Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Морфология и свойства целинных и освоенных пойменных почв среднего течения р. Печоры

ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Автореферат диссертации по теме "Морфология и свойства целинных и освоенных пойменных почв среднего течения р. Печоры"

• п Па правах рукописи

г 1 ^

Лаптева Елена Морисовна

МОРФОЛОГИЯ И СВОЙСТВА ЦЕЛИННЫХ И ОСВОЕННЫХ ПОЙМЕННЫХ ПОЧВ СРЕДНЕГО ТЕЧЕНИЯ р.ПЕЧОРЫ

Специальность 06.01.03 - Почвоведение

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Воронеж, 1995

Диссертационная работа выполнена в Институте биологии Коми научного центра Уральского отделения Российской академии наук.

Научные руководители: доктор сельскохозяйственных наук

Ия Васильевна ЗАБОЕВА

доктор биологических наук

-Петр Николаевич БАЛАБКО

Официальные оппоненты: доктор биологических наук

профессор Б.П.Ахтырцев.

кандидат сельскохозяйственных, наук

В. П. Тонких

Ведущее Учреждение: Почвенный институт им.В.В.Докучаева

Защита состоится 1995 года в часов на заседа-

нии специализированного совета Д 063.48.09 при Воронежском государственном университете (394693, г.Воронеж, госуниверситет, Университетская пл.1, биолого-почвенный факультет)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке госуниверситета.

Автореферат разослац^'/¡[О/р^ * 1995 г.

Ученый секретарь

Спецсовета !( Т.Н.Попова

ОБШАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Пойменные почвы в Республике Коми занимают 16 410 км2, что составляет 4,1% ее площади (Забоева, 1975). По хозяйственной значимости - это лучшие почвы, обладающие, по сравнению с зональными подзолистыми, высоким потенциальным и эффективным плодородием. Используются они как естественная кормовая база мясо-молочного животноводства.

Исследовательские работы, проводимые на пойменных ландшафтах Коми Республики, были направлены до настоящего времени, в основном, на изучение видового разнообразия растительности пойменных лугов, их биологической продуктивности, способов повышения хозяйственной продуктивности сенокосов и пастбищ, эволюции сеяных агроценозов (Самбук, 1930; Котелина, Хантимер,1959; Коте-лина, Дулесова, 1976; Мартыненко, 1989; Чупров, 1989)

Интенсивное вовлечение пойм в сельскохозяйственное производство, а та{<же разного рода техногенные нагрузки на пойму, требуют всестороннего изучения всех компонентов пойменного ландшафта и в первую очередь - пойменных почв, поскольку последние представляют собой молодые, динамичные и легкоранимые образования. Однако пойменные почвы Европейского Северо-Востока - их генетические особенности, характер влияния природных условий водосборного бассейна на формирование почв пойменной террасы, изменение свойств пойменных почв под влиянием антропогенного фактора в условиях Севера - остаются слабо изученными (Балабко, 1991; Га-фуров, Фирсова, 1992).

Цель исследования - комплексное изучение пойменных почп долины среднего течения р.Печоры, направленное на оценку их природного плодородия и характера его изменения под влиянием сельскохозяйственного освоения. В соответствии с этим были поставлены следующие задачи:

1). Изучить особенности почвенного покрова поймы Средней Печоры, состав и генетические свойства основных типов целинных пойменных почв.

2). Выявить характер изменения морфологических и агрохимических свойств пойменных почв следующего генетического ряда: дерновые, дерново-луговые, луговые под влиянием интенсивного сельскохозяйственного освоения.

3). Изучить особенности гумусного состояния пойменных почв Севера на примере исследуемого отрезка пойменной террасы.

4). Выявить специфику биологического круговорота азота и золь-

ных элементов на разных типах и подтипах пойменных почв под естественными и сеяными фитоценозами.

Научная новизна и практическое значение работы. Впервые для среднего течения р.Печоры дана морфогенетическая и аналитическая диагностика следующих типов и подтипов пойменных почв -дерновых, дерново-луговых и луговых. Выявлены особенности пойменного почвообразования в условиях северотаежного отрезка долины Средней Печоры.

Показано, что на формирование пойменных почв существенное влияние оказывают зональные факторы почвообразования.

Впервые получены данные по качественному и количественному составу органического вещества пойменных почв Средней Печоры.

Установлено, что интенсивное освоение пойменных ландшафтов Севера ведет к изменению агрохимических свойств пойменных почв и ухудшению их гумусного состояния.

Впервые определен баланс элементов питания в растительных сообществах, формирующихся на различных типах и подтипах пойменных почв и влияние на круговорот веществ в пойменных биогеоценозах Севера.их сельскохозяйственного использования.

Полученные данные дополняют и углубляют представления о генезисе и эволюции пойменных почв, о взаимосвязи поемно-аллювиальных и собственно почвообразовательных процессов в формировании почвенного профиля, о роли -зональных и гидролого-геоморфологических факторов в пойменном почвообразовании.

Результаты исследований могут явиться основой для разработки рекомендаций по рациональному использованию и охране пойменных почв Печорского Севера.

Апробация. Диссертация рассмотрена и рекомендована к защите на заседании Ученого Совета Института биологии Коми НЦ У рО РАН в сентябре 1994г.. Основные положения и результаты исследований докладывались на Республиканской и ежегодных научных конференциях молодых ученых Коми НЦ УрО РАН (1992, 1993, 199*1 гг.), школе-семинаре "Современные проблемы экологии и почвоведения" факультета почвоведения МГУ (1993, 1994 гг.), на кафедре географии почв Воронежского государственного университета (1995

г)-

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 работ и 2 работы находятся в печати.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, восьми глав, выводов, списка литературы и четырех приложений. Работа изложена стр. машинописного текста, содержит

таблиц, У 0 рисунков, ^^ иллюстраций^^"^ фотографий. Список

использованной литературы включает /Д/унаименований, в том числе работ зарубежных авторов.

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

В главе дается краткий обзор публикаций по исследованию пойменных почв Республики Коми. В работах А.А.Красюка (1925), К.Ф.Маляревского (1926, 1929), Ю.А.Ливерт>вско,го (1933, 1939, 1987), Е.Н.Ивановой (1949,1952), Н.П.Белова (1943, 1914,1957), К.П.Богатырева (1944), О.А.Полынцевой (1944), C.B. Беляева и др. (1962, 1965), Т.А.Стениной(1952, 1958) приведены морфологические и некоторые химические свойства пойменных почв рек Севера (Сысолы, Вычегды, Печоры, Косью, Усы, Ижмы). Показанв] их зональные особенности - значительная кислотность (рН = 3,7-4,7), ненасыщенность основаниями, широкое повсеместное развитие процессов оглеения.

О.А.Полынцевой (1944), Т.А.Стениной (1952), Н.П.Беловым (1957), С.В.Беляевым и др. (1962, 1965) отмечено развитие подзолистого процесса под пологом пойменных лесов, широко распространенных в долинах рек подзоны северной тайги. Авторы подчеркивают, что по мере выхода отдельных участков поймы из режима ежегодного затопления, роль подзолообразовательного процесса в формировании профиля пойменных почв возрастает и происходит постепенное приближение аллювиальных дерновых почв к ряду зональных.

Краткая характеристика морфологических и химических свойств основных подтипов пойменных почв, распространенных в бассейне Нижней Печоры, дана в работе Н.А.Крейда (1962), их микроморфологические особенности на примере кислых луговых профильноглее-ватых почв островной поймы рассмотрена П.Н.Балабко (1991), процессы оглеения изучены О.Ю.Белоцветовой (1990). Пойменные почвы бассейна Средней Печоры - их морфогенетические особенности, структура почвенного покрова, влияние гидролого-гео.морфологиче-ских условий речной системы на протекание почвообразовательных процессов - оставались не исследованными.

Глава 2. ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Полевые почвенные и ботанические исследования проводились на северотаежном отрезке поймы среднего течения р.Печоры в 1991-

199*2 гг. Лля более детального изучения рельефа местности, закономерностей распространения почв и растительности были заложены два топоэкологических профиля. Первый пересекает пойму напротив пос.Коненбор (целинная естественная noii.\ia), второй - у пос.Кедровый Шор (освоенная пойма).

Классификационное подразделение основных типов пойменных почв проведено в соответствии с классификацией, разработанной Г.В.Добровольским (1958, 1968).

На топоэкологических профилях были выделены ключевые участки с дерновой, дерново-луговой и луговой почвами, заложены почвенные разрезы, зафиксированы уровни залегания грунтовых вод, взяты образцы почв и грунтовых вод на анализы, определена объемная масса почв по генетическим горизонтам, зафиксированы парафином ориентированные монолиты ненарушенных образцов почв размером 10x10x10 см для микроморфологического анализа.

Аллювий улавливался в жестко закрепленные на поверхности почвы фотокюветы размером "28 х 21 см (в 3-х кратной повторно-сти). Гидротермический режим целинных и освоенных пойменных почв изучался в период экспедиционных работ (июнь-сентябрь 199 J -1992 гг.).

Продуктивность пойменных почв исследовалась в течение двух лет (1991 - 1992 гг.). Учет надземной и подземной фитомассы проводился один раз за вегетационный периоде 6-, 9-кратной повторности.

При аналитической обработке образцов почв и аллювия использованы общепринятые методы лабораторных анализов (Вадюнина. Корчагина, 1961; Агрохимические ... 1975; Аринушкина, 1962).

Показатели гумусного состояния почв оценивали по схеме Л.А. Гришиной и Д.С.Орлова (1975). Качественный состав гумуса определен но методу И.В.Тюрина в модификации В.В.Пономаревой и Т.А.Плотниковой (Агрохимические...1975). Формы железа исследовали по упрощенной схеме С.В.Зонна и А.Н.Рукака (1978).

Микростроение почв изучено в плоскопараллельных шлифах с помощью поляризационного микроскопа Полам Р-111 по методикам, изложенным в работах отечественных и зарубежных исследователей (Kubiena, 1970; Brewer, 1964; Парфенова, Ярилова, 1962, 1977; Bai, 1973; Методическое руководство по микроморфологии почв, 1983; Герасимова и др., 1992). Описание шлифов проведено с 72-кратным увеличением.

Глава 3. ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ

В главе дан краткий очерк природных условий района исследований: геологическое строение, рельеф и геоморфология бассейна Средней Печоры, гидрография и гидрология р.Печоры, климатические особенности северотаежного отрезка среднего течения р.Печоры, характеристика растительного покрова пойменной и надпойменных террас.

Среди рек севера Русской равнины р.Печора занимает первое место по длине русла (1814 км) и второе - по площади водосбора (32930 км2) после Северной Двины. По характеру рельефа бассейн р.Печоры представляет собой равнину, занимающую обширное пространство между Уралом и Тиманом. В соответствии с историческими, гидрографическими и гидробиологическими особенностями долина р.Печоры подразделяется на три основные части: верхнее течение, среднее и нижнее (Зверева, 1969). В бассейне Средней Печоры пойменная терраса наиболее хорошо развита на приусинском отрезке и относится к типу сегментно-островных пойм.

Климат в исследуемом районе - умеренно континентальный. В течение вегетационного периода здесь накапливается 1000 -1200" активных температур выше 10°С; среднегодовая температура - -2,5°С, абсолютный минимум температур - 48"С, максимум летних —Ь340С. Продолжительность безморозного периода 70-83 дня. Среднегодовое количество осадков - 600мм, основная их масса (65-68% годового количества) приходится на теплый период года (апрель-октябрь).

Пойменная терраса р.Печоры, не занятая сенокосными угодьями, облесена и закустарена. Вдоль русла реки размещаются заросли ив из Salix dasvklados, S.viminalis. Участки старой поймы (надпойменная терраса) заняты елово-пихтовыми зеленомошными лесами. Луговые пойменные сообщества представлены различными ассоциациями, состав которых определяется характером поемно-аллювиальной седиментации, уровнем залегания грунтовых под, геоморфологией поймы, характером антропогенного воздействия (Самбук, 1930, 1934; Мартыненко, 1989; Чупров, 1989).

На формирование почв в пойменных ландшафтах особое внимание оказывают паводковыц и аллювиальный процессы. В условиях средней Печоры весеннее половодье начинается в последних числах апреля и заканчивается в середине июня, амплитуда колебаний начала весенних процессов составляет более одного месяца.

Спад весеннего половодья происходит неравномерно, сопровождаясь неоднократными дополнительными подъемами воды, насту-

пающими после обильных дождей. Подобные колебания вызывают изменение глубины залегания зеркала грунтовых вод в аллювиальных луговых почвах, что влищет на их окислительно-восстановительный режим, протекание прЪцессов грунтового оглеения и гидрогенной аккумуляции веществ.

Наблюдения, проведенные за характером отложения наилков в районе исследования, показали, что их распределение связано не только с генетической областью поймы, но и с ее мезо- и микрорельефом. В связи с незначительной мутностью печорских вод и их слабой минерализацией, седиментация аллювиальных наносов на поверхность поймы крайне незначительна (Львович, 1971; Власова, 1988). В прирусловой части поймы отлагается преимущественно песчаный аллювий мощностью 3 -50 мм, в центральной - суглинистый, мощностью 0,1-3,0 мм. Отмечается увеличение мощности наилка в ивняковых зарослях, занимающих отрицательные элементы рельефа-

Таблица. 1

Химический состав аллювия

Генети- Элемент н2о | Р2Оь Гу- Обменные основа-

ческая мезо- рН ■ мус ния, (мг-экв. /100

область рельефа водн мг/100г % г почвы)

гюимы ' почвы | | Сумма

Прирус- Грива 6,4 2,1 2,3 2,0 8,0 2,4 10,4

ловая Пони-

пойма жение 6,1 6,1 - 3,0 4,8 14,0 4,4 18,4

Цент- Грива 6,8 15,4 2,8 5,4 17,8 7,5 25.3

ральная Пони-

пойма жение 6,2 15,3 3,2 7,3 19,1 5,9 24.9

Аллювий прирус'ловой области поймы характеризуется высоким валовым содержанием БЮг (83-86%) и относительно невысокими величинами полуторных оксидов (ГегОз - 3-6%; А^Оз - 7-13%). На долю оксидов кальция и магния приходится 0,7-1,0%.

Аллювий центральной поймы обогащен ИгОз (валовое содержание ТеоОз составляет 7-7,5%, АЬОз ~ 13-14%) и оксидами Са и (1,2-1,6%). В направлении от вершины гривы к межгривному понижению отмечается возрастание в составе аллювия доли ГегОа и АЬОз при соответствующем уменьшении доли кремнезема.

Результаты химического анализа аллювия (табл.1) также свидетельствуют о разнокачественндсти наилков, осевших в различных элементах рельефа. Паводковый аллювий, собранный на вершинах грив, имеет меньшую сумму обменных оснований, меньшее содер-

жание гумуса и подвижных форм калия и фосфора, чем аллювий межгривных понижений. При эхом наилки центральной поймы, по сравнению с прирусловой, значительно богаче элементами питания растений.

Глава 4. ЦЕЛИННЫЕ ПОЙМЕННЫЕ ПОЧВЫ

В главе дана морфогенетическая и физико-химическая характеристика дерновых, дерново-луговых и луговых почв бассейна Средней Печоры. Логово-гривистый рельеф целинной поймы, большое количество проток й стариц обусловили хорошую дренированность ее почвогрунтов, в связи с чем основную площадь поймы занимают аллювиальные дерновые и дерново-луговые почвы. Луговые почвы представлены в пониженных элементах рельефа и являются наиболее гидроморфными в исследуемом генетическом ряду.

Дерновые почвы формируются на песчано-супесчаном аллювии прирусловых гр'ив под мелкозлакопо- разнотравными лугами в условиях глубокого залегания грунтовых вод (3-3,5 м). Профиль дерновой почвы характеризуется небольшой мощностью, слабой генетической дифференциацией и слоистостью, свидетельствующей о незатухающем аллювиальном процессе.

Основными чертами микростроения дерновой почвы являются: слабая агрегированность, рыхлое микросложение, преобладание грубого гумуса, представленного обугленными слабогумифицирован-ными растительными остатками с сохранившимся клеточным строением; обедненность почвенной массы глинистым веществом; раздельно-чешуйчатое строение глинистой плазмы основы; отсутствие натечных форм глины; наличие железистых пленок на зернах первичных минералов; минеральный скелет состоит преимущественно из кварца.

Содержание органического вещества максимально в дерновом горизонте (4%), в нижележащих слоях оно резко падает, достигая 0,18% в подстилающем аллювии. Запасы гумуса в слое почвы 0-20см составляют 50 т/га. Тип гумуса гуматно-фульватный (Сгк:Сфк = 0,50,6). Реакция почвы кислая (рН сол. =3,6-3,8), ниж.е по профилю кислотность несколько снижается. Гидролитическая кислотность в дерновом горизонте - 14,2 мг-экв. на 100 г почвы, в гумусовом горизонте А1 и нижележащих слоях 5,9 и 2,3 мг-экв. на 100 г почвы. Степень насыщенности основаниями в Адер. 54%. в гор.С - 7(5 %. Сумма обменных оснований невысокая (4,8-9,9мг-экв на 100 г почвы). Статистические расчеты показали, что верхний 0-10 сантиметровый

слой дерновой почвы (горизонты Адер.+А1) слабо обеспечен калием (3,8 мг/ ШОг почвы) и фосфором (5,7 мг/100г почвы).

Данные по режиму влажности отражают типоспецифические особенности дерйовых пойменйых почв - зависимость влагообеспечен-ности дерновых почв от погодных и паводковых условий года, наличие в их профиле зоны иссушения, обусловленной отрывом от капиллярной каймы грунтовых вод, преимущественно атмосферный тип водного питания в течение летних месяцев. Благодаря этим особенностям,-дерновьн? почвы имеют крайне неустойчивый водный режим, влияющий как на урожайность фитоценозов, так и на протекание почвообразовательных процессов (Добровольский,"1968).

, Для луговой почвы характерна плотная, обильно переплетенная корнями дернина, зернистый гумусоаккумулятивный горизонт А1 и профильное оглеение, интенсивно проявляющееся с глубины 53 см. В горизонте отмечается появление железистых и марган-

цовистых новообразований.

Луговая почва имеет следующие микроморфологические показатели: гор.А1 характеризуется высокой агрегир-ованностью (гид-роморфный тип структуры), ожелезненностью гумуса и слабораз-ложившихся растительных остатков; железистые новообразования представлены пятнами с плотной центральной частью и диффузными размытыми краями; раздельночешуйчатой ориентацией'глинистой плазмы. Гор.А1^" и АВ^' характеризуются наличием зон окисления и восстановления (оглеение), раздельно-чешуйчатое глинистое вещество постепенно приобретает струйчато-волокнистую ориентировку, железистые новообразования представлены, наряду с хлопьями и пятнами, плотными нодулями с четкими ровными краями. Гор.В^" , B2g", B3g" имеют ярко выраженную дифференциацию почвенной массы - обедненные железом участки приобретают в параллельных николях сероватую, в скрещенных - серовато-голубоватую окраску. Участки, обогащенные оксидами железа, имеют темно-бурую окраску; глинистая плазма основы отчетливо просматривается в оглеенных зонах (незначительное содержание гумуса и обез-железнение основы "обнажают" глинистую плазму) и характеризуется струйчато-волокнистой и ооидной ориентацией. Для этого горизонта характерно обилие слоистых гумусо-глинистых анизотропных натеков. Железистые новообразования представлены хлопьями, пятнами и плотными крупными нодулями.

Гранулометрический состав профиля неоднороден. По всему профилю преобладают фракции крупной пыли (36-47%) и тонкого песка (14-40%). *

Для этого типа почвы характерно среднее и высокое содержание

гумуса в гор.Адер. (5-6%). , Тип гумуса - фульватный (Сгк:Сфк = 0:3-0.4), запасы его в слое 0-20см - 91т/га. Почва кислая (рНсол.=2.6 -3.8). По. сравнению с дерновой, наблюдается увеличение гидролитической- кислотности (14 мг-экв./100г почвы), суммы обменных оснований (11-14 мг-экв. на 100 г почвы) и подвижных форм калия (10 мг-экв!/100г почвы) в гумусоаккумулятивном горизонте. Степень насыщенности основаниями - 46,8 %.

Наблюдения за уровнем грунтовых вод (У ГВ) и динамикой влажности показали,- что в этом типе почы имеются две зоны максимального влагона'сыщения (более 100% от ПВ): первая связана с уровнем грунтовых вод (глубина ниже 60-80 см), вторая - с влагонасыщением почвы полыми водами и атмосферными осадками (глубина 10-40 см). Луговая почва характеризуется значительным запасом продуктивной влаги, ее стабильностью по годам наблюдений и малоблагоприятными воздушными свойствами. На долю пор аэрации приходится, в зависимости от условий увлажнения, от 2 до 25% всего объема пор. Лишь верхний 0-10 сантиметровый слой можно считать относительно хорошо аэрируемым - здесь воздухом было занято от 15 (1991г.) до 23% (1992г.) всего объема пор. В гор.А^" и ниже процентное количество пор аэрации резко снижается, что обусловливает наличие здесь преимущественно восстановительных условий и активное протекание процессов глееобразования.

В почвенном покрове исследуемой поймы дернов о-л у г о -вые почвы образуют непрерывный генетический ряд от дерновых к. луговым но мере усиления гидроморфности. Они формируются на плоских гривах центральной поймы при периодическом промывном водном режиме.

Морфологическое описание профиля дерново-луговой почвы позволяет отметить наличие развитого гумусоаккумулятивного горизонта (А+АВ = 50см) с плотной дерниной и фрагментарной зернистостью корнеобитаемого слоя. Лля горизонтов АВ и В выявляется послойное развитие процессов оглеения на контакте с тяжелосуглинистыми горизонтами. При подъеме уровня почвенно-грунтовых^ вод (многоводный паводок, выпадение большого количества осадков) процессы оглеения охватывают всю нижнюю часть профиля.

Отличительной особенностью микроскопического строения дерново-луговой почвы являются:высокая микроагрегированность,близкое к губчатому микросложение, хорошая пористость, раздельно-чешуйчатая ориентировка глинистого вещества основы, присутствие железистых новообразований в виде хлопьев и пятен с диффузными расплывчатыми краями, гумус типамодер в гор.А1, ABg,; более рыхлое, хорошо агрегированное (возможно агрегаты копрогенного

происхождения), высоко пористое сложение гор.АВ, что позволяет предположить его погребенный характер. В этом же горизонте отмечено появление обломков карбонатов и железистых пятен с ровными краями. Лля rop.Blg', В2 и B3g' характерно рыхлое сложение с ги-дроморфным типом структуры, значительная ожелезненность плазмы основы (хлопья, пятна с размытыми краями и крупные нодули с ровными четкими гргуницами), раздельно-чешуйчатая в основе и неясно- волокнистая по стенкам единичных пор ориентировка глинистой плазмы.

Особенностью гранулометрического сосФава этой почвы является некоторая облегченность верхних горизонтов, свидетельствующая о наложении условий прирусловой поймы на центральную, в связи с фуркацией русла, и о перекрывании глинистых отложений более легкими наносами. Среди фракций по всему профилю также преобладают фракции тонкого песка и крупной пыли.

Целинная дерново-луговая почва среднегумусна - 4,5%. Запасы гумуса в слое 0-20 см - 60 т/га. Тип гумуса - фульватный (Сгк: Сфк = 0,4). рН сол.= 3,4-3,6. Гидролитическая кислотность в гор. Адер. - 16,5 мг.-экв./ЮОг почвы, в гор. А1 снижается до 7 мг.-экв/100г почвы. В пределах дернового горизонта фиксируются высокие значения подвижных форм фосфора, калия и обменных оснований. Сумма поглощенных катионов в горизонтах А1 и Alg' в 2-3 раза меньше, чем в нижележащих (соответственно 6-7 и 17 мг-экв./100 г почвы). Степень насыщенности основаниями гумусного горизонта - 48%. Статистические расчеты показывают, что по содержанию KjO, Р2О5 и по величине рН в 0-10 сантиметровом слое почвы дерново-луговая почва занимает промежуточное положение между дерновой и луговой.

Дерново-луговая почва имеет наиболее благоприятные водно-воздушные свойства. Высокая порозность почвенного профиля-(49-56 %), хорошая аэоированность корнеобитаемого слоя до глубины 40-50 см (15-30% вс о об'ема пор приходится на долю пор аэрации) и оптимальное увлажнение почвенного профиля (60-80% от ПВ) в течение вегетационного периода создают здесь наилучшие условия для роста и развития травянистой растительности.

с

Глава 5. ОСВОЕННЫЕ ПОЙМЕННЫЕ ПОЧВЫ

L

Освоенные пойменные почвы изучались не примере пойменных угодий животноводческого совхоза "Кедровый Шор", испытывающих значительный антропогенный пресс. На этом участке поймы активно Используются различные агротехнические, агрохимиче-

«

ские и агромелиоративные мероприятия - периодически проводится известкование (4-6 т/га), ежегодно вносятся минеральные удобрения (150-200 кг/га), периодически распахипаются притеррасная, центральная и прирусловая области поймы. В ходе мелиоративных работ, направленных на расширение площади сенокосов и пастбищ, была вырублена прирусловая древесно-кустарниковая растительность, засыпаны некоторые старицы и понижения, выровнена поверхность лугов.

Распахивание пойменных почв,, нарушение естественного дернового процесса (разрушение дернины), воздействие техники привели к ухудшению физических свойств исследуемых почв. Произошло значительное уплотнение пахотных горизонтов, которое усиливается в направлении от дерновой к луговой почве. Объемная масса возросла от 1,10 г/см3 (в дерновой) до 1,17 г/см3 (в луговой), снизилась общая порозность в 0-10 сантиметровом слое почвы (в целинной -58,3%,в луговой освоенной - 53 %).

Отзывчивость пойменных почв на внесение минеральных удобрений оказалась неоднозначной. В наибольшей степени агрохимические мероприятия сказались на обогащении аллювиальных почв подвижным фосфором. По содержанию доступных форм Р2О5 дерново-луговая и луговая почвы освоенной поймы перешли в категорию по-вышеннообеспеченных, а дерновые - высокообеспеченных (табл.2).

Отмечается достоверное возрастание содержания подвижных форм калия в дерновой и дерново-луговой почвах. В то же тзремп в луговой почве величина доступного растениям калия оставалась на

Табкь ца 2

Обеспеченность фосфором и калием целинных и освоенных пойменных

почв

(мг на 100г почвы в слое 0-10см)

Категория Категория

Тип почвы п Р2Оь обеспече- к2о обеспече-

нности нности

ЦЕЛИННАЯ ПОИМА Дерновая 11 5,7±0,3

Дерново-луговая 10 4,1±0,4

Луговая 9 4,0±0,3

ОСВОЕННАЯ ПОЙМА Дерновая слаборазвитая 5 19,4±2,4 Дерновая маломощная 10 15,8dhl,6 Дерново-луговая 10 10,3±0,8

Луговая 5 11,0±1,7

средняя 3,8±0,2 оч.низк.

низкая 6,2±0,3 низкая

низкая 8Д±0,4 средняя

высокая 10,0±3,1 средняя

высокая 8,0±1,2 средняя

повыш. 8,0±0,2 средняя

повыш. 9,3±0,4 средняя

том же уровне, что и в целинной почве. Возможно это связано

с более активной аккумуляцией калия надземными органами растений лугового фитоценоза, сформированного на этом типе почвы и значительным выносом его с урожаем.

Периодическое известкование сенокосных угодий обеспечило достоверную нейтрализацию почвенного раствора только на дерновых почвах (рН сол. = 5,7-6,8). На дерново-луговой и луговой почвах величина кислотности существенно не изменилась (рН сол. = 4,0-4,1).

Наиболее эрозионноопасными являются аллювиальные дерновые почвы. Использование их в качестве пастбища (выпас скота по отаве), активное воздействие на почву обрабатывающей и транспортной техники, а также вырубка прирусловых ивняков в совокупности обусловили резкое ухудшение гумусного состояния аллювиальных дерновых почв (содержание гумуса в гор. Апах. = 0,8±0,1 %; запасы гумуса в 0-20 сантиметровом слое почвы - 19 т/га) и появление незакрепленных песков и эрозионных оврагов в прирусловой области освоенной поймы. При сохранении почвозащитной древесно-кустарниковой растительности в прирусловье в условиях интенсивного сельскохозяйственного освоения, как правило, резко выраженной деградации аллювиальных почв не наблюдается (верхний 0-10 сантиметровый слой таких почв близок по содержанию органического вещества к дерновым целинным - 1,9±0,^ %).

Глава 6. ГУМУСНОЕ СОСТОЯНИЕ ПОЙМЕННЫХ ПОЧВ р.ПЕЧОРЫ

В генетическом ряду дерновая, дерново-луговая, луговая почвы наблюдается достоверное возрастание содержания гумуса (от 2 % в дерновой до 4 % в луговой). В этом же направлении возрастают запасы гумуса в 0-20 сантиметровом слое почвы (в дерновой - 50 т/га, в луговой - 91 т/га); изменяется тип гумуса от гуматно-фульватного в дерновой (Сгк:Сфк=0,6) до фульватного в луговой (Сгк:Сфк=0,4).

По мере усиления гидромОрфности в почвах целинной поймы уменьшается сумма растворимых гумусовых веществ и увеличивается доля гумина в составе органического вещества. Во всех типах пойменных почв наблюдается преобладание в составе гуминовых и фульвокислот фракции 1, свободной и связанной с подвижными полуторными оксидами. Роль гуматов кальция в гор.А1 невелика (15-16% от суммы ГК).

По сравнению с целинными, в освоенных пойменных почвах наблюдается тенденция к снижению содержания гумуса и его запасов

в верхнем 0-20' сантиметровом слое почвы (в дерновой почве освоенной поймы запасы гумуса снижёны в 2,5 раза, в луговой - в 1,5 раза), что связано с усилением процессов минерализации органического вещества в результате повышения биологической активности почв под влиянием окультуривания (Борисов и др., 1991; Кравец, 1991; Кораблева и др, 1994). А также с периодическим прерыванием дернового процесса при распахивании лугов и высеве однолетних и многолетних культур, которое препятствует формированию мощной корневой системы под луговыми агроценозами. В групповом составе освоенных пойменных почв несколько возросла доля негидролизуе-мого остатка и снизилась доля гуминовых кислот.

Глава 7. ГРУППЫ И ФОРМЫ СОЕДИНЕНИЙ ЖЕЛЕЗА В ПОЙМЕННЫХ ПОЧВАХ СРЕДНЕГО ТЕЧЕНИЯ р.ПЕЧОРЫ

Работами И.Т.Кузьменко с соавт. (1981,1983) на примере пойменных почв центра Русской равнины показано, что содержание и соотношение групп и форм соединений железа специфично для каждого типа пойменных почв. В частности, для дерновых почв характерно преобладание силикатного железа над несиликатным, а в составе несиликатного железа - окристаллизованных форм. В то время как в луговых почвах имеет место преобладание несиликатного железа над силикатным и накопление в составе несиликатного Ге его аморфных соединений. Полученные нами данные позволили установить, что содержание и соотношение групп и форм железа являются не только специфичными для каждого типа пойменных почв, но и отражают зональные особенности их формирования. Биоклиматические условия северной тайги обусловили замедленное протекание процессов выветривания в пойменных почвах, в связи с чем, все типы и подтипы исследованных нами пойменных почв - и "молодые" дерновые и "зрелые" луговые характеризуются однотипным распределением силикатных и несиликатных соединений железа (явное превалирование первых над последними).

Низкие температуры воздуха и достаточно высокая степень увлажнения пойменных почв в послепаводковый период за счет выпадения большого количества осадков в течение вегетационного периода при низкой испаряемости, обусловили наличие значительного содержания аморфных форм железа не только в луговых почвах, испытывающих влияние грунтовых вод, но и в сравнительно более хорошо

прогреваемых и близких по водному режиму к автоморфным дерновых почвах прирусловых грив. По данным П.Н.Балабко (1975), диагностическим признаком дерновых почв является содержание железа, извлекаемого вытяжкой Тамма,-меньше 1%. В дерновой почве среднего течения р.Печоры содержание оксалатрастворимого железа в гор. А1 - 1,42 %, в нижележащих слоях наблюдается постепенное его уменьшение вниз по профилю до 0,16% в гор.С.

В профиле луговой почвы отмечено наличие двух зОн интенсивного проявления процессов гидрогенной аккумуляции аморфных форм железа. Первая приурочена к гумусоаккумулятивному горизонту (2.42%), где оглеениё обусловлено застоем паводковых у\ атмосферных вод. По мнению Ф.Г.Гафурова и В.П.Фирсовой (1992), здесь происходит активное биогенное и паводковое гидрогенное накопление железа. Вторая зона (1.65%) фиксируется ниже - в пределах устойчиво оглеенной толщи (внутрипочвенная гидрогенная аккумуляция железа) (Добровольский,1968; Ливеровский, 1985).

Сравнение с профильным распределением железа в автоморф-ных зональных глееподзолистых почвах (данные И-.В.Забоевой, 1975) убедительно показывает роль грунтовых води гидроморфного огле-ения в накоплении подвижных форм железа в нижней части профиля пойменных почв, испытывающих влияние капиллярной каймы*, поч-венногрунтовых вод. В'глееподзолистых почвах, формирующихся при глубоком залегании последних, максимум в содержании оксалатрастворимого железа приходится на оглеенный подзолистый^гори-зонт. Он обусловлен мобилизацией несиликатных форм полуторных оксидов и накоплением их в виде подвижных комплексных соединений с органическими кислотами (Забоева, 1975). Промывной водный режим и глубокое залегание грунтовых вод обеспечивают постепенное снижение аморфных форм железа вниз по профилю. Такое же плавное снижение наблюдается и в дерновой пойменной почве, приближающейся по условиям водного питания в меженный период к автоморфным. В луговой и дерново-луговой почвах фиксируются максимумы железа по Тальму в горизонтах, оглеенных под влиянием застоя-почвенно-грунтовых вод.

Глава 8. БИОПРОДУКТИВНОСТЬ ПОЙМЕННЫХ ПОЧВ р.ПЕЧОРЫ

Луговые фитоценозы, формирующиеся на различных типах и подтипах пойменных почв, отличаются по своей продуктивности, видо-

вому составу и соотношению хозяйственных групп растений в травостое. Наиболее продуктивными и богатыми в видовом отношении являются луга, приуроченные к дерново-луговым почвам, что обусловлено и,х оптимальными водно-воздушными свойствами. Биологическая продуктивность их составила 34 (1991 г) и 28 (1992 г) ц/га сухой фитомассы ( на дерновой соответственно 32 и 25 ц/га, на луговой - 26 и 24 ц/га). Травостой такого луга характеризуется значительным содержанием бобовых растений (12 % от массы сена), тогда как доля их на дерновых и луговых почвах составляет соответственно 8 и 5 %.

Значительное ухудшение за последние десятилетия травостоя пойменных лугов Средней 1ечйры, замена высокопродуктивных вей-никовых и костровых ассоциаций мелкозлаковоразнотравными и щу-чковыми (Хантимер, 1959, Савкина, Тазьба, 1961; Котелйца, 1967; Ро-чев, 1981; Мартыненко, 1989; Чупров, 1989) обусловили отсутствие статистически достоверной разницы в урожайности исслёдованных фитоценозов.

Оценка продуктивности естественных фито- и сеяных агроцено-зов показала, что достоверное на 5 %-ном уровне значимости возрастание урожайности сеяни -> агроценоза по сравнению с естественным произошло только на луговой пойменной почве. На дерновой и дерново-луговой почвах, в связи со значительным варьированием продуктивности пробных площадок, достоверного различия в урожайности травянистых ценозов целинной и освоенной пойм не наблюдается.

Учет массы корней на опытных делянках целинной поймы выявил преобладание подземной фитомассы (ОПФМ) над надземной (ОН-ФМ) на всех типах пойменных почв и тенденцию ее возрастания по мере усиления гидроморфности. В сеяных агроценозах освоенной поймы отсутствует четкая дифференциация общей подземной массы по условиям увлажнения их местообитаний, что связано с молодостью сеяных лугов (1-ый год существования), корневая система которых еще не успела полностью сформироваться (табл.3).

Неблагоприятные метеорологические условия 1992 года привели к снижению запасов ОПФМ и урожайности ОНФМ на всех типах пойменных почв.

Различие в биопродуктивности и флористическом составе лугов оказали существенное влияние на характер накопления азота и зольных элементов в пойменных биогеоценозах Средней Печоры. Максимальная величина ориентировочного размера круговорота веществ (827 кг/га) отмечена для травянистого фитоценоза, сформированного на луговой почве целинной поймы. Несмотря на то, что продук-

Таблица 3

Запасы подземной фитомассы пойменных лугов среднего течения

р.Печоры >

Год Распределение подземной фитомассы

наблю- Тип почвы О^ФМ ОПФМ по слоям почвы,см

дения ц/га ц/га 0-10 | 10-20 | 0-20 20-5U

1991 Дерновая 32 317 - 225/71 35/11 260/82 57/18

Дерново- 34 341 252/74 34/10 286/84 55/16

луговая

Луговая 26 349 297/85 31/9 328/94 21/6

Дерновая' 33 257 180/70 36/14 216/84 41/16

Дерново- 42 '229 179/78 25/11 204/89 25/11

луговая"

Луговая* 39 237 209/88 14/6 223/94 14/6

1992 Дерновая • 25 180 135/75 20/11 155/86' 32/18

Дерново- * 28 220 169/77 29/13 198/90 22/10

луговая

Луговая 24 225 187/83 18/8 ■ 205/91 20/9

Дерновая* 30 152 97/64 26/17 123/81 29/19

Дерново- 33 181 137/76 20/11 157/87 24/13

луговая*

Луговая* 32 196 170/87 16/8 186/95. 10/5

Примечание: ОНФМ - общая надземная фитомасса растений; ОПФМ - общая подземная фитомасса растений; в числителе - ц/га; в знаменателе - % от ОПФМ; * - почвы освоенной поймы.

тивность этого ценоза имеет наименьшую величину, развитие мощной корневой системы'обеспечило значительный объем биологического круговорота зольных элементов (для сравнения, размер его на дерновой почве составил 536 кг/га, на дерново-луговой - 795 кг/га). Под сеяными агроценозами, несмотря на их большую урожайность, размер биологического круговорота оказался несколько ниже, чем на целинной пойме, что в первую очередь обусловлено меньшей величиной ОПФМ сеяных лугов.

Максимальное отчуждение питательных элементов из биологического круговорота наблюдается на луга,х освоенной поймы. В результате сенокошения здесь почти в '2 раза выше вынос азота и калия, в 1,3-1,5 - магния, в 1,1-1,3 - фосфора, чем на лугах целинной поймы с естественным травостоем. Максимальное отчуждение зольных элементов и азота в ряду дерновая, дерново-луговая,-луговая почвы зафиксировано для дерново-луговой почвы как целинной, так и освоенной~1юймы, что связано с наиболее высокой урожайностью фитоценозов, приуроченных именно к этому типу пойменных почв.

В естественных ценозах с отмершими корнями растений ежегодно возвращается в почву в 3-6 раз больше азота, чем отчуждается

1ри сенокошении. В сеяных агроценозах подобное явление отмече-ю только для дерново-луговой почвы, на дерновой и луговой почвах освоенной поймы азот возвращается » почну в меньших количествах. 4ем выносится. То же самое касается кальция, магния и калия.

Величина биологического круговорота веществ в луговых фито-хенозах пойменных почв северной тайги (при наличии благоприятна погодных условий вегетационного периода, как это было в 1991 * ) оказалась не ниже, чем под травянистой растительностью пой-юнных лугов р.Клязьмы (450-700 кг/га) и р.Москвы (500-700 кг/га) Добровольский, 1971), что позволяет отметить высокую биоген-юсчь пойменных почв Севера и, следовательно, довольно высокий •ровень их плодородия.

ВЫВОДЫ

1. Формирование пойменных почв северотаежного отрезка сред-[его течения р.Печоры определяется сочетанием специфических пое- . шо-аллювиальных и собственно почвообразовательных процессов дернового, лугового и болотного) при существенном влиянии зо-[альных факторов почвообразования.

2. Степень развития и соотношение почвообразовательных и юемно-аллювиальных процессов обеспечивают различие основных енетических типов и подтипов пойменных почв как в морфологиче-ком строении профиля, так и в физико-химических свойствах.

Формирование дерновых почв прирусловых валов целинной пой-1ы определяется сочетанием двух ведущих процессов: дернового [очвообразовательного и интенсивного аллювиального (механиче-кая аккумуляция аллювия).

3. Луговые почвы формируются под влиянием дернового, луго-ого и глеевого почвообразовательных процессов при затухающем .плювиальном.

4. Пойменные почвы исследуемого райо.на имеют двучленное троение: верхняя часть профиля супесчаная или суглинистая, ниж-[яя - песчаная. Специфической особенностью их гранулометриче-кого состава является преобладание фракций тонкого песка (0,25,05 мм) и крупной пыли (0,05-0,01 мм). Лоля илистой фракции неве-[ика (10-18 %). Дерново-луговая почва целинной поймы характери-уется облегченностью верхних горизонтов профиля, свидетельствующей о наложении условий осадконакопления прирусловой поймы а центральную в связи с фуркацией русла и о перекрывании тяже-юсуглинистых отложений более легкими аллювиальными наносами.

5. Сравнение полученных результатов с данными по пойменным почвам различных почвенно-климатических зон выявляют наличие зональных черт у пойменных дерновых и луговых почв северотаежной подзоны. Ими являются - значительная кислотность (рНсол. = 3,8-4,1), содержание гумуса в верхнем 0-10 сантиметровом слое в пределах 1,77-3,77 %, преимущественно фульватный характер гумуса (Сгк : Сфк= 0,3-0,6), низкая сумма обменных оснований (не превышает 19 мг-экв. на 100 г почвы).

6. В генетическом ряду: дерновая, дерново-луговая, луговая почвы наблюдается достоверное возрастание кислотности, увеличение суммы обменных оснований, возрастание содержания калия и уменьшение подвижных форм фосфора в 0-10 сантиметровом слое почвы. В этом же ряду, в соответствии с повышением степени гидроморфиз-ма, увеличивается содержание аморфных форм железа и появляются Ге-Мп новообразования.

7. Распределение оксидов кремния, алюминия и железа в валовом химическом составе пойменных почв позволяет предположить, что в верхних горизонтах дерново-луговой почвы целинной поймы начинаются процессы разрушения железосодержащих минералов и алюмосиликатов в результате кислотного гидролиза. Возможность протекания начальных стадий зонального подзолообразовательного процесса без морфологического проявления на данном этапе развития дерново-луговой почвы может обусловливаться наличием восстановительного режима в период паводка, промывного водного режима в послепаводковый период, кислой реакцией среды и фульват-ным характером гумуса.

8. Профильное распределение аморфных форм железа в пойменных почвах определяется миграцией почвенно-грунтовых вод по профилю почв, глубиной их залегания и степенью проявлени^ гидро-морфного оглеения. Промывной водный режим дерновой прирусловой почвы при глубоком залегании почвенно-грунтовых вод обеспечивает постепенное снижение аморфных форм Ге вниз по профилю

"' и отсутствие морфохроматических признаков оглеения. В луговых почвах фиксируются две зоны интенсивного проявления процессов гидрогенной аккумуляции подвижных соединений железа. Первая обусловлена застоем паводковых и атмосферных вод, вторая - влиянием внутрипочвенного оглеения, вызванного близким залеганием почвенно-грунтовых вод.

9. Структура почвенного покрова пойменной террасы бассейна Средней Печоры определяется гидролого-геоморфологическими особенностями речной системы. Островной характер поймы, большое количество проток и стариц, ложбинно-гривистый рельеф поймы

обусловливают хорошую дренированность ее почвогрунтов в после-паводковый период, в связи с чем основную площадь пойменной террасы занимают аллювиальные дерпоные и дертжо-л\topmc м'.чм-: Луговые й лугово-болотные представлены в пониженных --элементах рельефа.

10. Направление процессов гумификации в целинных пойменных почвах определяется биоклиматическими, гидролого-геоморфологическими особенностями северотаежного отрезка Средней Печоры и гидротермическим* режимом пойменных почв. Низкие запасы гумуса, слабая степень гумификации, фульватный тип гумуса свидетельствуют о выраженном влиянии зональных факторов на процессы гу-мусообразования и гумусонакопления в почвах пойменной террасы. Развитие дернового процесса и ежегодное отложение обогащенного обменными основаниями наилка обусловили качественное отличие органического вещества пойменных почв от зональных глееподзо-листых, что проявляется в возрастании доли гуминовых кислот и образовании гуматов кальция.

11. Интенсивное сельскохозяйственное использование пойменных почв - распахивание, известкование, внесение минеральных удобрений, мелиорация, посев однолетних и многолетних трав - привело к существенным изменениям их физических и химических свойств. Распахивание прирусловых дерновых почв привело к их деградации, что проявляется в снижении содержания и запасов гумуса, появлении эрозионных оврагов и незакрепленных песков на прирусловых лугах. Периодическое известкование способствовало снижению кислотности в дерновых почвах (в дерново-луговых и луговых ее величина существенно не изменилась). Внесение минеральных удобрений обусловило возрастание подвижных форм фосфора и калия в пахотных.горизонтах освоенных пойменных почв.

12. Наиболее продуктивными в бассейне Средней Печоры являются пойменные дерново-луговые почвы, что обусловлено их оптимальными водно-физическими свойствами и благоприятной аэрацией. Высев многолетних трав на лугах освоенной поймы обеспечил повышение урожайности, по сравнению с фитоценозами целинной поймы, только на луговой почве. Емкость биологического круговорота веществ в луговых фитоценозах целинных и освоенных пойменных почв говорит о высокой биопродуктивности и достаточно высоком уровне потенциального плодородия пойменных почв Средней Печоры. Прерывание естественного дернового процесса и, следовательно, уменьшение величины подземной фитомассы сеяных лугов, способствовало уменьшению размера биологического круговорота под сеяными агроценозами. ^

Список работ, опубликованных автором по теме диссертации:

1. ПОЙМЕННЫЕ ПОЧВЫ СРЕДНЕГО ТЕЧЕНИЯ Р.ПЕЧОРЫ // Материалы молодежной научной конференции, носвягцешюй 30-летию Института биологии КНЦ УрО РАН, Сыктывкар, 1992.

2. ИЗМЕНЕНИЕ АГРОХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЙМЕННЫХ ПОЧВ ПОД ВЛИЯНИЕМ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ОСВОЕНИЯ. // Материалы II молодежной научной конференции "Региональное использование и воспроизводство природных ресурсов". - Сыктывкар,1993

3. ВЛИЯНИЕ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ОСВОЕНИЯ НА ИЗМЕНЕНИЕ ПОЙМЕННЫХ ПОЧВ И ЛУГОВЫХ ФИТО-ПЕНОЗОВ. // Современные проблемы экологии и почвоведения Тезисы докладов школы-семинара молодых ученых факультета почвоведения МГУ.- Москва, 1993.

4. ПОЙМЕННОЕ ПОЧВООБРАЗОВАНИЕ В БАССЕЙНЕ СРЕДНЕЙ ПЕЧОРЫ. - Сыктывкар, 1994. - Сер.препринтов "Научные доклады" /РАН УрО КПП.

5. ГУМУСНОЕ СОСТОЯНИЕ ПОЙМЕННЫХ ПОЧВ СЕВЕРА. /Тезисы докладов XII Коми республиканской научной конференции, - Сыктывкар, 1994.

6. ГУМУСНОЕ СОСТОЯНИЕ ЕСТЕСТВЕННЫХ И ОСВОЕННЫХ ПОЙМЕННЫХ ПОЧВ СЕВЕРА. // Современные проблемы почвоведения и экологии: Тезисы докладов школы-семинара молодых ученых факультета почвоведения МГУ, - М., 1994.

7. ОСОБЕННОСТИ ПОЙМЕННОГО ПОЧВООБ РАЗОВ АН Ш В БАССЕЙНЕ СРЕДНЕГО ТЕЧЕНИЯ Р.ПЕЧОРЫ •/ Тезисы (е печати).

8. ГУМУСНОЕ СОСТОЯНИЕ ПОЙМЕННЫХ ПОЧВ СЕВЕРА (НА ПРИМЕРЕ СРЕДНЕГО ТЕЧЕНИЯ РЕКИ ПЕЧОРА) (е печати).