О детальной дифференциации почв под лесополосами в
Троицком лесостепном заказнике Пермского университета
Накаряков А.В., Чирков Ф.Н., Филькин Т.Г.
Пермский университет, г. Пермь
Троицкий
заказник Пермского университета находится на границе Челябинской области и
Казахстана. Географически он расположен в степной зоне, но в силу местных
особенностей представляет собой «островную лесостепь». Такое название
предложено В.Р.Вильямсом при проведении консультации по материалам кандидатской диссертации
А.И.Оборина. А.И.Оборин проработал в Троицком заказнике почти полвека, до 1977
г, в 1962 защитил докторскую диссертацию по мелиорации солонцов.
История
образования самого заказника связана с именами К.Д.Глинки и В.В.Никитина.
В.В.Никитин работал в экспедиции К.Д.Глинки в отделе почвенных исследований Переселенческого
управления во время реформ П.А.Столыпина. В 1924 г В.В.Никитин перешел из
Петрограда в Пермский университет и, используя старые связи, получил
финансирование на исследование почв Троицкого округа Уральской области. Задачи
исследования состояли в том, чтобы определить перспективность освоения целинных
и залежных земель округа.
В.В.Никитин
(1929) дал осторожное заключение по перспективам интенсивного освоения почв
Троицкого округа «в Троицком округе в условиях современного климата по ряду
районов сама природа способствует смене более засоленных почв менее засоленными с постепенным вытеснением и последних.
Совершается грандиозная мелиорация. К сожалению, указанная мелиорация протекает
очень медленным темпом».
Для
выработки основательных рекомендаций по использованию почв Троицкого округа и
научного изучения вопросов взаимоотношения леса и степи было рекомендовано
организовать Троицкий лесостепной заповедник. В 1927 году этот заповедник был
создан постановлением Правительства РСФСР в качестве
научного подразделения Пермского университета. Позднее ранг его неоднократно
менялся. В настоящее время он имеет статус заказника и учебно-исследовательской
базы ПГУ.
По
«Плану преобразования природы России» (1948) в заказнике было получено
финансирование и выполнены лесопосадки под руководством проф. П.Н.Красовского.
К 2004 году их возраст достиг 50 лет и более. Летом 2004 был заложен ряд парных
разрезов «лес-степь». «степной
разрез закладывался в 15-20 м от лесных полос. При меньшем расстоянии влияет
лес, а большее вызывает сомнения сопоставимости из-за
влияния комплексности. Основное отличие наших исследований от традиционных –
отбор проб из «тонких» слоев. Дело в том, что перед лесопосадками проводилось
несколько вспашек и рыхлений, обеспечивших определенную гомогенизацию
технологического горизонта. Нас интересовало – произошла-ли дифференциация этого горизонта по общим
почвенно-аналитическим показателям? Механический анализ показал, что такая
дифференциация произошла (таб.1).
Таблица
1.
«Микродифференциация» почв
Троицкого заказника под лесными посадками и под степью по механическому составу
Глуби- |
По-теря |
Содержание частиц, размером (мм), % |
||||||
1,0-0,25 |
0,25-0,05 |
0,05-0,01 |
0,01-0,005 |
0,005-0,001 |
<0,001 |
S |
||
Чернозем: сосна, береза »50 лет |
||||||||
0-2 |
3,8 |
23,6 |
10,9 |
13,0 |
9,1 |
10,1 |
29,4 |
48,7 |
2-6 |
4,1 |
24,7 |
8,6 |
13,2 |
5,9 |
13,3 |
30,3 |
49,4 |
6-12 |
4,2 |
24,4 |
7,7 |
10,8 |
8,7 |
14,9 |
29,2 |
52,8 |
15-20 |
3,8 |
26,9 |
10,8 |
8,2 |
5,4 |
13,0 |
31,8 |
50,3 |
25-30 |
4,4 |
26,3 |
12,1 |
9,8 |
5,3 |
10,7 |
31,5 |
47,5 |
50-55 |
5,3 |
18,7 |
20,5 |
10,8 |
4,4 |
11,1 |
29,3 |
44,7 |
Чернозем, степь |
||||||||
0-2 |
4,6 |
12,2 |
33,6 |
14,0 |
6,1 |
10,5 |
19,1 |
35,7 |
2-5 |
4,3 |
13,0 |
25,0 |
15,3 |
6,4 |
12,7 |
23,2 |
42,4 |
5-10 |
4,2 |
14,0 |
21,7 |
15,4 |
8,2 |
12,3 |
24,1 |
44,7 |
15-20 |
3,9 |
14,2 |
23,6 |
12,1 |
6,4 |
9,3 |
30,5 |
46,2 |
25-30 |
4,9 |
16,1 |
19,5 |
13,3 |
7,5 |
5,3 |
33,4 |
46,2 |
50-55 |
8,1 |
15,3 |
16,2 |
11,4 |
4,9 |
10,1 |
34,0 |
49,0 |
Солонец глубокий: сосна, лиственница »50 лет |
||||||||
0-2 |
3,2 |
9,3 |
22,1 |
11,7 |
10,5 |
15,8 |
27,4 |
53,6 |
2-5 |
3,5 |
7,2 |
22,4 |
15,7 |
10,7 |
15,8 |
24,6 |
51,1 |
5-10 |
4,0 |
7,3 |
21,6 |
15,8 |
11,0 |
17,2 |
23,2 |
51,3 |
15-20 |
3,1 |
8,3 |
22,9 |
14,4 |
9,1 |
14,3 |
28,0 |
51,4 |
25-30 |
2,8 |
8,2 |
23,6 |
11,6 |
8,5 |
12,8 |
32,5 |
53,8 |
45-50 |
4,4 |
15,5 |
19,2 |
9,5 |
6,3 |
9,7 |
35,4 |
51,4 |
Солонец глубокий, степь |
||||||||
0-2 |
3,8 |
5,8 |
27,3 |
21,0 |
10,6 |
13,2 |
18,4 |
42,1 |
2-5 |
3,2 |
6,0 |
25,3 |
17,9 |
12,4 |
16,5 |
18,8 |
47,7 |
5-10 |
3,8 |
7,3 |
20,8 |
21,0 |
12,0 |
17,0 |
18,1 |
47,1 |
10-15 |
4,0 |
5,6 |
24,9 |
16,9 |
12,8 |
17,8 |
18,0 |
48,6 |
18-23 |
4,6 |
3,9 |
15,6 |
13,1 |
7,3 |
12,2 |
43,3 |
62,8 |
35-40 |
7,0 |
4,7 |
11,6 |
10,5 |
7,5 |
11,7 |
47,0 |
66,3 |
Основным
фактором, определившим специфику распределения отдельных фракций по тонким
слоям под лесом и в степных пробах, авторы склонны считать затенение лесом
поверхности. Это затенение предотвращает нагревание почвы под лесом по
сравнению со степью, где температура верхнего слоя достигает до 60-70° . Также влияют и засухи. В засушливые годы сочетание прогревания с
высушиванием почвы существенно ниже ВЗ определило формирование в степи до
глубины 10 см таких прочных органо-минеральных агрегатов, что они по
классической методике Н.А.Качинского (отмывание 0,05н
НСl по кальцию, а затем водой
по хлору, добавление NaOH по емкости, часовое кипячение) не диспергируются.
По этой причине илистая фракция учитывается не полностью, потому что оседает в
виде агрегатов и учитывается с более крупными фракциями, что подтверждается
содержанием в них углерода (см.таб.2). Не публикуется,
но широко известно, что попытка «сэкономить» и определить механический состав в
той же пробе, высушенной до постоянного веса при 100°, в которой определялась гигровлага,
приводит к «исчезновению» ила - снижает выход илистой фракции с десятков
процентов до одного - трех.
Под
лесом выход ила резко возрос потому, что за 50 лет произошло снижение прочности
агрегатов. Факторов, действующих в этом направлении, много, они обстоятельно
описаны при обсуждении процессов оподзоливания. С
учетом этого обстоятельства уменьшение содержания илистой фракции за счет лессиважа могло с избытком
компенсироваться диспергацией агрегатов,
которые в степных пробах не диспергировались и
учитывались с более крупными фракциями.
Написанное
подтверждается данными содержания углерода во фракциях, выделенных отмучиванием после «классической» стадии пипеточного
анализа «по Качинскому» (таб.2). Пересчет в гумус не
приводится по причине дискуссионности пересчетных коэффициентов. Применение
общего коэффициента для леса и степи явно неприемлемо, внесет путаницу, поэтому
приводится содержание углерода. Все-таки «по Тюрину» определяется углерод, а
пересчитать – дело техники.
Общее
существенное уменьшение гумуса под лесополосами общеизвестно. В приведенных
данных представляет интерес наличие заметной разности по общему углероду между
тонкими слоями под лесом и в степи. Причем впечатлительнее эта разница в степи
– в слое 5-10 см углерода в два раза меньше, чем в 0-2 см, а на глубине 15-20
см (часть пахотного горизонта) еще вдвое меньше. При вовлечении в пашню произойдет
быстрое усреднение пахотного горизонта 0-22 см, а цифры покажут
«катастрофическое» уменьшение гумуса.
Особого
внимания заслуживает высокое содержание углерода в воде после осаждения слитой
суспензии ила магнием. При осаждении илов кальцием раствор получается
прозрачным и почти бесцветным, т.е. водорастворимый
гумус кальцием осаждается с хлопьями коагулята. При осаждении магнием (нам илы
необходимы для рентгеноструктурного анализа) раствор над осадком
коагулированного ила получается почти черным. Это можно рассматривать как
подтверждение существенной роли магния в осолонцевании.
Таблица
2.
Органический углерод в общей массе и фракциях
механического состава чернозема под лесопосадками и степью
Глубина |
C об-щий,% |
Содержание углерода во фракциях (мм), % |
|||||
<0,001 |
0,001-0,005 |
0,005-0,01 |
0,01-0,05 |
0,05-0,25 |
В сливе* |
||
Черноземно-луговая почва: сосна, береза »50 лет |
|||||||
0-2 |
3,04 |
7,13 |
3,20 |
3,39 |
3,02 |
0,13 |
0,34 |
2-6 |
2,80 |
7,10 |
2,68 |
2,66 |
2,50 |
0,14 |
0,28 |
6-12 |
2,55 |
6,72 |
2,73 |
3,04 |
2,06 |
0,10 |
0,23 |
15-20 |
1,20 |
3,33 |
1,18 |
0,68 |
0,77 |
0,11 |
0,12 |
25-30 |
0,88 |
1,66 |
1,18 |
0,53 |
0,74 |
0,08 |
0,05 |
50-55 |
0,59 |
1,47 |
0,49 |
0,26 |
0,34 |
0,08 |
|
75-80 |
0,33 |
|
|
|
|
|
|
Черноземно-луговая почва: степь |
|||||||
0-2 |
6,85 |
10,93 |
4,19 |
5,42 |
8,27 |
0,19 |
0,43 |
2-5 |
4,40 |
9,85 |
3,66 |
4,31 |
6,92 |
0,14 |
0,23 |
5-10 |
3,43 |
9,68 |
3,15 |
3,39 |
3,31 |
0,10 |
0,20 |
15-20 |
1,82 |
5,60 |
1,28 |
0,83 |
1,02 |
0,10 |
0,13 |
25-30 |
0,92 |
2,41 |
0,82 |
0,42 |
0,48 |
0,09 |
0,09 |
50-55 |
0,57 |
1,48 |
0,34 |
0,29 |
0,32 |
0,09 |
|
75-80 |
0,42 |
|
|
|
|
|
|
* Углерод в растворе после осаждения слитой суспензии ила магнием
Данные
анализа общих почвенно-аналитических характеристик (таб.3) также показали
наличие дифференциации между тонкими слоями. Наибольшая разница получена для рН, - концентрация ионов водорода
в слоях 2-5, 5-10 см по сравнению с 0-2 см возрастает в два-три раза (при
переводе логарифмической шкалы в арифметическую шкалу). Также зафиксирована «микродифференциация»
по обменным основаниям и по плотности.
Особое пояснение необходимо привести по обменному
магнию. Разница в содержании Mg++ под лесом и в степи согласуется с данными по
механическому составу (меньше обменного магния – больше выход илистой фракции)
и гумусу. Вывод – гумус вымывается под лесом не только с натрием, но и с
магнием – это подтверждает высокое содержание углерода в «Mg-сливе»,
что пояснено выше (таб.2). С уменьшением гумуса снижается способность кальция
поддерживать «водопрочность» агрегатов. Ослабление «водопрочности» агрегатов усиливает их диспергирование при
подготовке к механическому анализу. За счет диспергирования агрегатов
возрастает выход илистой фракции. Поскольку такая картина зафиксирована не только в солонце, но и в
черноземе, где натрия мало (в разы меньше калия,- тогда уж калий считать «солонцегеном»?), причем в черноземе она проявилась
более четко, остается признать за магнием «способность» вызывать солонцовые
явления.
Таблица
3
«Микродифференциация»
изученных почв по физико-химическим характеристикам
Глуби-на, см |
рНв |
рНс |
r, г/см3 |
Мг-экв/100 г |
||||
Ca++ |
Mg++ |
Na+ |
K+ |
S |
||||
Черноземно-луговая почва: сосна, береза »50 лет |
||||||||
0-2 |
6,55 |
5,65 |
|
24,4 |
10,3 |
0,6 |
1,6 |
36,9 |
2-6 |
6,30 |
5,40 |
1,03 |
26,0 |
10,1 |
0,4 |
1,0 |
37,5 |
6-12 |
6,40 |
5,20 |
1,26 |
27,0 |
11,8 |
0,4 |
0,6 |
39,9 |
15-20 |
6,70 |
5,60 |
1,20 |
23,4 |
11,6 |
0,5 |
0,5 |
36,0 |
25-30 |
6,90 |
5,80 |
1,30 |
21,9 |
12,2 |
0,4 |
0,5 |
35,0 |
50-55 |
8,40 |
7,35 |
|
|
|
|
|
|
75-80 |
8,60 |
7,60 |
|
|
|
|
|
|
Черноземно-луговая почва, степь |
||||||||
0-2 |
7,05 |
6,20 |
|
35,2 |
12,7 |
0,4 |
1,7 |
50,0 |
2-5 |
6,80 |
5,85 |
1,10 |
30,1 |
12,1 |
0,3 |
1,0 |
43,5 |
5-10 |
6,90 |
5,80 |
1,15 |
29,3 |
12,1 |
0,4 |
1,0 |
42,7 |
15-20 |
6,95 |
5,80 |
1,33 |
21,8 |
12,8 |
0,4 |
0,5 |
35,5 |
25-30 |
7,05 |
5,70 |
1,40 |
20,3 |
14,0 |
0,5 |
0,5 |
35,3 |
50-55 |
8,25 |
7,30 |
|
|
|
|
|
|
75-80 |
8,50 |
7,45 |
|
|
|
|
|
|
Солонец глубокий: сосна, лиственница »50 лет |
||||||||
0-2 |
6,25 |
5,20 |
|
21,9 |
9,6 |
0,5 |
1,3 |
33,2 |
2-5 |
6,20 |
5,15 |
0,97 |
22,7 |
10,2 |
0,6 |
1,0 |
34,5 |
5-10 |
6,10 |
5,10 |
1,2 |
22,9 |
10,7 |
0,5 |
0,8 |
35,0 |
15-20 |
5,90 |
5,10 |
1,43 |
19,7 |
11,0 |
0,8 |
0,6 |
32,1 |
25-30 |
7,10 |
5,00 |
1,45 |
15,6 |
11,6 |
1,3 |
0,5 |
29,0 |
45-50 |
8,35 |
6,65 |
1,43 |
|
|
|
|
|
75-80 |
9,25 |
7,70 |
|
|
|
|
|
|
Солонец глубокий, степь |
||||||||
0-2 |
6,90 |
5,45 |
|
22,6 |
12,3 |
0,4 |
1,1 |
36,4 |
2-5 |
6,45 |
5,10 |
1,15 |
21,8 |
13,3 |
0,8 |
1,0 |
36,9 |
5-10 |
6.23 |
5,20 |
1,21 |
19,4 |
13,5 |
1,0 |
0,6 |
34,5 |
10-15 |
6,85 |
5,30 |
1,22 |
18,4 |
10,6 |
2,0 |
0,4 |
31,3 |
18-23 |
8,35 |
6,60 |
1,39 |
14,1 |
12,4 |
6,2 |
0,5 |
33,2 |
35-40 |
9,40 |
8,05 |
1,19 |
|
|
|
|
|
65-70 |
9,45 |
8,10 |
|
|
|
|
|
|
Литература.
В.В.Никитин.
Материалы по характеристике растительности и почв Троицкого округа Уральской
области // Изв. Биологического НИИ при Пермском
ун-те, 1929, т.2, вып.2-3, с. 109-430.