в горизонте Р иллювиаль-но-метаморфического агрозема - 6,0-6,6, глееватого 5,1-6,2, обычного - 5,5-5.6), очень низкой гидролитической' кислотностью (2,8-3,5 мг-экв/ЮОг почвы в культурном горизонте агрозема иллювиально-метаморфического, 1.7-2,5 - глееватого. 8,1-8,5 - обычного) и почти полной насыщенностью ППК основаниями на протяжении всего почвенного профиля. Наибольшим количеством обменных оснований обладает почвенный поглощающий комплекс иллювиально-метаморфического агрозема: 120,9 мг-экв/ЮОг кальция и 40,4 - магния в подгоризонте Р1. Содержание их в остальных агроземах ниже, хотя довольно высокое, по сравнению с другими изученными почвами. Подвижные элементы минерального питания в культурных горизонтах имеются в среднем количестве, а в иллювиально-метаморфическом аг- •

роземе - в относительно повышенном (20-40 мг/100г фосфора и 20-37 мг/100г калия),причем они равномерно распределены по . всему профилю почвы. По данным гранулометрического состава обнаруживается, что с течением времени культурной слой агроземов приобрел некоторую дифференциацию по илу. Структура горизонтов Р агроземов садов непрочная. Фактор структурности не превышает 75%, степень агрегированности - 26%.

Агрозем иллювиально-метаморфический, сформированный на пашне, характеризуется кислой реакцией среды (рНкс1 =. 5,3-5,8) и низкой гидролитической кислотностью (не более 6,7 мг-экв/ЮОг), высоким содержание обменных оснований (29.8 мг-экв/ЮОг), высокой насыщенностью ППК основаниями (82% в горизонте Р). Содержание подвижных элементов питания среднее. Дифференциации почвенного профиля по илу не наблюдается. Структура горизонта Р непрочная. Фактор структурности в нем равен 70%. степень агрегированности - 14%. Потенциальная способность почвы к оструктуриванию низкая (гранулометрический показатель структурности в горизонте Р = 6%).

Таким образом, для агроземов о.'Валаам характерны слабокислая реакция почвенной среды, почти полная насыщенность ППК основаниями, высокая и средняя обеспеченность подвижными формами фосфора и калия, непрочная почвенная структура.

ГЛАВА V. НАПРАВЛЕНИЕ И УСТОЙЧИВОСТЬ АНТРОПОГЕННОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПОЧВ ОСТРОВА ВАЛААМ.

Для изучения развития антропогенно измененных почв нами применялся метод сравнительного анализа, заключающийся в сопоставлении разных рядов трансформации почв: по развитию процессов окультуривания, деградации, реградации под естест-

венным ценозом и т.д.

Схема антропогенного преобразования почв острова Валаам.

Рисунок 1.

=>■ конструирование почв

преобразование почв в ходе их окультуривания, сущность культурного процесса почвообразования заключается в образовании мощного, гомогенного, богатого гумусом гуматного или фульватно-гуматного типа, оструктуренного и биологически активного пахотного или агрикультурного слоя с ППК, насыщенным основаниями и благоприятным для культурных растений водно-физическим, тепловым и пищевым режимами. В то же время, антропогенное преобразование почв не снимает элювиально-иллювиальный характер почвообразования, что диагностируется при микроморфологических исследованиях и усилению при окультуривании дифференциации почвенного профиля по илу. Для агроземов характерно образование субпрофиля по распределению ила в исходно однородной культурной толще. Антропогенное преобразование изученных почв неустойчиво, особенно неустойчивы полугидроморфные почвы, на которые в наибольшей' степени влияют последствия нарушения дренажной сети. Для окультуренных буроземов (и особенно подбуров) расположенных на склонах сельг высока возможность развития водной эрозии. Неустойчивости антропогенного преобразования агроземов спо-

собствует промывной режим и тот факт, что со времени своего создания они еще не полностью приобрели весь набор свойств, характерных для хорошо сформированных, устойчивых к внешним воздействиям почв.

ГЛАВА VI. АНТРОПОГЕННОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ПОЧВЕННОГО П0К-. РОВА ОСТРОВА ВАЛААМ. ОХРАНА И РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОЧВ. Антропогенное преобразование почвенного покрова острова изучалось на основании крупномасштабного картографического материала. Для почвенного покрова сельскохозяйственных угодий Валаама характерны высокая сложность, контрастность и мелкоконтурность. В состав почвенного покрова сенокосов и пашен острова Валаам входят эродированные, смытые, намытые и вторично заболоченные почвы, а среди полугидроморфных - деградированные. Вследствие выпахивания и смыва слоистой почво-образувдей породы часты мозаики супесчаных, .суглинистых и глинистых дерново-глеевых и дерново-глееватых почв. В то же время, при освоении полей произошло исчезновение микрокомбинаций почвенного покрова, связанных с микрорельефом. Под воздействием дренажа происходит сглаживание различий гидротермических режимов и, в ряде случаев, свойств почв. Вместе с тем. он вызывает появление новых, ранее отсутствующих факторов пестроты почвенного покрова: гидрологическая и диалогическая пестрота. Структура почвенного покрова садов под воздействием антропогенных факторов полностью изменилась, что связано с подсыпкой грунтов, созданием дренажной сети и ее нарушением. Для СПП садов характерно сочетание мощных насыпных почв разной степени оглеенности, комплексы и пятнистости вторично переувлажненных почв после нарушения дренажа.

усложнение почвенного покрова полосами вторично переувлажненных почв вдоль канав, "узорами" троп на вытоптанных . участках. Для рационального использования почв о. Валаам необходимо проведение противоэрозионных мероприятий, восстановление дренажной системы, грамотное применение органических и минеральных удобрений, щадящая обработка почв и очистка их от камней. В садах важно осуществить мероприятия, направленные на улучшение почвенной структуры. Под кроны плодовых деревьев целесообразно подсеять многолетние травы. Для сохранения лесного покрова острова необходимо уменьшить поток туристов на Валааме, сократить количество пешеходных маршрутов в лесах, особенно тех, которые испытывают 3-ю стадию дигрессии. Леса 4-й и 5-й стадий дигрессии нужно объявить заповедной зоной и провести в них ряд мероприятий по восстановлению нарушенного растительного покрова.

ВЫВОДЫ.

1. Освоение и антропогенное преобразование почв на острове Валаам шло по двум различным направлениям: окультуривание естественных почв и создание (конструирование) новых, в результате чего сформировались поверхностно- и глубоко-преобразованные почвы.

2. Для разделения поверхностно-преобразованных почв по степени окультуренности мы предлагаем следующие диагностические показатели: мощность, цвет и структура пахотного горизонта, солевой рН. содержание гумуса, отношение гуминовых и фульвокислот. степень обеспеченности подвижными питательными элементами - фосфором и калием, сумма обменных оснований и степень насыщенности основаниями. Антропогенно глубо-

ко-преобразованные почвы мы отнесли к отделу агроземов и разделили типы, в зависимости от подстилающих культурную часть профиля горизонтов.

3. Результатом как окультуривания, так и конструирования почв является гомогенный гумусированный, оструктуренный пахотный или полностью преобразованный культурой горизонт,

' функционирующий как единое целое, для которого характерно повышенное, по сравнению с целинными почвами, содержание гумуса, а в его составе - гуминовых кислот, особенно связанных с кальцием и минеральной частью и негидролизуемого остатка. При этом происходит уменьшение кислотности среды (агроземы обладают слабокислой, почти нейтральной реакцией), увеличение насыщенности ППК основаниями и содержания подвижных элементов питания растений.

4. Окультуривание почв - непрерывный процесс. Если это условие нарушается, происходит деградация почв, сопровождающаяся понижением, по сравнению с целинными почвами, содержанием гумуса, увеличением кислотности среды и уменьшением насыщенности ППК основаниями, ухудшением структурного состояния.

5. Окультуривание почв микроморфологически диагностируется по микроагрегированности, биогенной переработанности почвенной массы, преобладание активных микроформ гумуса, разветвленной сети меж- и внутриагрегатных пор; деградация -• по дегумификаций и абиогенности, уплотнению и поверхностному оглеению почвенной массы, потере микроагрегированности и по-розности, увеличению количества пассивных микроформ гумуса, появлению подвижек тонкодисперсного вещества. Для культурной

части профиля агроземов характерно большое количество растительных остатков на разной степени разложения, копролитов, антропогенных включений; высокая пористость и частичная ост-руктуренность.

6. В антропогенно преобразованных горизонтах почв, на--ряду с гумусо-аккумулятивными ЭПП, идут элювиальные процессы, что подтверждается исследованиями гранулометрического состава и микроморфологии.

7. Антропогенное преобразование изученных почв, особенно агроземов, неустойчиво, так как многие их свойства созданы человеком и поддерживаются извне.

8. Антропогенное преобразование почвенного покрова острова Валаам заключается в усложнении СПП освоенных территорий за счет появления освоенных, окультуренных, культурных, эродированных, намытых и смытых. ' вторично•заболоченных и деградированных почвенных разностей; создания агроземов и усложнения почвенного покрова садов после их создания; появления литологической и гидрологической пестроты почвенного покрова, в связи с созданием и эксплуатацией дренажной сети. Уменьшение пестроты СПП пахотных территорий происходит за счет исчезновения микрокомбинаций почв, связанных с микрорельефом; сглаживания с течением времени различий в степени окультуривания почв разных типов и в их гидротермических режимах. Усложнение СПП лесных территорий - следствие возрастания рекреационных нагрузок за счет появления в разной степени эродированных и деградированных почв.

9. Для рационального использования почв о-ва Валаам необходимо восстановление дренажной системы, проведение мероп-

риятий по борьбе с водной эрозией, грамотное применение органических и минеральных удобрений, известкование кислых ■ почв, уборка валунов на каменистых почвах, улучшение структуры насыпных почв. Для сохранения лесного покрова острова необходимо снижение рекреационных нагрузок на лесные почвы.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Гумусное состояние естественных и окультуренных почв острова Валаам // Современные проблемы почвоведения и экологии. Тезисы докл. школы-семинара молодых ученых ф-та почво-' ведения МГУ. - Красновидово. - 1993. - С. 91.

2. Антропогенное преобразование почв острова Валаам // Современные проблемы почвоведения и экологии. Тезисы докл. конференции молодых ученых ф-та почвоведения МГУ. - Москва.

. - 1994. - С. 159.

3. Гумус естественных и окультуренных почв острова Валаам // Вестник Моск. ун-та. - Серия 17, почвоведение. -1994. - N 3. - С. 42-54 (в соавторстве).

4. Гумусное состояние антропогенных почв садов и рощ острова Валаам // Вестник Моск. ун-та. - Серия 17. почвоведение. - 1995. - N 1. - С. 13-23 (в соавторстве).

5. Микроморфологическая диагностика антропогенных изменений почв о.Валаам // Вестник Моск. ун-та. - Серия 17. почвоведение. - 1996. - N 3. - С. (в соавторстве).