Почвенно-ландшафтное зонирование и мониторинг территорий под древесными насаждениями

Бекецкая, Татьяна Викторовна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Почвенно-ландшафтное зонирование и мониторинг территорий под древесными насаждениями
ВАК РФ 03.02.13, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Почвенно-ландшафтное зонирование и мониторинг территорий под древесными насаждениями"

904616365

БЕКЕЦКАЯ ТАТЬЯНА ВИКТОРОВНА

ПОЧВЕН1Ю-ЛА11ДШАФТНОЕ ЗОНИРОВАНИЕ И МОНИТОРИНГ ТЕРРИТОРИЙ ПОД ДРЕВЕСНЫМИ НАСАЖДЕНИЯМИ

Специальность 03,02.13 - почвоведение

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

- 9 ЛЕН 2010

Москва-2010

004616365

Работа выполнена на кафедре физики и мелиорации почв факультета почвоведения Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова

Научный руководитель:

доктор биологических наук, доцент

А.Б. Умарова

Официальные оппоненты: доктор биологических наук кандидат биологических наук

И. Н. Курганова Л.Г. Богатырев

Ведущее учреждение:

Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А.Тимирязева

Защита диссертации состоится 21 декабря 2010 года в 15 ч. 30 мин. в аудитории М-2 на заседании диссертационного совета Д 501.001.57 при МГУ им. М.В. Ломоносова по адресу: 119991 Москва, ГСП-1, Ленинские горы, д.1, строен. 12, МГУ имени М.В. Ломоносова, факультет почвоведения.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке факультета почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова.

Автореферат разослан 16 ноября 2010 года.

Приглашаем Вас принять участие в обсуждении диссертации на заседании диссертационного совета. Отзывы на автореферат в 2-х экземплярах просим направлять по адресу: 119991 Москва, ГСП-1, Ленинские горы, д.1, строен. 12, МГУ имени М.В. Ломоносова, факультет почвоведения, Ученый совет.

Ученый секретарь диссертационно го совета A.C. Никифорова

Общая характеристика исследования Актуальность работы. В настоящее время востребованным и актуальным является научная организация территорий под древесные насаждения различного целевого назначения (питомники декоративных растений, озеленение парковых, дворовых и частных территорий, создание лесополос). Почвенный покров является наиболее информативной составляющей ландшафта, отражающей свойства и взаимосвязи всех остальных компонентов. Почвенно-ландшафтное зонирование территории, направленное, в первую очередь, на исследования почвенных характеристик и режимов, позволяет выделить контура с близким сочетанием свойств компонентов ландшафта. Это дает возможность оптимально использовать природный потенциал территории, в том числе осуществлять подбор растительного ассортимента с учетом специфики территории, вести мониторинговые исследования, прогнозировать развитие ландшафта. Цель работы: проведение почвенно-ландшафтного зонирования и мониторинговых исследований территорий под древесными насаждениями на примере питомника декоративных растений, расположенного в Заокском районе Тульской области, и лесополосы Почвенного стационара МГУ им. М.В. Ломоносова. Задачи:

1. Изучить свойства компонентов ландшафта территории хозяйства «Заокские питомники» в Тульской области.

2. Провести исследование пространственного распределения физических и химических свойств почв питомника, изучить температурный режим почв в зависимости от расположения по рельефу и наличию растительности.

3. Разработать рекомендации по подбору и размещению древесных пород на территории питомника.

4. Определить структуру растительного покрова лесополосы Почвенного стационара МГУ, провести мониторинг его состояния.

5. Изучить пространственное распределение физических, химических свойств и температурный режим модельной почвы лесополосы. Исследовать влияние древесной растительности на изменение свойств почвы в многолетнем аспекте.

Научная новизна работы. В отличие от традиционной организации питомников

декоративных растений, направленной на подбор территорий с минимальной

неоднородностью свойств компонентов ландшафта (Колесников, 1974; Холявко,

Глоба-Михайленко, 1980; Соколова, 2004), предложен новый системный подход,

позволяющий использовать разнообразие имеющихся почвенных ресурсов и оптимально размещать древесные породы в ландшафте. Проведено комплексное исследование территории объекта «Заокские питомники» с выделением 6 зон по свойствам и температурному режиму почв.

В работе впервые проведен специализированный мониторинг модельных древесных посадок (лесополоса МГУ), функционирующих с 1963 года в условиях г. Москва, показавший влияние состава древесных пород на изменение свойств почв.

Практическая значимость. На основе проведенной работы по изучению характеристик ландшафта и почвенных свойств на территории питомника были подобраны и размещены саженцы древесных культур, проведена обработка почв, и внесены минеральные удобрения. Полученные данные являются основой для дальнейшего мониторинга территории объекта «Заокские питомники». Впервые проведены детальные исследования растительного и почвенного покровов территории лесополосы МГУ, изучена их трансформация через 45 лет после закладки. Полученные результаты используются на факультете почвоведения МГУ при чтении лекций по дисциплине «Почвенно-ландшафтное проектирование».

Апробация работы. Материалы исследований по теме диссертации докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры физики и мелиорации почв факультета почвоведения МГУ. Основные положения диссертационной работы были представлены на научных конференциях: VI Пущинской международной школе-семинаре по экологии «Экология 2007: Эстафета поколений» (2007); XV Международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов - 2008» (2008); V съезде Докучаевского общества почвоведов (Ростов-на-Дону, 2008); IX Международной конференции молодых ученых «Леса Евразии - Польские леса» (Курник, Польша, 2009). Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов, списка используемой литературы, включающегоисточников, из них иностранных и приложений. Работа изложена на ¿22стРаниЧах' содержит /'Д таблиц, рисунков.

Благодарности: Автор выражает глубокую признательность научному

руководителю д.б.н. А.Б. Умаровой за постоянную помощь, повседневное

внимание к работе, ценные советы и консультации. Автор благодарен к.б.н.

Железовой C.B. за помощь в исследованиях и консультации по вопросам,

связанным с древесной растительностью, к.б.н. Бутылкиной М.А. за совместную

работу на лесополосе и помощь при анализе результатов, к.б.н. Кононовой A.A.

за совместную работу по обследованию территории питомника, Звонке Д.В. за

помощь при выполнении полевых экспериментов в питомнике, сотрудникам

кафедры физики и мелиорации почв за благожелательную рабочую обстановку.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 14 работ.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Литературный обзор

В главе 1 рассмотрены особенности физико-географического

районирования территории и создания тематических карт, принципы

формирования и область их применения (Исаченко, 1965; Берлянт, 1971;

Комиссарова, 2001), в том числе при районировании территорий в зависимости

от целевого назначения (Семенов, 1970; Шкаликов, 1974; Притула, 1974;).

Проведено описание различных подходов к понятию «ландшафт» и роли

почвенного покрова как компонента, отражающего проходящие в ландшафте

процессы. (Неуструев, 1930; Полынов, 1932; Докучаев, 1949; Глазовская;

Солнцев, 1962; Анненская, Видина и др., 1963; Цесельчук, 1963; Ковда, 1973;

Исаченко, Шляпников, 1989; Исаченко, 1991; Николаев, 1999; Соколов, 2004 и

др.). Рассмотрено значение растительности как одного из компонентов

ландшафта, различия в требовательности к условиям среды различных древесных

пород, влияние древесных культур на свойства и режимы почв. (Морозов, 1928;

Роде, 1944, 1984; Зонн, 1954; Винокуров, 1959; Сукачев, 1964; Соловьев, 1967;

Карпачевский, 1968; Тыртиков, 1969; Попов, 1980; Редько и др., 2005, Бондарев,

1981, 1984; Пупонин, 1987 и др.). В литературном обзоре описаны возможности

использования взаимосвязей почвенного и растительного покрова при

озеленении городских территорий, создании лесополос и питомников древесных

культур, а также принципы их дальнейшего мониторинга (Мильто, 1970;

Работнов, Меднис, 1936; Johnsrud, 1978, Родин, 1980; Кретинин, 1983; Шутов,

1984, Глазовская, 1988; Мотузова, 1994, Кавеленова, 2007; Ярошенко, 2007;

Неверова, 2007; Авдеева, 2008 и др.).

Глава 2. Объекты и методы исследования

2.1 Объекты исследования

Первым объектом исследования явилась территория питомника

декоративных растений площадью 45 га, расположенная в Заокском районе

Тульской области. Почвообразующие породы представлены перекрывающими

морену покровными суглинками (Зайдельман и др., 1984). Территория относится

к подзоне широколиственных лесов. Рельеф эрозионно-овражно-балочный

(Троицкий, 1958). Данный объект послужил для проведения почвенно-ландшафтного зонирования в целях разработки рекомендаций по размещению и подбору растительного ассортимента на начальных стадиях посадочных работ. Следующий объект исследования - почвенный и растительный покров лесополосы, расположенной на территории Почвенного стационара МГУ. Согласно архивным данным кафедры физики и мелиорации почв при закладке лесополосы в 1962 г. был создан искусственный почвенный покров последовательным размещением горизонтов дерново-подзолистой почвы (модельная почва). Осенью 1963 г. были проведены рядовые посадки саженцев древесных пород и сформирована лесополоса, вытянутая перпендикулярно Мичуринскому проспекту с востока на запад, длиной 73 м и шириной 25 м. Данный объект с минимизированной почвенной неоднородностью, четко определенными границами горизонтов и точно известным временем начала эксперимента послужил для изучения влияния видового состава древесных пород покрова на свойства и температурный режим почв. 2.2 Методы исследования

На территории «Заокские питомники» были проведена топографическая съемка. Затем почвенно-профильным методом с учетом масштаба и категории местности были выбраны ключевые точки (всего 51) для заложения почвенных разрезов (глубиной 1-1,5 м). В точках опробования были проведены морфологические описания почв и определены основные агрофизические свойства на глубинах 0, 10, 20, 40 и 75 см (плотность, влажность, вертикальное и горизонтальное сопротивление пенетрации, водопроницаемость), построены карты распределения агрофизических свойств почв. В лабораторных условиях были определены содержание ЫРК, углерода, рН, гранулометрический состав. В 5 ключевых точках были установлены программируемые термодатчики для изучения температурного режима. Данные по температуре воздуха были получены на метеостанции г. Алексина, ближайшей к объекту исследования.

На территории лесополосы МГУ были проанализированы архивные данные и проведены: топографическая съемка, подеревная съемка, исследования пространственного распределения физических свойств верхнего горизонта почвы (мощность, плотность, влажность), отбор образцов по сетке с шагом 4,5 м для определения содержания углерода. Были выбраны две площадки для заложения разрезов и определения профильных распределений таких свойств как гранулометрический состав, плотность почвы, плотность твердой фазы почвы,

содержание углерода, фосфора и калия, рН; и изучения температурного режима.

Физические и химические свойства на обоих объектах исследования определялись традиционными методами физики и агрохимии почв (Вадюнина, Корчагина, 1987, Минеев и др., 2001). Гранулометрический анализ выполнялся методом лазерной дифракции, содержание углерода определено с помощью автоматического анализатора АН-7529 (Когут и др., 1993). Исследование температурного режима почвы проводилось с помощью термодатчиков ¡Button. Обработка данных проводилась в программах Excel, Surfer, ArcGis, Statistica. Глава 3. Растительный и почвенный покров территории «Заокские питомники»

3.1 Рельеф территории

Территория питомника представляет собой водораздельное пространство и участок склона преимущественно западной экспозиции. Топографическая съемка исследуемого участка была проведена в августе 2007 года (рис.1). На ее основании территория была поделена на 3 части. Верхняя часть склона, с уклоном поверхности равным 0,7°, имеет площадь 11,5 га, здесь были заложены 8 разрезов. Ниже заросший овраг (площадью 5,75 га, глубиной около 10 м) рассекает склон на две части - с уклоном 2,2° (площадью 17,3 га; 22 разреза) и уклоном 3,1° (площадью 16,2 га; 21 разрез). Учитывая принадлежность исследуемой территории к зоне широколиственных лесов, высокую крутизну склона и эродированность (наличие крупного и разветвленного оврага), участок относится к IV категории местности (Евдокимова, 1984).

3.2 Растительный покров и функциональное использование территории

Освоение территории началось в 2006 г., была проведена культивация почвы на глубину 7-9 см. Наши исследования проходили с 2007 г., верхняя 1/6 часть участка была занята под посадки 2-3-летних саженцев, остальная территория находилась под паром. В средней части склона находится небольшой перелесок (0,1 га), где был заложен, разрез для сравнения влияния древесной и травянистой растительности на агрохимические и агрофизические свойства. По части периметра питомника располагается лесной массив с мелколиственными и широколиственными породами. 3.3. Почвенный покров

На исследованной территориии преобладают серые лесные окультуренные среднесуглинистые почвы, в средней и верхней части находятся участки глееватых почв, а в нижней части склона обнаружены глеевые почвы (рис. 1).

• 5 12

<1 * » '*.

Топография участка

изолинии с сечением 1 м

100 м

,38 31 Условные обозначения

, 41 - 32 42 *

• отметки землеотвода

* Ш-'

лес лиственный

номера разрезов

Почвенный покров участка

Светло-серая лесная среднесуглинистая Светло-серая лесная окультуренная среднесуглинистая Светло-серая лесная окультуренная среднесуглинистая глееватая К31 Светло-серая лесная окультуренная гаями

Рис. 1 .Топографическая и почвенная карта исследуемой территории

Для детального изучения и сравнения свойств почв были выбраны разрезы по катене с учетом рельефа, степени оглеения и типа растительности. Контрольный разрез-эталон № 37 с зональной автоморфной серой лесной окультуренной почвой был заложен в верхней части склона. В 30 м от него в перелеске располагается разрез 51. Вниз по склону в порядке возрастания порядкового номера располагаются: разрез 38 с серой лесной слабосмытой почвой, разрез 42 с серой лесной глееватой и разрез 43 у подножия склона с серой лесной глеевой почвой. 3.2.2 Физические свойства почв

Физические свойства почв являются важнейшими показателями состояния почвенного покрова для успешного роста и развития растений.

Базовой характеристикой свойств почв является гранулометрический состав. По классификации Качинского исследуемые почвы представлены

средним суглинком с преобладанием фракции крупной пыли. Для всех почв наблюдалось увеличение содержания физической глины вниз по профилю.

Сравнение данных по катене выявило наиболее значимые различия между почвами на глубинах 20 и 40 см (рис.2). Гранулометрический состав почв, находящихся в непосредственной близости друг от друга, но под разными типами растительности (разрезы 51 и 37) практически одинаков. На глубине 20 см (рис.2, а) максимальными значениями содержания физической глины выделяется почва разреза 38, что связано с ее расположением на середине склона и относится к слабосмытым почвам. Для почв разрезов 42 и 43 распределения сходны.

а)

разрез 51 разрез 37 разрез 38 разрез 42 разрез 43

б)

1 ШН.....

/ / /

г . т

! 1IJ1

X У / \

явшшт

□ 0,1-0,05

□ 0,05-0,01

□ 0,01-0,005

■ 0,005-0,001

■ <0,001

0% 20% 40% 60% 80% 100%

0% 20% 40% 60% 80% 100% Рис.2. Гранулометрический состав почв питомника на глубине: а) 20 см; б) 40 см

На глубине 40 см (рис.2, б) вниз по склону отмечается заметное увеличение содержания физической глины в почве, обусловленное влиянием оглеения (Зайдельман, 1992).

В почвах питомника плотность закономерно увеличивается вниз по профилю: от 1-1,2 г/см3 на глубине 5 см до 1,5-1,6 г/см3 на 75 см (рис.3).

а)

б)

pb, r/смЗ менее Í.2

1.2 - .1.3

1.3 - 1.4 Ж 1.4 - 1.5 ■ 1.5 - 1.6 Ш более .1.6

Рис.3. Распределение значений плотности на территории питомника на глубинах: а)10 см; б) 20 см; в) 40 см

Плотность верхнего горизонта соответствует оптимальному диапазону для пахотных среднесуглинистых почв (Бондарев, 1985). Верхние 5 см очень рыхлые. На глубине 10 см выделяются участки с оптимальными (1,2-1,3 г/см3) и повышенными значениями (1,3-1,4 г/см3) (рис.3, а). Морфологически на большей

части территории на глубине 20 см диагностируется уплотнение по сравнению с выше и ниже лежащими горизонтами. Аналитические данные выявили такие различия только для участка в нижней части склона с преобладанием серых лесных глеевых почв, где была выделена плужная подошва, расположенная в пахотном горизонте (рис.3, б, в).

В целом на территории плотность почвы с глубины 20 см гор. Апах выше критического значения, поэтому рекомендуется проведение не поверхностной культивации, а вспашки до глубины 30 см. Рекомендуется соблюдать разработанные Бондаревым и др. (1984) условия обработки почв при влажности 0,6-0,7 НВ, что для серых лесных почв этого региона соответствует 21-23%, с максимально допустимой нормой статической нагрузки 80 кПа.

С позиции произрастания растений важно рассмотреть условия роста геоцентрически растущего основного корня и возможность развития растущих в горизонтальном направлении боковых корней. Поэтому определения твердости почв велись в горизонтальном и вертикальном направлениях.

Анализ карт пространственного распределения горизонтального сопротивления пенетрации выявил выровненную картину с минимальными значениями в поверхностном 5-см слое.

а) ,/ б) ' *' ' в)

Ж'"*'''

• " • .* Л • " • "•„'.* Л «*•*'.'.* МПа

. ' .-» .4. • . ' > *.% •

* : менее 0.2

™ 0.2-0.5

.,'«.* -У, 0.3-0.4

• , 1 Я50.4-О.5

. ' . * * ИИ более 0.5

Рис.4. Распределение значений горизонтального сопротивления пенетрации на территории питомника на глубинах: а) 10 см; б) 20 см; в) 40 см

Ниже по профилю значения увеличиваются, на глубине 10 см колеблются в диапазоне 0,1-0,2 МПа (рис.4), на глубине 20 см достигают 0,3-0,4 МПа и глубже практически не изменяются. Распределение значений вертикального сопротивления пенетрации на глубине 5 см совпадает с картой для горизонтального, На 10 см заметно увеличение твердости до 0,2-0,3 МПа (рис.5, а). Резкие изменения наблюдаются с глубины 20 см (рис.5, б), где появляются значения близкие и выше критических 0,5 МПа в верхней и средней частях склона. Таким образом, в этих зонах создаются условия для развития преимущественно боковых корней и формирования поверхностной корневой

Ш* . ■

системы, что следует учитывать при выборе древесных пород для посадки на этой части территории.

Рис.5. Распределение значений вертикального сопротивления пенетрации на территории питомникана глубинах: а) 10 см; б) 20 см; в) 40 см

Для того чтобы оценить условия увлажнения почв, мы исследовали способность почвы фильтровать влагу (рис.6).

Почвенный покров питомника неоднороден по величинам коэффициента фильтрации. Верхняя часть территории с преобладанием неоглеенных почв характеризуется высокими значениями коэффициента фильтрации в горизонте Апах и резким снижением на глубине 20 см (рис. 6, б), наличием плужной подошвы и возрастанием значений на глубине 40 см.

Рис.6. Распределение значений коэффициента фильтрации (шкала по Эггельсману (1984) на территории питомника: а) глубина 10 см; б) глубина 20 см; в) глубина 40 см

Минимальные значения коэффициента фильтрации приходятся на переуплотненную плужную подошву и на слой, глубже 75 см. Таким образом, на территории питомника выделяется участок с пониженной фильтрацией в подпахотном горизонте. Для выяснения влияния горизонта с низкой фильтрацией на передвижение почвенной влаги в ландшафте был заложен полевой фильтрационный эксперимент с использованием хлорид-иона в качестве метки.

Летом 2008 г. фильтрационный эксперимент был проведен в двух самых контрастных почвах: серой лесной в верхней части склона (т. 37) и серой лесной глеевой у его подножия (т. 43).

"""ЯР*

б)

■ш

0.1

0.06

0.08

0.04

0.02

0 С, %

Рис.7. Изоплеты содержания иона СГ на горизонтальных срезах в: а) серой лесной окультуренной почве; б) серая лесная окультуренная глеевая почв

Количество внесенного раствора KCI концентрацией 0,1 М составил 10 см водн. ст., скорость фильтрации в точке 37 составила 600 см/сут, а в точке 43 -2000 см/сут. В обоих вариантах в пахотном горизонте формы пятен обнаружения метки очень схожи и имеют формы вложенных концентрических кругов с повышением концентрации к центру. Смещения пятен практически не обнаруживается, промачивание равномерное. Однако в неоглееной почве с глубины 20 см происходит вытягивание пятен в направлении склона рельефа, глубина обнаружения хлорид иона составила 40 см (рис.7, а). В глеевой почве (рис.7, б), наблюдалось увеличение площади обнаружения метки на фоне снижения концентрации на глубине 20 см, а на 30 см обнаруживались следовые количества. Проведенные модельные эксперименты позволяют предположить, что в серой лесной неоглееной почве в большей степени выражено промачивание почвенной толщи, однако на глубине 20 см возможно формирование подвижной верховодки, происходит смена вертикального движения влаги на латеральное и ее внутрипочвенное перемещение по склону рельефа. На дальнейшее быстрое перемещение влаги именно в горизонтальном направлении по внутрипочвенному склону указывает отсутствие морфологических признаков оглеения как в летние, так и во влажные осенние периоды в почвах верхней и средней части склона (2007, 2008 гг.). В нижней части склона, на территории распространения серых лесных глеевых почв, по-видимому, аккумулируется поступающая со склона влага. Верхняя неоглеенная часть профиля этих почв характеризуется высокой водопроницаемостью, а признаки оглеения появляются с глубины 20 см. Вероятно, в периоды значительного поступления влаги здесь формируется верховодка.

Таким образом, наличие плужной подошвы в нижней части склона с преобладанием глеевых почв диагностируется на основании данных по плотности почв и профильному распределению коэффициента фильтрации.

В серой лесной глеевой почве при поступлении значительного количества влаги на поверхность почвы будет происходить застой влаги, обусловленный наличием переуплотненного слоя и поступлением избыточной влаги со склона. Это следует учитывать при посадках древесных культур. 3.1.3 Химические свойства

Агрохимические свойства почв определялись в 13 точках, охватывающих все разнообразие почв и особенностей ландшафта территории питомника. Для сравнительного анализа мы рассмотрим почвы по разрезам катены (табл.1).

Содержание органического углерода (Сорг) в почвах исследуемой территории закономерно уменьшалось от 3 % в пахотном до 0,5 % в нижних горизонтах. Причем, в толще пахотного горизонта почв большинства разрезов содержание элемента весьма равномерное с небольшим накоплением на глубине 20 см.

Изменение концентрации Сорг по склону ландшафта показывает увеличение абсолютных значений по направлению к водоразделу (т. 37 и 38). В разрезе 51, находящемся в перелеске в условиях регулярного опада, высокие значения концентраций Сорг приходились на верхние 5 см, с глубиной происходило быстрое и равномерное снижение содержания углерода. При пересчете на гумус значения в верхних горизонтах почв поля располагаются в диапазоне 1,86-3,5 %, что позволило отнести их к светло-серым лесным (Классификация..., 1977).

Величина рН водной вытяжки почв всей территории варьировала в диапазоне 6,66±0,34.

Профильное распределение значений рН в почвах в соответствии с их расположением по склону показало, что в средней части склона (т. 37 и 38) величины рН слабо изменяются по профилю; в нижней части склона в профиле глеевых (т.43) и глееватых (т.42) почв обнаруживаются минимумы значений на глубинах 20 см и 75 см, что вероятно, связано с периодическим образованием верховодки на этой глубине (Зайдельман, 1992). В разрезе перелеска (т.51) значения колеблются около 7, что может свидетельствовать об отсутствии застоя влаги в почве этого участка. Однако в целом почвы питомника не нуждаются в проведении мероприятий по изменению кислотности.

На всей исследуемой территории обнаружено крайне низкое содержание

азота, недостаток которого может особенно резко сказываться на росте

вегетативных органов и формировании фотосинтезирующего листового и стеблевого аппарата молодых деревьев (Смирнов, Муравин, 1984). Содержание азота для всех почв территории располагалось в пределах от 0,11 до 1,88 мг/100г почвы, что дало основание рекомендовать внесение азотных удобрений в полном объеме.

Таблица 1. Химические свойства почв объекта

т.6 | т.9 | т.Ю | т.20 | т.23 | т.25 | т.ЗЗ | т.37 | т.38 | т.42 | т.43 | т.50 | т.51

ь, см Содержание углерода, мг/100 г почвы

0 1.49 1.73 1.29 2.06 1.09 1.08 1.28 1.28 1.27 1.01 1.22 1.09 3.33

10 1.42 1.79 1.36 2.20 1.15 1.17 1.26 1.37 1.26 1.04 1.33 1.24 2.25

20 1.60 1.75 0.36 2.01 1.22 1.13 1.32 1.28 1.20 0.74 1.26 1.22 1.38

40 0.86 0.64 0.43 0.83 0.29 0.43 0.63 0.68 0.49 0.32 0.44 0.33 0.61

75 0.43 0.34 0.25 0.32 0.25 0.31 0.38 0.41 0.34 0.26 0.30 0.32 0.30

РН

0 6.8 6.9 6.8 6.6 6.8 6.9 6.7 6.8 6.4 7.0 6.7 6.8 6.9

10 6.6 6.7 6.6 6.3 6.6 6.8 6.6 6.7 6.3 7.1 6.7 6.6 6.7

20 6.4 6.5 6.7 6.3 6.5 6.6 6.4 6.7 6.4 6.5 6.4 6.5 6.9

40 6.7 6.6 6.6 6.5 6.9 7.0 6.6 6.6 6.5 7.0 6.9 6.7 6.7

75 6.6 6.7 6.7 6.5 6.8 6.9 6.7 6.6 6.5 6.7 6.7 6.7 6.7

Содержание азота, мг/100 г почвы

0 1.68 0.33 0.28 1.60 0.25 1.71 0.55 1.27 0.31 0.32 0.32 1.75 0.51

10 1.75 0.44 0.48 1.42 0.35 1.75 0.59 1.01 0.70 0.49 0.24 1.88 0.78

20 0.88 0.38 0.43 1.75 0.28 1.80 0.88 0.34 0.70 0.20 0.33 1.84 0.15

40 0.65 0.19 0.14 1.06 0.24 0.67 0.31 0.20 0.30 0.16 0.12 1.03 0.17

75 0.24 0.16 0.09 0.45 0.28 0.11 0.18 0.27 0.24 0.13 0.11 0.82 0.15

Содержание фосфора, мг/100 г почвы

0 29.2 32.2 19.9 5.60 8.23 2.41 1.99 0.06 4.44 3.56 0.35 17.6 2.10

10 21.7 39.7 19.3 11.7 8.81 6.48 4.73 5.60 0.82 0.88 2.39 17.0 1.20

20 18.7 35.1 0.18 4.44 14.7 5.31 8.81 2.39 0.06 1.69 1.11 25.2 1.81

40 21.0 19.6 6.16 12.3 14.0 4.24 5.64 0.21 7.04 10.5 10.2 10.2 2.49

75 12.3 15.8 1.09 18.2 7.04 21.0 12.3 1.79 0.21 14.0 15.8 8.09 5.29

Содержание калия, мг/100 г почвы

0 9.00 4.93 4.54 3.49 5.32 2.18 1.78 3.10 3.23 3.49 3.49 4.93 7.42

10 6.64 4.54 5.72 4.01 3.88 4.28 3.36 2.44 1.65 1.39 6.11 5.06 5.59

20 4.28 5.39 3.10 2.44 3.23 4.80 3.36 1.65 2.18 1.13 2.57 1.65 1.65

40 3.62 1.26 3.36 1.65 10.04 1.92 1.65 2.18 1.92 2.70 1.92 5.59 1.78

75 2.70 1.92 2.18 2.96 3.49 3.75 3.10 1.39 1.65 2.70 3.36 2.70 1.59

Фосфор играет исключительно важную роль в процессах обмена энергии в растительных организмах, его недостаток сказывается на росте корневых систем. Содержание доступного фосфора в пахотных горизонтах всех почв объекта значительно варьировало: от 0,06 до 39,7 мг/100 г почвы, медианное значение

составило 5,31 мг/100 г почвы. На глубине 75 см разброс меньше, а медиана выше и составила 12,3 мг/100 г почвы. Самые низкие количества фосфора наблюдались в разрезе № 51, заложенном в перелеске.

Обнаруженная неоднородность распределения подвижного фосфора в горизонтах почвенного профилей на исследуемой территории, вероятно, связана с неравномерностью внесения удобрений и потребления питательных веществ в годы сельскохозяйственного использования.

Калий влияет на устойчивость растений к неблагоприятным условиям внешней среды и подверженности культур болезням. Величины его содержания низкие на всей территории питомника и находились в диапазоне от 1,26 до 5,72 мг/100 г почвы, не достигая показателей, необходимых для нормального роста древесных растений.

Почва лесного участка (т. 51) выделялась наибольшими значениями содержания подвижного калия в верхнем 10 см (7,42 мг/100 г почвы). Но с глубины 20 см его концентрации не превышали 2 мг/100 г.

В целом отчетливых взаимосвязей содержания исследованных элементов в зависимости от положения по рельефу не обнаружено, что, по-видимому, обусловлено спецификой использования территории. Однако очевидны отличия почвы под древесной растительностью от почвенного покрова остальной территории.

Определять дозы и необходимость внесения фосфорных и калийных удобрений необходимо в зависимости от целевого назначения. Наибольшее потребление их происходит на начальном этапе формирования растений и сразу после пересадки. Поэтому для данной территории рекомендуется внесение элементов питания на ту часть, где будет размещаться первая школа древесного питомника и молодые саженцы.

Основными недостающими элементами питания на территории питомника

являются углерод и азот. Для улучшения ситуации, кроме внесения минеральных

удобрений, рекомендуется использование зеленых удобрений в междурядьях

молодых саженцев, и на территории, временно находящейся под паром.

3.3. Температурный режим почв

Исследования специфики температурного режима в осенне-весенний

период были проведены с 01.11.2007 г. по 12.07.2008 г. в двух точках (т.51 и

т.43). А с 27 ноября 2008 года по 6 июня 2009 года температурный режим был

изучен по катене в 5 ключевых точках. Осень 2008 г. была сухой, среднесуточная

температура воздуха постепенно снижалась и опустилась ниже нуля 10 декабря,

снежный покров сформировался в начале января. На рис. 9, а представлены профильные распределения температуры почв в период промерзания без снежного покрова.

в>8 -4

11 15 19

Т,-С

Рис.9. Профильное изменение среднесуточной температуры: а)22 декабря; б) 31 марта; в) 15 апреля; г) 2 июня

Наиболее резкие отличия между почвами приходились на верхние горизонты, причем в почве под лесной растительностью она составила -3 °С (т.51), а в глеевой почве понизилась до -8 °С (т. 43). В течение зимнего периода происходило снижение и выравнивание температуры почв до 70-см глубины, профильные распределения близки (рис. 9 б). Во время весеннего повышения температуры быстрое прогревание верхних 20 см происходило в глеевой почве (рис.9, в), и в дальнейшем в летний период температура этой почвы имела наиболее высокие значения (рис.9, г). В целом за исследуемый период минимальные колебания значений отмечались в точке 51, находящейся в перелеске, а максимальные - в точке 43 с глеевой почвой.

Температура почвы на глубине 20 см является средним показателем теплового состояния корнеобитаемого слоя, а также основным показателем степени континентальности климата почвы (Димо, 1972). Поэтому для сравнения была выбрана температура почвы на глубине 18 см.

«явят <.......«т.......и—и.....■ЧИй'

брь Д?1б®ь 1Г Январь Февраль Март Апрель

Рис.10. Разница температур между точками с разной степенью оглеения за ноябрь 2008 г. - июнь2009 г. на глубине 18 см

На рис.10 представлены кривые изменения разницы между значениями температуры в т. 37 с неоглеенной почвой и в точках с глееватой (т.42) и глеевой почвой (т.43).

Анализ рядов данных показал, что разница температур между точкой 37 и 43 значимо отличается от нуля. А отличий между точками 37 и 42 статистическая обработка не выявила.

Полученные данные по температурному режиму показали, что в глеевой почве (т. 43) в верхнем слое почва охлаждается и прогревается сильнее по сравнению со всеми остальными почвами катены. В почве под пологом леса (р. 51) в зимние месяцы температура закономерно выше, а в летние - ниже, чем на поле. Таким образом, на температурный режим почв сильное влияние оказывает древесная растительность и высокая степень оглеения почв.

3.4. Почвенно-ландшафтное зонирование территории

Для зонирования данной территории были выбраны следующие показатели: степень оглеения почвы, профильные изменения плотности почв и коэффицента фильтрации, величина сопротивления пенетрации, температурный режим, содержание основных элементов минерального питания растений. На основании проведенных исследований территория была разделена на 6 зон (рис.11):

N . ."9 .;

I. Зона с серыми лесными окультуренными почвами, наиболее выровненная по рельефу, с оптимальными

агрофизических свойств,

максимально освещенная и хорошо прогреваемая. Эту зону при достаточном поливе рекомендуется использовать для выращивания сеянцев из семян (первая школа древесного питомника), а также для подращивания наиболее

значениями

всех

Рис.11. Схема почвенно-ландшафтного

зонирования

требовательных культур и

экзотов.

II. Зона в средней части первого склона с серыми лесными окультуренными почвами. Эта зона характеризуется достаточным количеством тепла и света, оптимальными значениями плотности, коэффициента фильтрации и сопротивления пенетрации, а также высоким содержанием питательных элементов. При условии дополнительного полива, здесь можно выращивать практически любые породы, например, лиственницу, дуб обыкновенный, осину.

III. Зона в верхней части склона с серыми лесными окультуренными почвами с хорошей освещенностью, оптимальными значениями плотности и Кф. Величина горизонтального сопротивления пенетрации в рамках оптимума, а вертикального - выше критических. Здесь рекомендуется сажать молодые 2-3 летние саженцы, обладающие высокой пластичностью корневых систем или породы с поверхностной корневой системой. Например, дубы красный и черешчатый, липу мелколистную, березу бородавчатую.

IV. Зона в средней части второго склона с серыми лесными окультуренными слабосмытыми почвами. Эта зона сходна с зоной II, но отличается очень низким содержанием элементов минерального питания. Здесь рекомендуется высаживать такие породы как акация белая и желтая, ясень обыкновенный, разные виды сосен.

V. Зона в нижней и средней части склона, с преобладанием серых лесных глееватых почв, с оптимальными значениями плотности и сопротивления пенетрации и плужной подошвой, аналитически диагностируемой только по профильному распределению коэффициента фильтрации. Здесь рекомендуемыми породами являются ель обыкновенная, некоторые виды пихт, клен остролистный, липа мелколистная, рябина обыкновенная.

VI. Зона в самой нижней части склона, с преобладанием серых лесных глеевых почв с переувлажнением вследствие формирования двухъярусной верховодки, наличием плужной подошвы, диагностируемой по данным плотности и Кф, и максимальными положительными и минимальными отрицательными температурами почвы. По совокупности признаков наилучшими породами для выращивания в этой зоне являются различные декоративные виды ив, тополь белый и черный, ольха черная.

Известно, что древесные культуры в процессе своей жизнедеятельности

изменяют свойства почв. Интенсивность и направленность процессов

трансформации почв зависит от состава пород, возраста деревьев, густоты

посадки. Сложность при проведении исследований по влиянию растительности

на почвенные характеристики связаны с присущей почвенному покрову пространственной неоднородностью. В связи с этим представляется весьма актуальным проведение мониторинговых исследований территорий с изначально выровненным почвенным покровом, известными начальными условиями и временем посадок.

Глава 4. Растительный и почвенный покров лесополосы почвенного стационара МГУ.

4.) Видовой состав и состояние деревьев лесополосы.

В архивных материалах по лесополосе почвенного стационара МГУ не сохранились ассортиментная ведомость и схема посадок деревьев. Поэтому осенью 2005 г. была проведена подеревная съемка с целью определения структуры посадок, породного состава и состояния деревьев.

Лесополоса устроена следующим образом (рис.12): по периметру высажены рядовые посадки берез, внутри расположены деревья девяти пород, которые вписаны в квадраты размером 4,5x4,5 м, расстояние между стволами составляет 1,5 м.

территория Почв енного стационара

т £ Т Т F Б| IT _Б т Т т Б _Б_ X т Т Б_ т _Б_ т Т Б Б_ [Б z _Б_ т Б_

Б Б Б Б Б Б Б 1 3 Б _ и Б Б Б Б Б Б Б Б Б Б Al Ъ_ Б Б Б _Б Б Б

Б Б Б Б Б Б i 1 3 Б Б Б Б Б Б Б Б Б Б Б Б Б Б Б 6 Б Б Б [Б 6 Б Б Б Б Б Б_

В в ш гага ш 1 i i ш 81 Ё ■ ■ а я 31 ■ В 1 1 1 ¡i;g.[ р | р; ' 1 0 о" 0 Л Л л"

1 ■■■ пг 1 аоввввваш т

1 Е Б Л л а ? ¿I ■ И * о О Л л 1 Е

Б - | ! i i Í ш ■ i И ш Б ■ ъ_ 1 л щ i Б Б г 1 б] -

Б 0 ■ _ § i SÉ JJ V Б ij ъ_ ñ¡ Л ñ¡ ¡J Б щ 9 т Б Б

Б Б Б 0 0 * 1 i ¡I i Б Б Б Б Б л л Л Б Б р Б Б Б

Б Б Б Ш .■'■i J 1 i 0 Q Я щ Л Л Л J 11 В i i s ■ К я 1

11 i 1 ■ : i 1 т б » т Л Л Л _ I 1 ■ J J 1 К I

Б Б Б т Щ Щ 1 п ■ 1 3 0 0 - ■ Л Л К i 8 i щ i £ Ж « _ и

Б Б Б Б Б Б Б ? Б Б g Б V 7 Б Б Б1 Б Б Л Б Б Б Б Б Б Б т ? Б Б

Б Б Б Б 5 Б N 3 Б Б Б Б Б Б в А Б Б Б А i| Б Б Б _Б Б Б Б Б Б Б Б

Б Б н Б 3 Б _ Б Б и А Б Б Б 3 Б Б 6 Б Б 1 _

н А У Ч Н Ы И ПАРК МГУ

Б I Береза Ж липа

■¡дуб 101 осина

Нель р рябина

К |клен черемуха

Л |лещина дерево погибло

Рис. 12. Схема посадок в лесополосе

За 45 лет эксперимента многие деревья выпали из древостоя. Особенно значительное выпадение произошло в защитной полосе со стороны Ботанического сада, вероятно, в первые годы после посадок. В средней части лесополосы сохранилось большинство деревьев. Их состояние на момент обследования в 2005 г. характеризовалось как удовлетворительное, отмечался их недостаточный рост в условиях загущенного древостоя.

При подсчете деревьев обнаружено, что наиболее устойчивой оказалась липа (100%), сохранилось большое количество деревьев клена и лещины (90 %), осины (около 80%), а деревьев черемухи и ели осталось меньше всего - 61 и 59% соответственно (рис. 13).

% от посаженного

100.0

- 91.7 88.9 77.8

— 66.7 66.7 65.9 61.1 59.3

л и п А л - - -

Е Щ И н А к л Е н о с и н А д У Б р я Б И Н А Б Е Р Е 3 А Ч ' Е Р Е М У X А Е Л ь

Рис.13. Количество сохранившихся деревьев для каждой породы лесополосы

В зависимости от возраста дерева и скорости прироста диаметра ствола то или иное растение можно отнести к определенному классу роста с учетом породы. Так, деревья ели 1-го класса за 10 лет увеличиваются в диаметре ствола примерно на 5 см, а 3-го класса - на 2,5 см (Заварзин, Матусевич, 2004). В литературе данные о размерах диаметров стволов деревьев разного возраста рассматриваются на примере трех основных пород зоны южной тайги: ели, осины и березы. По значениям прироста их диаметров можно судить о состоянии деревьев лесополосы (рис.14).

■ 2009

I 1Л

клен ель

Рис.14. Средние диаметры стволов деревьев разных пород в 2005 и 2009 гг.

Расчет скорости прироста был проведен на основании данных о возрасте деревьев и диаметре ствола на момент исследования. В 2005 г. средний диаметр ствола ели составил 4,7 см, средняя скорость прироста - 1,05 см, что для пород такого возраста крайне мало и соответствует 3-му классу роста. Средний диаметр ствола берез равен 16,2 см, скорость прироста - 3,6 см (2-й класс роста). Ко второму классу роста относится и осина, средний диаметр ствола составил

20 диаметр, см 16 12 8 4 О

□ 2005

осина береза дуб

15,7 см, а скорость прироста - 3,5 см. Класс роста за период эксперимента является средней характеристикой состояния деревьев за все годы жизни. Однако условия среды меняются с момента посадки. Поэтому, чтобы охарактеризовать прирост в современных условиях, было проведено изучение скорости изменения диаметра стволов за 4 года. Измерения в 2005 и 2009 гг. показало, что наибольший прирост произошел у деревьев осины (1,1 см) и дуба (1 см), а минимальный — у ели (0,3 см).

Таким образом, ель в условиях лесополосы чувствует себя крайне угнетенно, что вызвано комплексом причин: высокой густотой посадок, конкуренцией с другими деревьями и, вероятно, атмосферным загрязнением. Так, согласно градации по газоустойчивости ель относится к категории неустойчивых (Колесников, 1974). Лиственные деревья находятся в удовлетворительном состоянии. 4.2 Почвенный покров

Почвенный покров лесополосы был создан искусственно последовательным размещением горизонтов дерново-подзолистой почвы, привезенной из Подольского района Московской области. Согласно личным записям Корчагиной З.А. профиль модельной почвы в 1963 г. был следующий: Апах(0-22см)-Е(22-34см)-В 1(34-55 см)-В2(55-95см)-ВЗ(глубже 95см). В первые годы эксперимента произошла значительная усадка почвы, а к 1972 г. плотность почвы имела значения близкие к естественным: 1,28; 1,35; 1,51; 1,62 г/см3 на глубинах 10, 40, 80 и 130 см соответственно.

К настоящему времени морфологически выделяется верхний темноокрашенный гумусовый горизонт, мощность которого изменяется от 3 до 10 см (рис.15), м

Рис.15. Пространственное распределение мощности морфологически выделяемого гумусового горизонта.

Минимальные значения приурочены к той части лесополосы, которая в наибольшей степени подвержена антропогенному влиянию (загрязнению поверхности строительным мусором).

Наибольший разброс значений мощности темноокрашенного гумусового горизонта отмечен под березой, что, в том числе, обусловлено максимальной выборкой и расположением деревьев в защитной полосе. Наиболее однородная ситуация наблюдалась под черемухой: во всех трех квадратах - 7 см (рис.16, а).

Плотность почвы варьировала от 0,7 до 1,4 г/см3 (рис.16, б). Максимальные значения наблюдались под черемухой, причем они значимо отличались от большинства остальных пород. По квартальным значениям выделялась почва под лещиной, плотность которой менялась от 0,7 до 1,05 г/см3. А варьирование величин под кленом чрезвычайно низкое: 0,81-0,83 г/см3.

По содержанию углерода в почве территории лесополосы наблюдалась выровненная ситуация (рис.16, в), хотя наибольший квартальный разброс значений отмечался под лещиной и под осиной.

а)

б)

в)

Я, СМ

рь,г/см

С,%

о.41" д-сбюг

^ ф

¡£.¡-003

Тою л о) га со Л то то " с х с х I х а> 3 ф

а.4- я-цоюг т о к ш £ о-а. ^ ф

-тез

Я >>5

в) с! а)

Ф^гаяпга э- с ию 2

^ г» гт- т

Рис.16. Медиана, минимальные и максимальные значения а) мощности морфологически выделяемого гумусового горизонта; б) плотности почвы; в) содержания углерода для различных пород

Полученные данные выявили взаимосвязь между плотностью и составом пород, однако, мощность верхнего гумусового горизонта, содержание углерода в нем не зависят от породы деревьев в условиях лесополосы. По-видимому, это связано с сильным взаимовлиянием разных пород деревьев, вызванным высокой частотой посадки и их близким расположением.

4.3 Влияние состава пород деревьев на изменение свойств почв в многолетнем аспекте

Для исследований профильного распределения почвенных свойств были заложены разрезы в 2-х ключевых точках: под кленом и под елью.

Плотность верхних горизонтов под хвойным деревом составила 0,92 - 0,94 г/см3, под кленом ее величины выше: 0,96 - 1,16 г/см3. На глубине 20 см различия значений плотности почвы под разными породами снижаются, на глубине 30 см разница составила 0,2 г/см3 (рис.17, а).

Исследования гранулометрического состава показали, что распределение илистой фракции по профилю почв дифференцировано (рис.18, б). В верхних15 см содержание ила низкое, на глубине 25 см оно достигало максимальных значений. Причем под елью содержание тонких фракций в почве выше в гумусовом горизонте и заметно меньше в минеральных, что, возможно, связано со спецификой почвообразовательных процессов под разными породами деревьев.

а)0.9 1.1 1.3 1.5 6)5 15 25 35 45 в) 4 5 6 7 8 9 г) ° 4 8 12

Рис.17. Профильное распределение значений: а) плотности; б) содержания илистой фракции; в) рН; г) запасов углерода

Более кислые условия под елью обусловлены опадом хвойных пород. В верхнем горизонте значения рН близкие для обоих вариантов (рис.17, в). Наибольшие различия наблюдались на глубине 20-30 см, здесь рН составили 6,1 под кленом и 5,8 под елью.

Профильное распределение содержания углерода также различалось в почвах 2-х разрезов. В верхнем горизонте оно составило 4,3% под елью, и 4,9% под кленом, на глубине 20 см разница в значениях достигает 1%. Величина запасов углерода в верхних 20 см заметно выше под елью (рис.18, г), ниже по профилю различия нивелируются. Суммарные запасы гумуса в почве под кленом из расчета на 0,5-метровую толщу составили 20 кг/м2, а под елью на 3 кг больше, и в целом их можно охарактеризовать как очень низкие (Кирюшин, Иванов, 2005).

Агрохимические исследования показали, что в целом почва лесополосы является в значительной степени обеспеченной минеральным питанием. Согласно работе Редько Г.И. с соавторами (2005) удобрения не требуются для выращивания лесных культур, если в почве содержится более 8-10 мг/100 г почвы подвижного фосфора и более 6-8 мг/100 г почвы подвижного калия. В почве лесополосы содержится 8-23 мг/100 г фосфора, что говорит о полной обеспеченности этим элементом, содержание калия изменяется от 3 до 12 мг/100 г, почва обеспечена этим элементом до глубины 30 см. 4.4 Температурный режим почв.

Изучение температурного режима почв лесополосы, также как и почв территории «Заокские питомники», проводилось в течение двух периодов (с 17 октября 2005 года по 20 июля 2006 и с 1 ноября 2008 года по 15 июля 2009), с шагом 3 часа.

В первом цикле исследований температура фиксировалась на глубине 5, 15 и 50 см в точке под кленом и на 5 и 15 см в точке под елью (рис.19). Ниже нуля температура опустилась под кленом в феврале, а под елью - в январе. Минимальная температура на глубине 50 см составляла 0,8°С, значит почва глубже не промерзала. Резкое увеличение температуры началось 10 апреля. В период с октября по июль на глубине 15 см почва под кленом максимально прогрелась до 15°С, а под елью - до 16,5°С. Минимальная температура под кленом -0,5°С, а под елью -1°С.

Рис.19. Температура почвы с октября 2005 года по июнь 2006.

Таким образом, полученные данные по температурному режиму показали, что под елью до глубины 15 см почва промерзает и прогревается сильнее, разброс температур выше. Чтобы проверить достоверность этих отличий, были статистически обработаны и проанализированы данные по температуре за время

пимирв лгшарь

Март

Апрель

Июнь

обоих периодов исследования, показавшие, что разница значений между двумя массивами (породами) значимо отличалась от нуля (рис.20).

2.0 -|

Рис.20. Разница температур на глубине 10 см в почве под елью и под кленом в 2008-

Таким образом, проведенные исследования показали, что к настоящему времени морфологически выделяется темноокрашенный гумусовый горизонт мощностью 3-10 см, плотность которого зависит от состава пород. Выявлены различия в профильных распределениях ряда физических и химических свойств почв под елью и кленом, отразившиеся и на их температурном режиме.

ВЫВОДЫ

1. Проведенные исследования показали, что почвенный покров территории питомника представлен серыми лесными, серыми лесными окультуренными, серыми лесными окультуренными глееватыми и серыми лесными окультуренными глеевыми почвами.

2. Изучение пространственного распределения физических свойств почв показало значительное варьирование коэффициента фильтрации, наблюдается дифференцированность его значений по профилю почв, причем минимальные величины (15-40 см/сут) обнаружены на глубине 20 см на большей части территории питомника. Выделяется участок, где вертикальное сопротивление пенетрации выше критических 0,5 МПа. Глеевая почва, расположенная в нижней части склона, выделятся тяжелым гранулометрическим составом, переуплотнением на глубине 20 см (плотность выше 1,6 г/см3) и более контрастным температурным режимом.

3. Специальные модельные полевые фильтрационные эксперименты показали, что переувлажнение территории связано с особенностями рельефа и антропогенно обусловленными переуплотнением почв и снижением коэффициента фильтрации на глубине 20 см, приводящими к формированию и латеральному перемещению верховодки в нижнюю часть склона.

4. Исследования химических свойств показало очень низкие значения содержания азота (0,11-1,88 мг/100г) и калия (1,26-5,72 мг/100г) в почвах всей

1 . Н1 < ¡н 24 мар'I ,13 май 2 июл

.■(,%5-Окт ^ 14 дек 2 фев -2.0 -

2009 г.г.

территории питомника, что является недостаточным для нормального роста и развития древесных пород. Наблюдается высокий разброс значений концентраций фосфора.

5. Почвенно-ландшафтное зонирование территории питомника позволило провести деление участка на 6 зон и рекомендовать по каждой зоне свой видовой состав древесных пород. Показатели, дающие основание для такого разделения: степень оглеения, профильные распределения плотности, сопротивления пенетрации почв и коэффициента фильтрации, температурный режим почв, содержание основных элементов минерального питания растений.

6. Подеревная съемка лесополосы Почвенного стационара МГУ показала, что растительный покров объекта представлен 9 породами деревьев. Количество сохранившихся деревьев убывает в ряду: липа, лещина, клен, осина, дуб, рябина, береза, черемуха, ель. Наименьшая скорость прироста, определенная по разнице диаметров стволов, измеренных в 2005 и в 2009 гг., наблюдалась у ели, а наибольшая - у осины и дуба.

7. Исследования некоторых физических и химических свойств верхнего горизонта модельной почвы лесополосы с изначально высокой латеральной выравненностью почвенных характеристик, выявили неоднородность их распределения к настоящему времени. Зависимость свойств верхнего горизонта от характера растительности обнаружена для плотности почв.

8. Сравнительный анализ профильного распределения свойств почв под хвойным (ель) и широколиственным (клен) деревьями показал, что в многолетнем аспекте происходит трансформация почв в зависимости от породы дерева. Наблюдается облегчение гранулометрического состава, подкисление почвы, увеличение запасов углерода в почве под елью, имеются различия в температурном режиме почв в зависимости от характера пород.

Публикации по теме диссертации:

1. Умарова А.Б., Бекецкая Т.В., Железова C.B. Трансформация физических и химических свойств модельной почвы под воздействием древесной растительности // Вестник ОГУ, № 6, 2009, с.629-632

2. Бекецкая Т.В., Умарова А.Б., Железова C.B., Кокорева A.A., Звонка Д.В. Исследование почвенного покрова территории «Заокские питомники» (Тульская область) в целях выращивания декоративных древесных растений // Вестник АГАУ, Xsl0, 2009, с. 54-58

3. Бекецкая Т.В., Умарова А.Б. Железова C.B. Влияние древесной растительности на свойства почв (на примере модельной почвы почвенного стационара МГУ) // Лесной вестник, X» 3,2010, с. 206 - 211.

4. Иванова Т.В., Умарова А.Б., Самойлов O.A., Егоров Ю.В., Бекецкая Т.В. Сбор экспериментальной информации в многолетнем лизиметрическом эксперименте // Труды Всероссийской конференции «Экспериментальная информация в почвоведении: теория, методы получения и пути стандартизации» Москва,2005, с.3-5.

5. Железова C.B., Бекецкая Т.В., Умарова А.Б. Выживаемость древесных пород в условиях лесополосы в многолетнем аспекте // «Экология 2007: Эстафета поколений» VI Путинская международная школа-семинар по экологии. -Москва, 2007, с. 41-43

6. Железова C.B., Умарова А.Б., Бекецкая Т.В. Трансформация некоторых свойств модельной почвы под воздействием древесной растительности лесополосы // Ноосферные изменения в почвенном покрове - Владивосток, 2007. - С. 331

7. Бекецкая Т.В. Исследования свойств и режимов почв в целях почвенно-ландшафтиого зонирования территории под искусственные древесные насаждения // Ломоносов - 2008: XV Международшя конференция студентов и аспирантов по фундаментальным наукам. - Москва, 2008, с. 8-9

8. Бекецкая Т.В., Железова C.B., Звонка Д.В. Агроэкологическая оценка структуры почвенного покрова территории «Заокские питомники» / Материалы V Всероссийского съезда общества почвоведов, Ростов-на-Дону, 2008, с. 364

9. Бекецкая Т.В. Разработка технологии почвенно-ландшафтного зонирования и оценки территории под искусственные древесные насаждения // Тезисы докладов I Всероссийской научно-практической конференции «Фундаментальные достижения в почвоведении, экологии, сельском хозяйстве на пути к инновациям». Москва, 2008, с.265-266

10. Бекецкая Т.В. Технологии почвенно-ландшафтного зонирования и оценки территории под искусственные древесные насаждения // Сборник инновационных проектов. - Москва, 2009, с.22-23

11. Beketskaya T.V., Zhelezova S.V. Landscape and soil research for nursery garden / Материалы IX Международной конференции молодых ученых «Леса Евразии -Польские леса», г. Курник, Польша, 2009, с. 111-114

12.Umarova A.B., Shein E.V., Beketskaya T.V. Hydraulic functions anisotropy and preferential water flow in agricultural texture-differentiated soils // Abstracts of 2nd International Conference BIOHYDROLOGY 2009: A changing climate for biology and soil hydrology interactions . Bratislava, Slovakia, 2009.:

13.Бекецкая T.B., Кононова A.A., Звонка Д.В. Пространственные закономерности распределения физических и химических свойств почв территории закладываемого питомника древесных культур// Материалы конференции «Научные основы экологии, мелиорации и эстетики ландшафтов». - Москва, 2010, с. 299-304

14. Бекецкая Т.В. Мониторинг состояния древесных насаждений в условиях города (на примере лесополосы почвенного стационара МГУ) // Материалы X Международной конференции молодых ученых «Леса Евразии - Подмосковные вечера)). Мытищи, 2010, с. 266

Подписано в печать: 15.11.2010

Заказ № 4591 Тираж -110 экз. Печать трафаретная. Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш., 36 (499) 788-78-56 www.autoreferat.ru

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Бекецкая, Татьяна Викторовна

Введение

Глава 1. Литературный обзор

1.1 Ландшафт: компоненты, свойства, характеристики. Почвенный 6 покров как отражение свойств компонентов ландшафта

1.1.1 Определение «ландшафта», виды, компоненты, классификация

1.1.2 Ландшафтная роль почвенного покрова

1.2 Взаимосвязь свойств почвенного покрова и растительности

1.2.1 Влияние лесной растительности на изменение химических и 13 физических свойств почвы

1.2.2 Особенности влияния отдельных пород на изменения свойств 18 почвы

1.2.3. Влияние растительности на температурный режим почв

1.2.4. Особенности совместного произрастания различных древесных 24 пород

1.3. Зонирование, картирование территории: виды, принципы, подходы

1.4. Объекты целевого назначения: лесополосы, питомники, озеленение 34 городских территорий. Их специфика и мониторинг

1.4.1 Объекты целевого назначения

1.4.2 Мониторинг объектов целевого назначения

Глава 2. Объекты и методы исследования

2.1 Объекты исследования

2.2 Методы исследования

Глава 3. Растительный и почвенный покров территории «Заокские питомники»

3.1 Растительный покров и функциональное использование территории

3.2 Почвенный покров территории

3.2.1 Топографическая и почвенная съемка

3.2.2 Физические свойства почв питомника 66 3.2.2.1. Гранулометрический состав почв

3.2.2.2 Плотность почв

3.2.2.3 Сопротивление пенетрации почв 73 3.2.2.3 Коэффициент фильтрации 79 3.2.2.4. Фильтрационный эксперимент по передвижению влаги

3.2.2.5. Взаимосвязь физических свойств почв

3.2.3 Химические свойства

3.2.3.1 Содержания гумуса

3.2.3.2 рН почвенного раствора 85 3.2.3.3. Содержание основных элементов минерального питания

3.3. Температурный режим

3.4. Зонирование территории

Глава 4. Растительный и почвенный покров лесополосы почвенного стационара МГУ

4.1 Видовой состав и состояние деревьев лесополосы

4.2 Почвенный покров

4.3 Влияние состава пород деревьев на изменение свойств почв в 120 многолетнем аспекте

4.3.1 Физические свойства

4.3.2 Химические свойства 124 4.4 Температурный режим почв

Введение Диссертация по биологии, на тему "Почвенно-ландшафтное зонирование и мониторинг территорий под древесными насаждениями"

В настоящее время востребованным и актуальным является научная организация территорий под древесные насаждения различного целевого назначения (питомники декоративных растений, озеленение парковых, дворовых и частных территорий, создание лесополос). Почвенный покров является наиболее информативной составляющей ландшафта, отражающей свойства и взаимосвязи всех остальных компонентов. Почвенно-ландшафтное зонирование территории, направленное, в первую очередь, на исследования почвенных характеристик и режимов, позволяет выделить контура с близким сочетанием свойств компонентов ландшафта. Это дает возможность оптимально использовать природный потенциал территории, в том числе осуществлять подбор растительного ассортимента с учетом специфики территории, вести мониторинговые исследования, прогнозировать развитие ландшафта.

В отличие от традиционной организации питомников декоративных растений, направленной на подбор территорий с минимальной неоднородностью свойств компонентов ландшафта (Колесников, 1974; Холявко, Глоба-Михайленко, 1980; Соколова, 2004), в данной диссертационной работе предложен новый системный подход, позволяющий использовать разнообразие имеющихся почвенных ресурсов и оптимально размещать древесные породы в ландшафте. Проведено комплексное исследование территории объекта «Заокские питомники» с выделением 6 зон по свойствам и температурному режиму почв. В работе впервые проведен специализированный мониторинг модельных древесных посадок (лесополоса МГУ), функционирующих с 1963 года в условиях г. Москва, показавший влияние состава древесных пород на изменение свойств почв.

На основе проведенных исследований по изучению характеристик ландшафта и почвенных свойств на территории питомника были подобраны и размещены саженцы древесных культур, проведена обработка почв, и внесены минеральные удобрения. Полученные данные являются основой для дальнейшего мониторинга территории объекта «Заокские питомники». Впервые проведены детальные исследования растительного и почвенного покровов территории лесополосы МГУ, изучена их трансформация через 45 лет после закладки.

Полученные результаты используются на факультете почвоведения МГУ при чтении лекций по дисциплине «Почвенно-ландшафтное проектирование».

Целью работы было проведение почвенно-ландшафтного зонирования и мониторинговых исследований территорий под древесными насаждениями на примере питомника декоративных растений, расположенного в Заокском районе Тульской области, и лесополосы Почвенного стационара МГУ им. М.В. Ломоносова.

В работе были поставлены следующие задачи:

1. Изучить характеристики компонентов ландшафта территории хозяйства «Заокские питомники» в Тульской области.

2. Провести исследование пространственного распределения ряда физических и химических свойств и температурного режима почв территории хозяйства «Заокские питомники»

3. Провести зонирование территории питомника, разработать рекомендации по оптимизации почвенных свойств, подбору и размещению древесных пород на его территории.

4. Изучить пространственное распределение ряда физических, '7-химических свойств и температурный режим модельной почвы лесополосы Почвенного стационара МГУ.

5. Определить структуру растительного покрова лесополосы, провести мониторинг его состояния. Изучить влияние древесной растительности на изменение физических и химических свойств почвы в многолетнем аспекте

Заключение Диссертация по теме "Почвоведение", Бекецкая, Татьяна Викторовна

Заключение

Зонирование территории может служить средством наиболее полного и комплексного учета природных условий и ресурсов, представляет важнейшую естественно-научную основу для планирования любых мероприятий, связанных с использованием этих ресурсов.

В результате проведенных исследований молено сделать следующие выводы:

2. Изучение пространственного распределения физических свойств почв показало значительное варьирование коэффициента фильтрации, наблюдается дифференцированность его значений по профилю почв, причем минимальные величины (15-40 см/сут) обнаружены на глубине 20 см на большей части территории питомника. Выделяется участок, где вертикальное сопротивление пенетрации выше критических 0,5 МПа. Глеевая почва, расположенная в нижней части склона, выделятся тяжелым гранулометрическим составом, л переуплотнением на глубине 20 см (плотность выше 1,6 г/см) и более контрастным температурным режимом.

4. Исследования химических свойств показало очень низкие значения содержания азота (0,11-1,88 мг/100г) и калия (1,26-5,72 мг/100г) в почвах всей территории питомника, что является недостаточным для нормального роста и развития древесных пород. Наблюдается высокий разброс значений концентраций фосфора.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Бекецкая, Татьяна Викторовна, Москва

1. Авдеева Е.В. Специфика роста древесных растений в условиях городской среды // Вестник Красноярского государственного аграрного университета, 2008, №4, с. 182-186

2. Анненская Г. Н., Видина А. А., Жучкова В. К. и др. Морфологическое изучение географических ландшафтов // Ландшафтоведение. М.: Изд-во АН СССР, 1963.-С. 5-29.

3. Артюшенко З.Т., Соколов С.Я. Формирование почек и развитие годичных побегов у некоторых древесных и кустарниковых пород. // Тр. Ботан. ин-та им. В.Л.Комарова АН СССР. 1955. Сер. 6. Вып. 4. С. 139-156.

4. Белова Н.К., Соколова Э.С., Белов Д.А. Состояние зеленых насаждений на бульварах Москвы // Лесной вестник, 2000, № 6, с. 100-110

5. Бельгард А.Л. Степное лесоведение. М.: Лесная промышленность, 1971. 336 с.

6. Берг Л. С. Ландшафтно-географические зоны СССР. М.-Л., Сельхозгиз, 1931. 401 с.

7. Берг Л.С. Фации, географические аспекты и географические зоны. Изв. ВГО, 1945, т. 77, вып.З, с. 162-169.

8. Берлянт А.Л. Картографический метод исследования природных явлений. М.: Изд-во МГУ, 1971, 75 с.

9. Богатырев Л.Г. О классификации лесных подстилок // Почвоведение, 1996. №4. с. 501-511

10. Богатырев Л.Г. Образование подстилок один из важнейших процессов в лесных экосистемах//Почвоведение, 1990. №3. с. 118-127

11. Богатырев Л.Г., Алябина И.О., Маречек М.С., Самсонова В.П., Кириченко A.B., Коновалов С.Н. Подстилка и гумусообразование в лесных формациях Камчатки // Лесоведение, 2008, №3. с. 28-38

12. Бондарев А.Г., Бахтин П.У., Сапожников П.М., Уткаева В.Ф., Максимов Д.С., Щепотьев В.Н., Гончаров В.М. Изменение физических свойств и плодородия серых лесных почв при их уплотнении и разуплотнении //13

Информация о работе

Бекецкая, Татьяна Викторовна
кандидата биологических наук
Москва, 2010
ВАК 03.02.13

Диссертация

Почвенно-ландшафтное зонирование и мониторинг территорий под древесными насаждениями - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы