Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

ВЛИЯНИЕ ЗЕМЛЕДЕЛЬЧЕСКОГО ОСВОЕНИЯ НА СВОЙСТВА ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ СУГЛИНИСТЫХ ПОЧВ СОВРЕМЕННЫХ ЛЕСОВ

ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "ВЛИЯНИЕ ЗЕМЛЕДЕЛЬЧЕСКОГО ОСВОЕНИЯ НА СВОЙСТВА ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ СУГЛИНИСТЫХ ПОЧВ СОВРЕМЕННЫХ ЛЕСОВ"

лъ чж

Ахмалншев Канат Бактыбаевич

ВЛИЯНИЕ ЗЕМЛЕДЕЛЬЧЕСКОГО ОСВОЕНИЯ

НА СВОЙСТВА ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ СУГЛИНИСТЫХ ПОЧВ СОВРЕМЕННЫХ ЛЕСОВ

«

Специальность 03,00.27 - Почвоведение

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

На правах рукописи

Ахмалншев Канат Бактыбаевич

влияние земледельческого освоения на свойства дерново-подзолистых суглинистых почв современных лесов

Специальность 03.00.27 - Почвоведение

автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

РГАУ-МСХА имени К.А Тимирязева ЦНБ имени Н-И. Желс.зноча Фоня научный лктеоатуры

! * .....

Москва 2007 г.

Работа выполнена в лаборатории агроэкологической оценки почв Почвенного института им. В.В. Докучаева РАСХН.

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук

Н.П. Сорокина

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук

М.С. Симакова

кандидат биологических наук О.Ю. Баранова

Ведущая организация: Всероссийский научно-исследовательский

институт лесоводства и механизации лесного хозяйства

Защита состоится « 12 » ноября 2007 г. в_часов на заседании

диссертационного совета Д 006.053.01 в Почвенном институте им, В.В. Докучаева РАСХН по адресу: 119017 Москва, Пыжевский переулок д. 7.

Тел/факс 8(495) 951 -50-37; 8(495) 230-80-42 E-mail: lubimova@agro.geonet.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Почвенного института им. В.В.Докучаева.

Авгореферагразослан«_»_2007г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор сельскохозяйственных наук

И.Н. Любимова

Актуальность темы.

Изучение постагрогенных изменений почвенного покрова (ПП) в настоящее время рассматривается как важная составляющая в решении генетических и эволюционных задач, имеющая особое значение в лесной зоне. Кардинальная смена типа растительности и биоценоза (лес, пашня, луг) не только нарушает профиль почвы, но влияет на направление и интенсивность почвообразовательных процессов. Необходимо совместное изучение природных факторов почвообразования и истории использования земель. В первую очередь это относится к южно-таежной подзоне, где история земледелия насчитывает более 1000 лет, неоднократные смены угодий охватывали большую часть территории и современный ПП в той или иной степени наследует черты, характерные для прежних условий.

Цель исследования.

Установить влияние былой распашки на свойства дерново-подзолистых почв вторичных лесов в условиях неоднородного ПП и разработать методические подходы к совместному изучению природных и антропогенных факторов его дифференциации.

Задачи исследования,

1) Изучить закономерности пространственного варьирования морфологических и химических свойств дерново-подзолистых суглинистых почв коренных и вторичных лесов на разных элементах рельефа; 2) Установить влияние давности и длительности земледельческого использования на свойства дерново-подзолистых суглинистых почв и почвенный покров вторичных лесов; 3) Разработать содержание и составить по данным архивных и современных картографических источников с применением ГИС-технологии "Интегральную карту истории угодий" в масштабе 1:50000 для использования в качестве картографической основы при почвенно-ландшафтном мониторинге и изучении трансформации угодий за 250-300 летний период; 4) Разработать методические подходы к изучению влияния смены угодий на свойства почв лесных территорий в условиях неоднородного почвенного покрова.

Научная новизна,

1. Впервые установлены различия дерново-подзолистых суглинистых почв вторичных и условно коренных лесов с учетом положения в рельефе. Показано усиление внутриландшафтной дифференциации морфологических показателей почв во вторичных лесах по сравнению с коренными.

2. На конкретном примере (дерново-подзолистые суглинистые почвы

почвы южного склона Клинско-Дмитровской гряды) обоснована необходимость при изучении динамики ПП сочетания методов исследования структуры почвенного покрова, исторической картографии, статистических методов и компьютерной картографии с применением ГИС-технсшогий.

3. По данным архивных и современных картографических материалов (серия карт угодий 1767- 1784-1812-1852-1930-1969 гг.) для территории площадью 150 кв. км. составлена в компьютерной версии "Интегральная карта истории угодий" м-ба 1: 50000 и разработана легенда к ней, отображающая последовательность смен угодий на данной территории. Назначение карты - использование при почвенно-ландшафтном мониторинге и при изучении влияния смены угодий (лес-пашня-лес) на почвы н почвенный покров.

Практическая значимость.

Установленные закономерности пространственной изменчивости свойств дерново-подзолистых почв могут быть использованы при почвенном картографировании лесных территорий и при мониторинге почвенного покрова в ареале дерново-подзолистых почв на покровных суглинках.

Интегральная карга истории угодий м-ба 1:50000 в компьютерной версии представляет картографическую и атрибутивную базы данных почвенно-экологического мониторинга для анализа динамики природопользования за 250-300 летний период и для решения ряда исследовател ьских задач, связанныхс этой трансформацией.

Апробация работы.

Основные положения работы докладывались на заседании кафедры общего почвоведения факультета почвоведения МГУ, на заседании двух отделов Почвенного института им. В.В. Докучаева, на II -съезде почвоведов России в Санкт-Петербурге (1996 г), на Международных научных конференциях в Ростове-на-Дону «Экология и биология почв: проблемы диагностики и индикации» (2006), Санкт-Петербурге "Пространственно-временная организация почвенного покрова: теоретические и прикладные аспекты"(2007).

Объем работы.

Диссертация состоит из введения, _ глав, выводов, списка

литературы, содержащего_наименований, и приложений, изложена на

_страницах, имеет_рисунков и таблиц.

Благодарности.

Выражаю искреннюю благодарность и признательность своему научному руководителю доктору сельскохозяйственных наук

Н.П. Сорокиной. Благодарю за многие важные советы и оказанную помощь Рожкову В.А. Большое спасибо всем за содействие при написании работы: Чижиковой Н.П., Градусову Б.П., Симаковой М.С., Булгакову М.С., Рухович Д.И. (Почвенный институт им, В.В. Докучаева), {Козловскому Ф.И1 (Институт Географии РАН), Васильевской В.Д. и всему коллективу кафедры Общего почвоведения (факультет Почвоведение МГУ).

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ГЛАВА I. Влияние смены лесных и пахотных угодий на почвенный покров южно-таёжной зоны.

(Обзор литературы).

Дерново-подзолистые почвы имеют сложную многовековую историю сельскохозяйственного использования. Трансформация дерново-подзолистых почв при смене лесных и пахотных угодий привлекает внимание многих исследователей. Подчеркивается необходимость учитывать при изучении современного ПП (его генезиса, эволюции, экологической характеристики) историю угодья: возраст пашни - для сельскохозяйственных земель, для лесных массивов - возможность пребывания их ранее в распашке, давность и длительность сельскохозяйственного освоения (Гедымин, 1960, 1983; До лотов, 1965; Крутиков, Цесельчук, 1974; Баранова, 1983; Александровский, Караваева, Жариков, 1985; Тонконогов, 1987; Козловский, Сорокина, 1987; Мартыненко, Гончарук, 2004).

1.1. Изменение дерново-подзолистых почв при сельскохозяйственном использовании.

Многочисленные исследования, широко развернувшиеся уже в 50-70 гг. (Благовидов 1948; 1954; Гаркуша 1956; Завалишин, 1960; Григорьев, 1960, 1962; Пономарева, 1962; Долотов, 1963, 1968; Короткое, 1968; Пестряков, 1974; Гагарина, 1979; Ногина, 1980; Добровольский, Гришина, 1985) позволили выявить основные изменения свойств почв под влиянием распашки (в частности, увеличение мощности гумусового горизонта и уменьшение в нем содержания гумуса).

Результаты исследований нашли отражение в классификации и диагностике освоенных и окультуренных дерново-подзолистых почв (Григорьев, 1960; Классификация и диагностика почв СССР, 1977). Различия лесных и пахотных дерново-подзолистых почв закреплены в новой классификации почв России (2004 г.) введением самостоятельного

типа агродерново-подзолистых почв.

Различные приемы окультуривания направлены на оптимизацию и гомогенизацию свойств пахотного горизонта. Однако в реальных условиях встречаются различные модификации пахотных горизонтов (Караваева и др., 2003). Под влиянием распашки и усиливающихся при этом эрозии и пространственной неоднородности увлажнения пестрота ПП нередко не только не ликвидируется, но становится еще более резко выраженной. На это указывали многие исследователи в связи с изучением СПП различных территорий (Корниенко, 1965; Фридланд, 1972; Ильина, 1973, 1978; Григорьев, 1970; Григорьев и др., 1975; Годельман, 1976; «СПП и методы ее изучения», 1973),

1.2. Измененне почв при зарасгашш лесом

В подзоне дерново-подзолистых почв широкое распространение имеют почвы, которые прошли стадию освоения, но в дальнейшем выпали из сельскохозяйственного оборота. Значительная часть ранее распахиваемых почв занята вторичными лесами.

С прекращением антропогенного воздействия в бывших пахотных почвах восстанавливается естественный зональный тип почвообразования с последовательной сменой биогеоценозов в ряду: агроценоз - луг -лес (Апарин, Васильев, 1981; Анциферова, 2003.). По мере возобновления естественной растительности происходит постепенное восстановление генетического профиля дерново-подзолистой почвы (Александрова, 1981; Апарин и Васильев, 1984; Баранова, Номеров 1985; Рожков, Скворцова, 2004).

Изменения различных свойств бывших пахотных дерново-подзолистых почв прослеживается уже в 30-летнем лесу (Хохлов, 2004) и в течение первых 70-100 лет зарастания в нижней части старопахотной толщи появляются признаки подзолистого горизонта: специфическая слоистая структура и обилие ортштейнов (Баранова, 1983; Скворцова, Баранова, Нумеров, 1987). Однако к 150-170 годам полного возвращения пахотных почв к исходным лесным не происходит, сохраняются старопахотные признаки в виде высокого по отношению к фону содержания гумуса и повышенной рыхлости почвенной массы. Исследования А.В. Гедымина (1960) показали, что после столетнего пребывания бывшей пашни под лесом происходит формирование гумусового горизонта А, в верхней части бывшего пахотного горизонта серой лесной почвы, тогда как нижняя его часть остается практически неизменной. Наиболее быстро восстанавливаются такие химические свойства почв, как актуальная, гидролитическая кислотность, содержа-6

содержание обменных катионов. Самыми консервативными являются морфологические признаки: ровная граница бывшего пахотного горизонта с нижележащим, сохранение старопахотного горизонта (до 150-170 лет), наличие в нем угольков и остатков припаханного горизонта (Караваева, Жариков, 1985; Григорьев, 1986; Тонконогов, 1987; Герасимова, Пацукевич, 1988).

1.3. Методы исследования изменений почв и почвенного покрова при смене лесных и пахотных угодий. Изучение влияния смены растительности на свойства почв и почвенного покрова опирается на сравнительно-географический метод В.В. Докучаева, являющийся основой всех почвенно-картограф и ч е ск и х работ. Особую проблему при изучении трансформации почв во времени представляет неоднородность почвенного покрова. Различные аспекты изучения СПП в дерново-подзолистой подзоне освещены в работах Б.Ф. Апарина, В.П. Белоброва, Г.И. Григорьева, Л.П. Ильиной, Л.О. Карпачевского, Ю.П. Качкова, Т.А. Романовой, М.Г. Синицыной, М.С. Симаковой, Н.П. Сорокиной, М.Н. Строгановой, В.Д. Тонконогова, И.С. Урусевской, Г.А. Шершуковой.

Причины формирования пестроты пп связывают как с ролью растительности (Сахаров, Сахарова, 1951; Ремезов, 1961; Карпачевский и др. 1968, 1971; Любимова, Ильина, 1978; Холопова, 1982;), так и с влиянием микрорельефа (Неуструев, 1922; Филатов, 1923, 1945; Корниенко, 1950; Розмахов, 1957; Бутузова, 1960, 1962; Розмахов и др. 1963; Долгова, 1964; Фридланд, 1965, 1972; Ильина, 1973; Сорокина, Кальван, 1975; Симакова, 1983;).

В полевых условиях для сравнения лесных и пахотных почв используются парные разрезы, катены, ключевые участки.

При методе «парныхразрезов» каждый разрез, изучаемый на пашне, сопоставляется с «эталонным», заложенным в лесу в аналогичных литолого-геоморфологических условиях. Более полную информацию дает сопоставление катен - почвенно-геоморфологических профилей, охватывающих разные позиции ландшафта (Урусевская, 1969; Глазовская, 1969; Фридланд, 1972;Караваева, 1982; Липкина, 1987.)

Разработка методов изучения СПП и закономерностей пространственного варьирования почв показали перспективность сопоставления не отдельных «почв» - единичных разрезов, а ключевых участков (Фридланд, 1972; Белобров, 1973; Григорьев и др., 1973, 1975; Закономерности пространственного варьирования... 1970; Козловский 1970; Элементарные структуры почвенного покрова Нечерноземной

зоны, 1975).

При изучении агрогенной и постагрогенной эволюции почв эффективно построениехронорядов из специально выбранных объектов с известной историей использования (Александровский, Кренке, 1994).

Признание почвоведов получил историко-картографический метод (Гедымин 1960; Дологов 1965; 1985). Сопоставление старых карт XVIII-XIX вв. с современными позволяет установить динамику угодий н объективно представить процесс антропогенной эволюции почвенного покрова.

В связи с развитием ГИС, в почвенной картографии находят применение методы компьютерной обработки картографических изображений (Офман, Пономаренко, Пономаренко, 1993; Рожков, Рожкова, 1993; Столбовой,Савин, 1996;Савин, 1998,2003).

Несомненно, наиболее информативным является методический подход, сочетающий традиционные классические методы почвоведения с изучением СПП, историко-картографическим и методами компьютерной обработки информации.

ГЛАВА И. Объекты к методы исследования.

Исследования проводились в юго-восточной части Смоленско-Московской возвышенности, на южном склоне Клинско-Дмитровской гряды.

Юшиско-Дмитровская гряда - один из наиболее изученных в почвенном отношении регионов (Филатов, 1914; Захаров, 1914; Монин, 1947; Вад ков екая, 1957; Чугуева, 1959; Завалишин, Фирсова, 1960). Согласно почвенному районированию (Добровольский, Урусевская, 1989; Ильина, 1973; Почвы Московской области, 1974) территория исследований относится к Смоленско-Московскому покровно-суглииистому округу дерново-подзолистых почв, который характеризуется сочетаниями дерново-подзолистых суглинистых, дерново-подзолисто-глеевых и почв овражно-балочного комплекса. Основным фактором дифференциации ПП является мезо- и микрорельеф и связанные с ними условия увлажнения.

Растительность коренных лесов представлена елово-дубовыми лесами. На плоских равнинах встречаются ельники-черничникн. Значительную площадь занимают вторичные леса: березовые и осиновые с примесью дуба, липы, клена (Алехин, 1947; Петров, Чижиков, 1965, 1969; Любимова, 1978; Шершукова, 1982).

Территория наших исследований площадью 150 кв. км охватывает землепользование хозяйства «Зеленоградский», где расположен опорный

пункт Почвенного института им. В.В, Докучаева, и прилегающие к нему массивы ГЛФ. С 70-х годов сотрудниками института (ПИ. Григорьев, Г.А. Шершукова, Н.П. Сорокина, М.С. Симакова, Ф.И, Козловский, В.К. Кальван) здесь проводились исследования СПП. В содержание работ не входило изучение влияния былой распашки на ПП современных лесов. Эти вопросы явились предметом настоящего диссертационного исследования и определили выбор объектов и содержание работ.

Схема исследования включала сопоставление почвенного покрова ключевых участков, заложенных на вариантах с разной историей использования в разных условиях рельефа.

1. С целью установления истории угодий использована методика исторического картографирования (Гедымни, 1960, 1998). Проведена укладка в контуры современной топографической основы содержания карт угодий XVIII-XX в.в. (границ лесных и сельскохозяйственных массивов). Выполнена типизация лесных и пахотных массивов изучаемой территории по истории использования за 250-300 летний период и составлена в компьютерном варианте интегральная карта истории угодий (1:50000). При создании карты использованы специальные программные модули картографического пакета ЕРРЬ-7 (Рожков, Рожкова, 1993). Компьютерные картографические работы проведены в лаборатории почвенной информатики Почвенного института им. В.В. Докучаева.

2. Проведено обобщение полученных ранее материалов о почвах лесных массивов (ключевые и маршрутные исследования): статистический и картографический анализ пространственного варьирования основных характеристик гумусовой и оподзоленной части профиля подлесами разного возраста.

3. Основным объектом экспериментального исследования является ключевой участок "Моренный холм" площадью 30 га, охватывающий вершину и склоны крупного холма (относительная высота 30 м, длина склонов около 1 км.). По данным исторических карт холм разделяется на две части по возрасту леса: более 300 лет ("старый" - условно коренной лес) и 100-150 летний «молодой лес», где на карте 1851 г. показана пашня (рис. 5). Представлен весь диапазон элементов рельефа (от плоских участков 0°30' до 6°), характерных для расчлененного моренно-эрозионного рельефа Клинско-Дмитровской гряды. Это позволяет сравнить участки с разной историей на идентичных элементах рельефа. Заложено 5 основных разрезов и более 80 полуям и прикопок. Во всех разрезах определено содержание гумуса по профилю, выборочно -содержание железа, в 10 разрезах - гранулометрический состав. На ключевом участке проведена детальная почвенная съёмка, составлена

Карта микро-СПП в масштабе 1:4000 и карта элементов рельефа. В качестве топографической основы использована карта масштаба 1:2000 с высотой сечения 1 м. Автором выполнена уточняющая нивелировка. Собранный материал систематизирован для совместного изучения влияния на почвенный покров обоих факторов: 1) рельефа; 2) вида и истории угодья.

Проведен статистический и картографический анализ пространственного варьирования основных характеристик гумусовой и оподзоленной части профиля лесных почв и влияния на них возраста леса (анализ статистического распределения, корреляционный анализ по показателям мощности гор. А, и глубины нижних границ горизонтов А, А2, А2 и А1В, содержанию гумуса с составлением серии картосхем).

Почвенные образцы анализировали общепринятыми методами: содержание гумуса по методу Тюрина, соединений железа по методу Тамма и Мер-Джексона; гранулометрический состав по Качинскому (методом пипетки с предварительной обработкой пирофосфатом натрия). На приборе СФ-10 определяли коэффициенты отражательной способности горизонтов.

Химические анализы выполнены соискателем в аналитической инструментальной лаборатории Почвенного института им. В.В. Докучаева.

Глава III. Характеристика почв и почвенного покрова по материалам ключевых исследований.

Почвенный покров лесов на изучаемой территории представлен пятнистостями дерново-подзолистых почв различной степени оподзоленности, дерновости, оглеения (Классификация почв СССР, 1977) (Табл.1).

Строение профилей (А,-А,А1-А1-А2В-В,) типично для дерново-подзолистых почв подзоны южной тайги (Почвы Московской области, 1974;Ногнна, 1980; Тонконогов, 1988).

По данным более 400 профилей установлен следующий диапазон варьирования: мощность гор. А, - от 4 до 20 см; общая мощность А|+А,А2-от9до34см.Содержаниегумусавгор. А, 1-7%; вгор.А,А2 0,4 - 1,8 % (по данным 120 профилей). Практически это совпадает с изменчивостью, отмеченной в региональной литературе (Завалишин, Фирсова, 1960; Герасимова, Пацукевич, 1988), что позволяет считать территорию представительной для изучаемого региона.

Эмпирические кривые распределения нижних границ горизонтов на

Таблица 1. Состав компонентов почвенного покрова в лесных микроструктурах полигона «Зеленоградский» (по данным Г.А.Шершуковой, Н.П. Сорокиной и автора)

Элемент рельефа Компоненты почвенного покрова

преобладающие сопутствующие встречаемые

плоские участки водораздельной поверхности П*2 Па-2 ог Пд зогПя2"

слабовыпуклые вершины, участки участки склонов: 1°-2° ПЯ*2 Пд"з Пд'з Пя"2

участки склонов: 2<,-3° ПД12 Пд'2 Пд,зПяз

участки склонов: > 3° ГГ2 ПД1,

узкие гребневидные участки склонов ПЛ,2 ПД2 нет

нижние выположенные участки склонов ПА"з Пд з пдз0г Пл2Плз°г

вогнутые (собирающие) склоны до 1° 3<У-2° Пд'з Па2 Пд2 ог

то же, > 2° плоские замкнутые депрессии (периферия западин) Пд"2 П"'з Пд'зг Пд2 Пд'3 г П"

Почвы; Пд', Пд", ПД/" дерново-подзолистые слабо-, средне- и глубокодерновые; Пд„ Пд2, Пд3 дерново-, мелко-, неглубоко- и глубокоподзопистые; Пдог дерново-подзолистые поверхностно глееватые, Пдг-дерново-подзолистые глееватые.

участке «Моренный холм» (рис.1) характеризуют диапазон пространственного варьирования, сходный с данными, полученными на других ключах.

Рассматриваемые почвы сформированы на покровных пылевато-тяжелосуглинистых отложениях, подстилаемых на глубине 1,3-2,0 м красно-бурой валунной суглинистой мореной. Состав ее на плоских и вогнутых склонах более тяжелый - глинистый, на выпуклых гребневидных склонах морена представлена опесчаненным хрящеватым суглинком.

По гранулометрическому составу почвы имеют характерный элювиальный тип профиля. Верхние горизонты средне-легкосуглинистые (фракция <0,01 от 19 до 37%). Вниз по профилю происходит утяжеление гранулометрического состава до тяжело суглинисто го.

5 10 15 20 Нижняя граница горЛ1

5 10 15 20 25 30 35 Нижняя граница горЛ1А2

10 20 30 40 Нижняя граница гор,А2

10 20 30 40 50 60 Нижняя граница гор.А2В

Рис. 1. Статистические распределения морфологических характеристик почв- "Старый лес";----"Молодой лес".

Почвенный покров участка «Моренный холм» представлен на рис. 2. Наблюдается следующая закономерность в распределении элементарных почвенных структур (ЭПС) и ЭПА по элементам рельефа: 1) основной фон ПП участка составляют пятнистости Ппг Пд3; 2) на узком выпуклом водоразделе и напривершинных участках склонов до 3°-4° глубина оподзоливания сокращается и формируются П\ слабодерновые; 3) на плоской вершине холма и в широких ложбинообразных понижениях стока с дополнительным увлажнением формируются двухкомпонентные пятнистости (Пд3 ПУ) с маломощным гумусовым горизонтом; 4) в центральной части на выраженном слабовыпуклом пологонаклонном водоразделе следы оглеения исчезают, здесь формируются глубокоподзолистые почвы.

Рис. 2 Почвенная карта ключевого участка «Моренный холм».

п^"

7 ПТТПШ1

а

сечение горизонталей 1 м.

ЭПА: дерново-иеглубокоподзолистые: 1) слабодерновые; 2) сред недерновые; дерново-глубокоподзолистые: 3) слабодерновые; 4) сред недерновые; 5) глубокодерновые.

Пятнистости: 6) дерново-неглубокоподзол истых и дерново-глубокоподзол истых слабой степени дерновостн; 7) дерново-неглубокоподзолистых и дерново-глубокоподзолистых средней степени дерновостн; 8) дер ново-глубоко ПОДЗОЛИСТЫХ средней степени дерновостн и дерново-глубокоподзолистых сильной степени дерновостн; 9) дер ново-глубоко подзолистых и дерново-глубокоподзол истых оглеенных слабой степени дерновостн; 10) дерново-глубокоподзолистых и дерново-глубокоподзолистых оглеенных средней степени дерновостн; 11) дерново-глубо коп од зол истых и дерново-глубокоподзол истых оглеенных сильной степени дерновостн; 12) границы «старого» (I) и «молодого» (II) леса.

ГЛАВА IV. Количественные показатели спектральной отражательной способности почв исследуемого участка.

Использование спектрофотометрических методов позволяет объективно оценить один из важнейших морфологических признаков -окраску почв и ее зависимость от вещественного состава почв (Толчельников, 1959; Обухов, Орлов, 1964; Сорокина, 1967; Карманов, 196В, 1974; Виноградов 1981, 1984; Рожков, Карманов, 1972; Михайлова, 1974; Орлов и др., 1984; Караванова, 1990, 1991; Водяницкий, Шишов, 2003).

Исследования спектральной отражательной способности (СОС) в настоящей работе имели две цели: а) подтверждение достоверности полевой диагностики и получение объективных эталонов для однозначной идентификации генетических горизонтов; б) выявление морфологических различий одноименных горизонтов почв "старого" и "молодого" леса. Прежде всего это важно для горизонтов А„ А,Аг, Аг, которые могли быть охвачены прежней распашкой. При полевом описании почв, особенно при различной влажности, возникают проблемы идентификации этих горизонтов.

Исходя из этого, проведены исследования спектральной отражательной способности (СОС) почв участка и изучена связь спектральных характеристик с морфологическими и аналитическими характеристиками почв. Т.к. основными цветообразующими веществами для дерново-подзолистых почв являются гумус и железо, исследовалось соответствие окраски генетических горизонтов и их морфологических вариантов, диагностируемых в поле, и аналитических данных -содержания гумуса, ила, железа по Тамму и Мер-Джексону. Результаты представлены нарис. 3 и4 и втабл. 2.

Для изучения влияния гумуса на окраску почвенных горизонтов использовали коэффициент отражения (Я) при длине волн 750 нм, поскольку в длинноволновой области спектра в наибольшей степени проявляются различия по степени гумусирован но ста (Орлов и др., 1966, 1983,1987; Виноградов, 1981,1984).

В наибольшей степени зависимость выражена в интервале содержания гумуса от 0,6% до 5,7%, где она имеет линейный характер. При увеличении содержания гумуса выше 5,7% зависимость становится нелинейной и постепенно утрачивается вовсе. Высокая корреляция (г=0,93) между К.,^ и содержанием гумуса (рис.3) позволяет установить количественные характеристики для границ горизонтов: В горизонте А, -содержание гумуса больше 1,2%; К7М< 55%; в гор. А,А, - содержание гумуса = 0,9-1,1%; = 55-64%; в гор. А2 содержание гумуса 14

менее 0,5-0,8%; = 61% В табл.2 приведены результаты статистической обработки по морфологическим вариантам горизонтов А,, А|А3 и А2. Данные графиков и таблицы подтверждают объективность полевой диагностики генетических горизонтов и их морфологических вариантов по окраске. Полученные морфолого-аналитические характеристики можно рассматривать как эталоны для идентификации горизонтов А,, А,А2 и Аг в сомнительных случаях.

Таблица 2. Морфолого-аналитнческая характеристика горизонтов дерново-подзолистых почв ключевого участка "Моренный холм"

Варианты п Гумус, Нижняя К 750 К 640.520

окраски % граница, см

Горизонт А ,

Темно-серый 39 3,9+1.7 11.3 + 4,15 44,1 ±6,0 9,8 ± 1.7

Темно-серый с палевым 6 4,4+1,8 12,0 ±2,0 41,8 ±6,7 8,8 ±2,5

оттенком

Серый 4 3,2 + 1,5 11,75 ±3.8 53,0 ±5,4 ! 1,0 ±2,3

Горизонт А, А,

Серо-палевый 37 1,1 ±0.5 22,6 ±3,2 58.4 ±2.1 15.2 + 0,9

Серый 8 0.9 + 0.2 23.1 + 2.5 59,2 ±3,2 14,7+1,4

Светло-серый 4 0,9 ±0.3 21.7 ±4.1 61,0±3,1 16,2 ±1,1

Горизонт Аг

Белесый 17 0,3 ±0.1 34.35 ± 4,4 62,7 ± 1.8 16,0 ± 1.3

Ярко-белесый 5 0,2 ± 0.0 30,4 + 4,3 65,0 ± 2,1 17,0 ± 1.5

Белесый с бурыми 5 0,3 ± 0,1 33,6 ±2,0 62,6 ± 1,5 18,3 + 0,6

заклинками

Палево-белесы й 7 0,4 + 0.2 28,1 +6,8 62.4+1,4 16.2 ±2,0

30

35 -

40 ■

45 ■

Сі 50 ■

Г— с* 55 -

60 -

65 -

70 ■

75 •

о

о

о о

г = 0,93

012345678 гумус, %

Условные обозначения: о-гор. А,; д- гор. А(А2; х - гор. Аг; - - гор. АгВ. Рис. 3. Зависимость спектральных характеристик Я „,,„„от содержания гумуса

Для установления связи почвенной окраски с содержанием железа исследованы корреляционные связи между характеристикой Д!?^,^ и содержанием двух форм окисного железа. Статистически значимого влияния аморфного железа (по Тамму) на СОС не обнаружено, что объясняется, видимо незначительным его содержанием (от 0,001 до 0,5 %). Рис. 4 показывает существование зависимости содержания железа по Джексону (г=0,75), а также спектральной характеристики ДЯ,^™, от содержания илистой фракции (г=0,81), что подтверждает ранее установленные закономерности (Тонконогов, Рубилина, 1980). На графике четко различаются элювиальная и иллювиальные части профиля с пороговыми значениями содержания ила - 20%, ДЯ,^^, = 17-18%.

Достоверных различий средних значений окраски почв "старого" и "молодого леса" по двум показателям - К,» и ДЯ не установлено, возможно из-за недостаточного объема выборки. В то же время окраска горизонтов почв вторичного леса отличается большим варьированием обеих характеристик (К1к, и ДИ), что согласуется с нашими полевыми наблюдениями. Этот факт можно интерпретировать как отражение динамичности почвообразования в условиях распашки.

1,6 ■ 1.4 •

1Л •

л -$ н

ф

и, 0,80,6' 0,4 •

А А .

д А . А А

* г»075

¿Г * 4 к

10 20 30

содержание ила, %

25

20

П 15 §

¿1«

X X

❖ хх ♦ ж о О

о О

о

о

•V.

& ж

г = 0,81

40

10 20 30

содержание ила, %

40

Условные обозначения: о - гор. А,; а- гор. А,А2; х - гор. А2; - - гор. А2В. Рис. 4. Зависимость содержания окристаллизованного железа по Джексону и характеристик ДК^и, от илистой фракции.

ГЛАВА V. Факторы пространственной изменчивости гумусового профиля дерново-подзолистых почв под лесом.

Гумусовый профиль дерново-подзолистых почв характеризуется значительной пространственной изменчивостью. Ее связывают с различными факторами - современной растительностью и функционированием биогеоценоза (Ремезов, 1961; Карпачевский и др. 1968, 1971; Хсшопова, 1982) литолого-геоморфологическимн условиями и микрорельефом (Филатов, 1923,1945; Корниенко, 1950;Розмахов, 1957; Бутузова, 1960; Розмахов и др. 1963; Долгова, 1964; Фридланд, 1965, 1972), а также историей лесного массива.

В настоящей главе рассматривается влияние на гумусовый профиль и мощности горизонтов изучаемых почв двух факторов: рельефа (формы и крутизны склонов) и былой распашки.

В табл. 3 и 4 для двух вариантов ("старый лес" и "молодой лес") приведены данные по тем элементам рельефа, которые обеспечены минимальной статистикой (3 точки и более).

Влияние былой распашки (без разделения по рельефу) проявилось в гор. А, его мощность увеличилась с 7,312,0 до 12,0±3,3 см, а содержание гумуса при этом уменьшилось с 4,111,7 до 3,441,5 см. Разделение вариантов использования подтверждается статистическим распределением нижней границы гор. А, (рис. 1).

Уменьшение содержания гумуса вследствие распашки повсеместно и является давно установленным фактом (Левин, 1972.), По горизонту А, А2 отличия почв "старого" и "молодого" леса отмечены в нижних частях склонов. Влияние рельефа без разделения на варианты по истории леса больше всего отразилось на содержании гумуса в гор. А,. По сравнению с пологими склонами (1-2°), содержание гумуса на склонах 2-3* ниже на 2 %, но в нижней части склона, особенно на привершинных водосборах вновь увеличивается. Те же тенденции, но выраженные слабее отмечаются для мощности гумусовых горизонтов.

При анализе влияния рельефа раздельно для "старого" и "молодого" леса более выпукло проявляются отмеченные для всего участка закономерности, но вскрыты и новые. В старом лесу содержание гумуса в гор. А, максимально в привершинной части склона (6,2%), уменьшается на склонах 3-4° до 3 % и возрастает на вогнутых склонах до 3,8%. Различия в содержании гумуса для разных элементов рельефа превышает2%.

Эта закономерность хорошо увязывается с дифференциацией ландшафта по дренированности и увлажненности, что определяет также

Таблица 3. Нижние границы горизонтов дерново-подзолистых почв (см) на разных элементах рельефа

Элементы рельефа Статистика. «Старый лес» «Молодой лес»

А1 А1А2 А2 А2В А1 А1А2 А2 А2В

Плоская вершина холма М, см 7 14 26 44

о, см 2,3 5,0 6.8 7,2

У,% 30 36 26 16

п 7 7 7 7

Узкие водораздельные гребни М, см 11 20 29 47

а, см 3 1.5 1,5 1,7

У,% 30 7,5 1.5 1,7

п 3 3 3 3

Склоны 1-2° М, см 8 22 33 44 11 22 32 44

о, см 1,0 3,4 2,3 4,3 1,9 3,1 5,1 4,4

У,% 13 15 7 10 17 14,5 16 10

п 7 7 7 7 7 7 7 7

Склоны 2-3° М, см 9 22 33 44 И 22 31 45

с, см 2,1 2,5 5,6 5,5 3,7 6,0 5,2 5,8

У,% 22 11,5 17 12.5 34 28 17 13

п 5 5 5 5 7 7 7 7

Склоны 3-5° М, см 7 21 31 45 10 21 28 40

о, см 2,8 2,4 3,2 3,3 4,1 3,1 2,9 2,4

У,% 39 11 10 7 40 15 10 6

п 10 10 10 10 7 7 7 7

Подножие холма М, см 7 23 32 45 14 27 36 48

о, см 1,2 6,6 6,8 3,5 3,1 4,0 2,5 1,5

У,% 16 28 21,5 8 21 15 7 3

п 6 6 6 6 4 4 4 4

Вогнутые (собирающие) склоны М, см 7 26 35 46 13 25 38 51

о, см 0,8 5,1 4,3 2.2 3,0 2,1 3,3 6,0

У,% 10 20 12 5 22 8,5 9 12

п 3 3 3 3 10 10 10 10

Участок в целом М, см 7 22 32 44 12 23 33 46

с, см 2,1 3,7 4,4 3,9 3,3 4,2 5,4 6,2

У,% 28 17 14 9 28 18 16 13

п 38 38 38 38 40 40 40 40

Состав древесных пород и биогеоценотическую неоднородность (Карпачевский, 1972; Холопова, 1982). С этих же позицией объясняется увеличение мощности гор. А] на вогнутых склонах. Для "молодого" леса

сохраняется тот же диапазон варьирования содержания гумуса - 2 %, но при более низких абсолютных значениях (2,5-4,7%). При этом самое высокое содержание гумуса приурочено к привершинным водосборам.

Почвы склонов 3-4" наименее гумусированы: в них содержание гумуса снижается до 2,5%. Уменьшение содержания гумуса на этих склонах не сопровождается сокращением мощности гор. А,.

Таблица 4. Содержание гумуса в зависимости от рельефа и истории угодий

Элементы рельефа Стати :тика "Старый лес" "Молодой лес"

А1 <УА2 А2 А2В А1 А1А2 А2 А2В

Узкие водораздельные гребни М 2,5 0,8 0,24 0,2

СТ 1,3 0,4 0,1 0,0

п 3 3 3 3

Склоны 1°-2° М 6,2 1,1 0,4 0,3 зто 1,1 0,4 0,26

(7 1,5 0,1 0,1 0,1 1,2 0,5 0Л 0,0

п 3 3 3 3 6 5 5 6

2°-3° М 4,7 0,9 0,3 0,25

С 0,7 0,25 0,1 0,0

п 4 4 4 3

3°- 4° М 3,0 М 0,3 0,3 2,5 0,9 0,3 0,36

ст 0,4 0,4 0,1 0,1 0,9 0,15 0,1 0,2

п 4 4 4 4 58 5 5 5

>4° М 3,0 0,9 0,3 0,26 2,6 1,1 0,2 0,2

а 0,3 0,1 0,0 0,0 0,3 оа 0,0 0,0

п 4 4 4 4 3 3 3 3

Водосборы в верховьях балок вогну- м 3,6 0,8 0,3 0,26 4,7 1,15 0,4 0,3

а 0,0 0,1 0,0 0,1 0,9 0,3 0,2 0,1

гые (собирающие) склоны п 3 3 3 3 9 9 9 9

В нижней части склона возрастает мощность не только гумусовых горизонтов, но и оподзоленной толщи. При этом внутриландшафтная дифференциация морфологических показателей в большей степени выражена для вторичного леса: среднее значение нижней границы гор.А2 изменяется по элементам рельефа от 28 до 38 см, а в «старом лесу» от 28 до 35 см. Коэффициент корреляции между крутизной склона и нижней границей гор. А2, рассчитанный по всему массиву разрезов во вторичном лесу -0,65, в то время как в коренном лесу он составил -0,33.

Можно предположить дифференцирующее влияние эрозионно-аккумулятивных процессов на бывшей пашне и в период ее зарастания, т.е. смыв в верхней и намыв в нижней части склона и в привершинных водосборах.

Приведенный материал свидетельствует о том, что следы былой распашки в профиле лесных почв через 100-120 лет не исчезли, однако отчетливо отражены лишь в гор. А(. Содержание гумуса и мощность гор. А,, дают достоверное четкое разделение "молодого" и "старого" леса на всех элементах рельефа. Для общей мощности гор. А, + А,Аг таких различий не обнаружено.

Примечательно, что мощность гор. А, в "молодом" лесу совпадает с глубиной обработки сохой (12-14 см). Очевидно, гор. А, в данном случае и следует рассматривать как бывший в распашке. Нижняя же граница гор. А,А2 колеблется от 16 до 33 см, причем модальные значения и в "старом" и в "молодом" лесу 22-27 см (рис.1). Если даже предположить, что почвы "старого" леса находились в распашке до XVIII в., то пахотный горизонт в них не мог превышать 10-12 см (Александровский, Кренке, 1993; Милов: «Великорусский пахарь и особенности российского исторического процесса», 1998). Подчеркнем, что объективность морфологической диагностики горизонтов подтверждена инструментально.

ГЛАВА VI. Картографический анализ истории угодий.

Вся территория южной тайги, кроме отдельных участков речных долин, болот была занята лесами, которые со временем вытеснялись пашней (Цветков, 1957). Площадь используемых в земледелии подзолистых почв достигла максимума к концу XVIII в., что отражено в материалах Генерального межевания (Дробижев, Ковальченок, Муравьев, 1973; Тонконогов, 1987). Переломным в судьбе подмосковного леса стал 1861 год, когда в результате отмены крепостного права началось массовое забрасывание пахотных земель (Жекулин, 1982; Цветков, 1958). Сегодня значительная часть ранее распахиваемых почв занята вторичными лесами.

Знание истории землепользования необходимо при изучении генезиса и эволюции ПП конкретной территории. Особую значимость приобретает установление участков целинного, или «условно коренного» леса. Приняв их за эталон, можно, сравнивая с ними пахотные почвы и почвы вторичных лесов, изучать агрогенные и постагрогенные изменения почвенного покрова. Различать в полевых условиях участки целинных и длительно существующих вторичных лесов затруднительно.

Рис. 5. Фрагмент карты истории угодий полигона "Зеленоградский"

(за 250-летпий период)

Масштаб: О_1 км

1784 год 1812 год 1852год 1930 гол 1969 гол

лес лес лее лес лее

лес лес пашня лее лес

лес лес кустарник лес лее

кустарник лес лес лес лес

лашкя пашня кустарник лес лес

пашня пашня лес лес лес

пашня пашня пашня лес лес

пашня пашня пашня пашня лес

пашня пашня пашня пашня пашня

пашня лее пашня пашня пашня

Поэтому полевая диагностика должна подкрепляться документальными сведениями об истории участка. В качестве источников сведений об истории угодий нами привлечены планы Генерального межевания 1767 и 1784 годов, топографические карты 1812, 1852 г.г.; «Карта окрестностей Москвы»1926 года из Российской Государственной библиотеки и современные топографические карты масштаба 1:50000 и 1:10000,

Для создания карты истории угодий использована технология ГИС на базе векторно-растрового пакета ЕРРЬ-7, в рамках которого был осуществлен ввод карт в цифровой формах и получены электронные версии карт по годам обследования. В результате автоматизированного наложения серии карт получена синтезированная карта динамики угодий изучаемой территории за 250-летний период. Содержание контуров новой интегральной карты составляют 16 классов, каждый из которых характеризует определенную последовательность смены лесных и пахотных угодий. Фрагмент карты представлен на рис. 5, фрагмент легенды в табл.5.

Таблица 5. Легенда карты истории угодий полигона "Зеленоградский"

№ п/п Картографический материал по годам обследования: %

1784 1812 1852 1930 1969

Лес разных возрастов

I лес лес лес лес лес 39

2 пашня лес лес лес лес 3,8

3 пашня пашня лес лес лес 4,1

4 пашня пашня пашня лес лес 3,8

5 пашня пашня пашня пашня лес 1,5

Леса разных возрастов, бывшие в с/х использовании

6 лес лес пашня лес лес 4,6

7 лес лес кустарник лес лес 7,7

8 лес пашня лес лес лес 8,3

9 пашня пашня кустарник лес лес 2

10 кустарник лес лес лес лес 1,2

Пашня разного воз раста

11 пашня пашня пашня пашня пашня 14,2

12 лес пашня пашня пашня пашня 3,4

13 лес лес лес пашня пашня 1,0

Пашня разного возраста, временно выводившаяся из с/х использования

14 пашня лес пашня пашня пашня 1,3

15 пашня пашня пашня лес пашня 1,3

16 вода вода вода вода вода 2,8

Анализ карты демонстрирует сложную историю угодий в Московской области. Из всей площади территории полигона 39% - можно считать условно коренными лесами: их возраст составляет более 250-300 лет; 37% - покрыты в настоящее время вторичными лесами. Современные пахотные угодья составляют 21 %, причем старопахотные почвы, возраст

распашки которых равен или превышает два столетия, занимают 18 %.

Освоение земель под пашню в первую очередь велось в долинах рек, что связано с лучшей дренированностью приречных территорий. Крупные массивы условно коренных лесов сохранились на слаборасчлененной местами заболоченной моренной равнине, а также крутых склонах холмов и речных долин. Не вовлекались в сельскохозяйственный оборот также подверженные переувлажнению массивы водно-ледниковой террасы. Один крупный лесной массив с болотом в центре сохранился в юго-западной части полигона. Подобная последовательность освоения лесных земель характерна для дерново-подзолистой зоны Европейской России (Антропогенная эволюция геосистем и их компонентов, 1987).

ВЫВОДЫ

1. Установлены локальные закономерности пространственного варьирования свойств дерново-подзолистых лесных почв в связи с рельефом и историей лесного массива.

В коренных и вторичных лесах на пологих дренированных склонах формируются профили с хорошо развитыми гумусовым и подзолистым горизонтами. Отмечена тенденция к уменьшению мощности гумусового горизонта на плоских участках и в микропонижениях, где почвы имеют признаки огпеения. Увеличение мощностей горизонтов наблюдается на собирающих склонов и подножия холма.

2. Внутриландшафтная дифференциация морфологических показателей в почвах вторичных лесов выражена в большей степени, чем в коренных, что объясняется активизацией эрозионно-аккумулятивных процессов в период распашки.

3. Различия свойств почв вторичного и условно коренного леса имеют количественный характер, дифференцированы по рельефу и сохраняются, по меньшей мере, 100-150 лет после лесовозобновления. Так, в лесу 100-150 летнего возраста с 80 летним периодом предшествующей распашки изменения по сравнению с почвами коренного леса выявлены в гумусовом профиле: мощность гор. А, 12 см, что соответствует глубине распашки сохой (при мощности гор. А, в почвах коренного леса 7,3 см). Увеличение мощности гор. А, сопровождается уменьшением содержания гумуса. Гор. А,А: в изучаемых почвах, очевидно, не вовлекался в распашку: положение его нижней границы глубже 20 и достигает 33 см - как и в почвах условно коренного леса.

4. На конкретном примере (дерново-подзолистые суглинистые почвы Клинско-Дмитровской гряды) обоснована необходимость при исследовании динамики ПП сочетания методов структуры почвенного покрова, исторической картографии, статистических и ГИС-технологий.

5. При изучении динамики ПП целесообразно составление интегральной карты истории угодий с использованием средств компьютерного картографирования.

список работ опубликованных по теме диссертации:

1. Сорокина Н.П., Ахмалишев К.Б. Факторы пространственной изменчивости гумусового профиля дерново-подзолистых почв под лесом //Вестн. Моск. Ун-та. Сер.5. География. 1997.№ 1.

2. Ахмалишев К.Б. Картографический анализ истории сельскохозяйственного освоения территории в целях изучения агрогенной эволюции СПП // Тезисы докладов II съезда ДОП России, г. Санкт-Петербург, кн.2,1996 г. С12-13.

3. Ахмалишев К.Б. Отражение былой распашки в гумусовом профиле дерново-подзолистых почв вторичных лесов // Экология и биология почв: проблемы диагностики и индикации. Материалы международной научной конференции. Ростов-на-Дону, 19-22 апреля 2006 г. Ростов-на-Дону,2006. С.26-28

4. Ахмалишев К.Б. Интегральная карта истории угодий для почвенных исследований // Почвоведение и агрохимия в XXI веке. Материалы Всероссийской научной конференции, посвященной 160-летию со дня рождения В.В. Докучаева. С-Пб, 2006. С.

5. Ахмалишев К.Б. Анализ структуры почвенного покрова ключевого участка вторичных лесов южной тайги. Материалы конференции «Пространственно-временная организация почвенного покрова: Теоретические и прикладные аспекты» Санкт-Петербург, 2007 г.

6. Ахмалишев К.Б. Изменение свойств дерново-подзолистых почв при зарастании их лесом. Вестник сельскохозяйственных наук Казахстана, 3/2007 г.

7. Сорокина Н.П., Ахмалишев К.Б. Влияние былой распашки на почвенный покров подмосковного леса. И Сб. тезисов Международной научной конференции «Лесное почвоведение: итоги, проблемы, перспективы». Сыктывкар2007 г. С. 84-85.

Отпечатано в ПД "Europa Silver" 010000, г. Летай», пр, АСая, 29. Тел.: 8/7172/32-73-40