Изменение агрегатного состава различных типов почв в ходе залежной сукцессии

Ю. И. Баева1, И. Н. Курганова2, В. О. Лопес де Гереню2, Л. А. Овсепян2, В. М. Телеснина3, Ю. Д. Цветкова1

1Российский университет дружбы народов, Россия, 119198, Москва, ул. Миклухо-Маклая, 6

2Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН, Россия, 142290, Пущино Московской обл., ул. Институтская, 2

3МГУ им. М.В. Ломоносова, Россия, 119991, Москва, Ленинские горы

Проведен сравнительный анализ изменения агрегатного состава различных типов почв (дерново-подзолистых, серых лесных и черноземов) в ходе их постагрогенного развития. Изучались следующие хроноряды: дерново-подзолистые почвы – пашня, залежи 8, 13 и 35 лет, вторичный лес (~100 лет); серые лесные почвы – паровое поле, залежи 6, 15 и 30 лет, вторичный лес (65 лет); черноземы – пашня и залежи 10, 15, 26 и 81 года. Геоботанические исследования показали, что после выведения почвы из сельскохозяйственного использования происходит изменение видового состава, увеличение биоразнообразия и постепенное восстановление климаксных сообществ, характерных для конкретных природно-климатических зон. Наряду с сукцессией фитоценозов, отмечается увеличение содержания органического углерода в верхней части бывшего пахотного горизонта (0–10 см) во всех изученных типах почв. Однако при смене природно-климатических зон с севера на юг указанный тренд ослабевает в ряду дерново-подзолистая почва – серая лесная почва – чернозем обыкновенный. Установлено, что при самовосстановлении бывших пахотных почв содержание макроагрегатов в поверхностном слое всех типов почв достоверно возрастает в ряду пашня – залежи – лес, а количество микроагрегатов – снижается. Наблюдается увеличение средневзвешенного диаметра агрегатов и коэффициента структурности. Наиболее выраженные изменения агрегатного состава отмечаются в сукцессионном ряду, сформированном на серых лесных почвах, а наименьшие – характерны для дерново-подзолистой почвы южной тайги.

Ключевые слова: постагрогенные почвы, сукцессия, биоразнообразие, агрегатный состав, коэффициент структурности.

DOI: 10.19047/0136-1694-2017-88-47-74

Ссылки для цитирования: Баева Ю.И., Курганова И.Н., Лопес де Греню В.О., Овсепян Л.А., Телеснина В.М., Цветкова Ю.Д. Изменение агрегатного состава различных типов почв в ходе залежной // Бюл. Почв. ин-та им. В.В. Докучаева. 2017. Вып. 88. С. 47-74. doi: 10.19047/0136-1694-2017-88-47-74

Baeva Yu.I., Kurganova I.N., Lopes de Gerenyu V.O., Ovsepyan L.A., Telesnina V.M. Change in aggregate structure of various soil types during the succession of abandoned lands, Byulleten Pochvennogo instituta im. V.V. Dokuchaeva, 2017, Vol. 88, pp. 47-74. doi: 10.19047/0136-1694-2017-88-47-74


CHANGE IN AGGREGATE STRUCTURE OF VARIOUS SOIL TYPES DURING THE SUCCESSION OF ABANDONED LANDS

Yu. I. Baeva1, I. N. Kurganova2, V. O. Lopes de Gerenyu2, L. A. Ovsepyan2V. M. Telesnina3Yu. D. Tsvetkova1

1Peoples Friendship University of Russia (RUDN University), Miklukho-Maklaya St., 6, Moscow, 117198, Russia

2Institute of Physicochemical and Biological Problems in Soil Science, RAS, Institutskaya st., 2, Pushchino, Moscow region, 142290, Russia

3Lomonosov Moscow State University, Leninskie gory 1, Moscow, 119991 Russia

A comparative analysis of the changes in the aggregate structure in various types of soils (Sod-podzolic, Gray forest, and Chernozems) during their postagrogenic evolution was carried out. The study plots included: sod-podzolic soils –plowland, laylands abandoned 8, 13, 35 years ago and a secondary forest (~100 years); gray forest soils –plowland, laylands abandoned 6,15 and 30 years ago and a secondary forest of 60 years; сhernozems–plowland and layland abandoned 10, 15, 26 and 81 years ago. The geobotanical studies have shown that the withdrawal of soils from agricultural use causes changes in species composition, increase of biodiversity, and a gradual recovery of climax communities, which are attributed for specific natural climatic zones. Along with vegetation succession, we observed the increase in the total carbon content in the upper part of the former arable layer (0–10 cm) in all studied soils. However, the trend becomes weaker from northern to southern climatic zones in the following sequence: Sod-podzolic soil > Gray forest soil >Chernozems ordinary. It was found that the content of macroaggregates increases authentically in the surface layers of all of the investigated soils from cropland to abandoned and forest soils during the self-restoration of Gray forest soils and Chernozems while the number of micro-aggregates, on the contrary, decreases. In all studied chronosequences, we observed the increase of the weighed mean diameter of the aggregates and the structure coefficients. The most pronounced changes in the aggregate structure were observed in the chronosequence, formed on Gray forest soils, while the weakest alterations were typical for the Sod-podzolic soils of the southern taiga.

Keywords: post-agrogenic soils, succession of vegetation, biodiversity, aggregate composition, structure coefficient.


СОДЕРЖАНИЕ

1.   Авдеева Т.Н., Яшин М.А., Когут Б.М., Маркина Л.Г., Тарасов С.И. Содержание органического углерода структурных отдельностей дерново-подзолистой почвы при различных системах земледелия // Плодородие. 2014. № 2. С. 32–36.

2.   Анциферова О.А. Трансформация растительности и свойств почв молодых залежей Тамбовской равнины и Замландского полуострова: Автореф. диc. … к.c.-х.н. Калининград, 2001. 24 с.

3.   Артемьева З.С. Органическое вещество и гранулометрическая система почвы. М.: ГЕОС, 2010. 240 с.

4.   Баева Ю.И. К вопросу о постагрогенном развитии серых лесных почв // Биология – наука ХХI века: 20-я Международная Пущинская школа-конференция молодых ученых. Сб. тез. Пущино, 2016. С. 196–197.

5.   Баева Ю.И, Курганова И.Н., Лопес де Гереню В.О., Почикалов А.В., Кудеяров В.Н. Физические свойства и изменение запасов углерода серых лесных почв в ходе постагрогенной эволюции (юг Московской области) // Почвоведение. 2017. № 3. С. 345–353. doi10.7868/S0032180X17030029

6.   Бембеева О.Г., Джапова Р.Р. Восстановительная сукцессия залежных земель в пустынной зоне Калмыкии // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2012. Т. 14. № 1(5). С. 1195–1198.

7.   Булыгин С.Ю., Лисецкий Ф.Н. Формирование агрегатного состава почв и оценка его изменения // Почвоведение. 1996. №6. С. 783–788.

8.   Вадюнина А.Ф., Корчагина З.А. Методы исследования физических свойств почв. М.: Агропромиздат, 1986. 416 с.

9.   Васенев И.И. Почвенные сукцессии. М.: Изд-во ЛКИ, 2008. 400 с.

10. Васенев И.И., Васенева Э.Г., Панина Н.А. Морфогенетические особенности почв // Агроэкологическое состояние черноземов ЦЧО. Курск, 1996. С. 40–80.

11. Гаевая Э.А. Влияние разных способов обработки почвы на ее физические свойства // Научный журнал КубГАУ. 2008. №39(5). С. 1–10.

12. Глумов Г.А. Исследование современной динамики естественного растительного покрова южной лесостепи Зауралья: Автореф. дис. … д.б.н. Л., 1953. 24 с.

13. Даденко Е.В., Мясникова М.А., Казеев К.Ш., Колесников С. И., Вальков В.Ф. Биологическая активность чернозема обыкновенного при длительном использовании под пашню // Почвоведение. 2014. № 6. С. 724–734. doi: 10.7868/S0032180X14060021

14. Егоров В.В., Фридланд В.М., Иванова Е.Н., Розов Н.Н. и др. Классификация и диагностика почв СССР. М.: Колос, 1977. 221 с.

15. Замотаев И.В., Белобров В.П., Курбатова А.Н., Белоброва Д.В. Агрогенная и постагрогенная трансформация почв Льговского района Курской области // Бюл. Почв. ин-та им. В.В. Докучаева. 2016. Вып. 85. С. 97–113. doi: 10.19047/0136-1694-2016-85-97-114

16. Ипатов В.С., Мирин Д.М. Описание фитоценоза: методические рекомендации. СПб., 2008. 71 с.

17. Караваева Н.А., Денисенко Е.А. Постагрогенные миграционно-мицелярные черноземы разновозрастных залежей Южной лесостепи ЕТР // Почвоведение. 2009. № 10. С. 1165–1176.

18. Караваева Н.А., Жариков С. Н., Кончин А.Е. Пахотные почвы Нечерноземья: процессно-эволюционный подход к изучению // Почвоведение. 1985. №11. С. 114–125.

19. Лисецкий Ф.Н., Маринина О.А., Родионова М.Е. Изменения структурного состояния почв при различиях в почвенно-климатических условиях и истории землепользования // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2013. Т.15. №3(3). С. 998–1002.

20.  Люри Д.И., Горячкин С. В., Караваева Н.А. и др. Динамика сельскохозяйственных земель России в XX веке и постагрогенное восстановление растительности и почв. М.: ГЕОС, 2010. 416 с.

21. Лыков А.М., Еськов А.И., Новиков М.Н. Органическое вещество пахотных почв Нечерноземья. М.: Россельхозакадемия ГНУ ВНИПТИОУ, 2004. 630 с.

22. Макарова А.П., Козлова А.А. Почвенные и микробиологические свойства целинных и залежных серых лесных почв Приангарья, осложненных палеокриогенезом // Пермский аграрный вестник. 2014. №4(8). С. 44–50.

23. Мартынова Н.А. Химия почв: органическое вещество почв. Иркутск: Изд-во ИГУ, 2011. 255 с.

24. Морковкин Г.Г., Демина И.В. К оценке влияния сидератов и залежи на изменение плодородия черноземов выщелоченных условиях умеренно засушливой и колочной степи Алтайского края // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2011. №11(85). С. 18–22.

25. Мясникова М.А. Влияние возраста залежей на биологические свойства постагрогенных черноземов Ростовской области. Дис. … к.б.нРостов-на-Дону, 2015. 153 с.

26. Несмеянова М.А. Структурно-агрегатный состав и водопрочность почвы под влиянием многолетних бобовых трав // Пермский аграрный вестник. 2015. №1(9). С. 50–55.

27. Розанов Б.Г. Морфология почв: учебник для высшей школы. М.: Академический проект, 2004. 432 с.

28. Рыбакова А.Н. Трансформация свойств серых почв при различном их использовании: Автореф. дис. … к.б.н. Тюмень, 2016. 18 с.

29. Рыбакова А.Н., Сорокина О.А. Трансформация некоторых физических свойств постагрогенных серых почв залежей при различном использовании // Вестник КрасГАУ. 2013. Вып. 6. С. 73–79.

30. Скворцова Е.Б., Баранова О.Ю., Нумеров Г.Б. Изменение микростроения почв при зарастании пашни лесом // Почвоведение. 1987. № 9. С. 101–109.

31. Телеснина В.М., Ваганов И.Е., Карлсен А.А., Иванова А.Е., Жуков М.А., Лебедев С.М. Особенности морфологии и химических свойств постагрогенных почв южной тайги на легких отложениях (Костромская область) // Почвоведение. 2016. № 1. С. 115–129. doi: 10.7868/S0032180X16010111

32. Тейт Р.Л. Органическое вещество почвы: биологические и экологические аспекты. М.: Наука, 1991. 400С.

33. Трофимов И.Т., Беховых Ю.В., Болотов А.Г., Сизов Е.Г. Влияние лиственных лесных насаждений на физические свойства почв // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2014. № 1 (111). С. 34–39.

34. Шеин Е.В. Курс физики почв. М.: Изд-во МГУ, 2005. 432 С.

35. Colazo J.C., Buschiazzo D.E. Soil dry aggregate stability and wind erodible fraction in a semiarid environment of Argentina // Geoderma. 2010. V. 159. Р. 228–236.

36. Elliott E.T. Aggregate structure and carbon, nitrogen, and phosphorus in native and cultivated soils. // Soil Sci. Soc. Am. J. 1986. 50. Р. 627–633.

37. Falkengren-Grerup U., Brink D.HJ., Brunet J. Land use effects on soil N, P, C and pH persist over 40–80 years of forest growth on agricultural soils // Forest Ecol. Manag. 2005. V. 225. Р. 74–81.

38. Golchin A., Oades J.M., Skjemstad J.O., Clarke P. Study of free and occluded particulate organic matter in soils by solid state 13C CP/ MAS NMP spectroscopy and scanning electron microscopy // Austral. J. Soil Res. 1994. V. 32. P. 285–309.

39. Gunina A., Kuzyakov Y. Pathways of litter C by formation of aggregates and SOM density fractions: Implications from 13C natural abundance // Soil Biol. Biochem. 2014. http://dx.doi.org/10.1016/j.soilbio.2014.01.011

40. Kalinina O., Goryachkin S.V., Lyuri D.I., Giani L. Post-agrogenic development of vegetation, soils and carbon stocks under self-restoration in different climatic zones of European Russia // Catena. 2015. V. 129. Р.18–29. doi: 10.1016/j.catena.2015.02.016

41. Karlen D.L., Andrews S.S., Weinhold B.J., Doran J.W. Soil quality: humankind’s foundation for survival // J. Soil Water Conserv. 2003. 58 (4). Р. 171–179.

42. Kristiansen S.M., Schjоnning P., Thomsen I.K., Olesen J.E., Kristensen K., Christensen B.T. Similarity of differently sized macro-aggregates in arable soils of different texture // Geoderma. 2006. V. 137. Р. 147–154.

43. Kurganova I., Yermolaev A., Lopes de Gerenyu V., Larionova A., Kuzyakov Y., Keller T., Lange S. Carbon balance in soils of abandoned lands in Moscow region // Eurasian Soil Science. 2007. V. 40(1). P. 5058.

44. Lado M., Paz A., Ben-Hur M. Organic matter and aggregate size interactions in infiltration, seal formation, and soil loss // Soil Sci. Soc. Am. J. 2004.68. Р. 935–942.

45. Lopes de Gerenyu V., Kurganova I., Kuzyakov Ya. Soil organic carbon pools in former arable Сhernozems // Ecolojia. 2008.  4. P. 38–44.

46. Nichols K.A., Toro M. A whole soil stability index (WSSI) for evaluating soil aggregation // Soil Till. Res. 2011. V. 111. Р. 99–104.

47. Niewczas J., Witkowska-Walczak B. The soil aggregates stability index (ASI) and its extreme values // Soil Till. Res. 2005. V. 80. Р. 69–78.

48. Pirmoradian N., Sepaskhah A.R., Hajabbasi M.A. Application of fractal theory to quantify soil aggregate stability as influenced by tillage treatments // Biosyst. Eng. 2005. V. 90 (2). Р. 227–234.

49. Six J., Bossuyt H., Degryze S., Denef K. A history of research on the link between (micro) aggregates, soil biota, and soil organic matter dynamics // Soil Till. Res. 2004. V. 79. Р. 7–31.

50. Tisdall J.M., Oades J.M. Organic matter and water-stable aggregates in soils // J. Soil Science. 1982. V. 33. Р. 141–163.

51. Yamashita T., Flessa H., Bettina J., Helfrich M., Ludwig B. Organic matter in density fractions of water-stable aggregates in silty soils: Effect of land use // Soil Biol. Biochem. 2006. V. 38. P. 3222–3234.