Факультет

Студентам

Посетителям

Скорость изменения почвенных свойств ветровальных почвенных комплексов

Изучение разновозрастных ВПК позволило установить время, необходимое для восстановления основных параметров верхних почвенных горизонтов.

Для некоторых типов ВПК выявлена продолжительность отдельных восстановительных этапов. Методика работы коротко заключалась в следующем. В каждом из исследованных биогеоценозов были выделены группы ВПК различного возраста. Каждая группа состояла из десяти ВПК, близких по возрастным датировкам. При изучении ВПК первого типа удалось выделить пять групп, датированных следующими сроками: 1—2 года; 10— 20 лет; 30—50; 80—100 и старше 100 лет. Для ВПК третьего типа выделено четыре возрастные группы; около 3 лет, 40—50 лет, 80—100 лет и старше 100 лет. Для ВПК четвертого типа только три группы: 20—30 лет, 80—100 лет и старше 100 лет. На бугре каждого ВПК, в западине и на соседней ненарушенной почве в 1,5— 2 м от вывала из верхнего минерального слоя отбирали образцы с глубины 0—6 см, считая от начала минерального профиля. Таким образом, образцы отбирали из слоев, соответствующих гумусовому горизонту в ненарушенной почве. Отбор проводили на всех десяти вывалах в каждой группе возраста, с тем чтобы каждый возраст был охарактеризован десятью повторностями.

Формирование морфологического профиля ветровальных почвенных комплексов первого типа. Длительность «эволюции» западин в ельниках на дерново-сильноподзолистых почвах ограничена сверху возрастом, при котором в западине восстанавливаются достаточная степень дерновости и глубина оподзоливания. Глубина оподзоливания в 10—20-летних западинах значимо меньше соседней контрольной почвы. С возрастом наблюдается увеличение глубины оподзоливания, причем этот показатель характеризуется большой вариабельностью. Глубина нижней границы подзолистого горизонта может незначимо отличаться от контроля к 50 годам, а может и в 80—100 лет оставаться достоверно меньшей. Высокий разброс результатов связан с малой исходной глубиной, присущей западинам первого типа. Выше уже отмечалось, что основная толща подзолистого горизонта фоновой почвы остается незатронутой вывалом первого типа. В связи с этим новообразованный подзолистый горизонт в западине морфологически трудноуловим.

На дерново-сильноподзолистых фоновых почвах изменение профиля в западине включает несколько этапов. При достаточном поступлении хвойно-лиственного опада к 15—20 годам поверхность западины покрывается полноразвитой лесной подстилкой. Профиль приобретает следующее строение: А0—А2—А2В—В и т. д. Мощность подзолистого горизонта обычно меньше, чем в ненарушенной почве. Такой усеченный почвенный профиль характерен для западин в течение первых 30—50 лет их существования. В интервале от 30—50 до 100 лет в западине существует профиль А0—A1A2—А2—А2В—В, по набору горизонтов и их соотношению близкий к сильноподзолистой почве. В западинах значительно старше 100 лет формируется полный профиль дерново-сильноподзолистой почвы, при данной повторности не отличающийся от фона А0—A1—A1A2—А2—А2В—В и т. д. Таким образом, не менее 50 лет в западине существует почва, отличная от фона в пределах подтипа. Данное состояние — промежуточный этап между явно усеченным профилем и ненарушенной дерново-сильноподзолистой почвой, однако благодаря его продолжительности этот этап можно рассматривать как полноправный элемент пространственной неоднородности почвенного покрова под лесом. Ветровальные западины на первых стадиях развития формируют контрастные ветровальные пятнистости почвенного покрова, относясь к группе предельных структурных элементов, по В. М. Фридланду.

На сильноподзолистых почвах изменение западины проходит в общем те же этапы и с такими же возрастными придержками. Начальный период — усеченный почвенный профиль с остатками подзолистого горизонта на поверхности, заключительный период — восстановление сильноподзолистой почвы. В интервала от 30— 50 до 100 лет и более в западине сохраняется переходный профиль, по морфологическим свойствам близкий к торфянисто-подзолистой почве (А0—А2—А2В—В). Особенность этого этапа — заторфовывание западины. Степень оторфованности невелика, однако превышает слабую оторфованность подстилки в фоновых сильноподзолистых почвах. По мере выполаживания западины степень ее гидроморфизма сокращается и почвенный профиль приобретает черты фоновой сильноподзолистой почвы (А0—A1A2—А2—А2В—В).

В эволюции западин возможен иной путь при активном распространении сфагнума в них. Наблюдения показывают, что в западинах, превысивших столетний возраст, по-прежнему сохраняется повышенная оторфованность и отсутствует переходный горизонт А1А2. Число западин со значительным участием сфагнума колеблется от 10 % в ельнике липняковом до 35 % в ельнике-кисличнике и до 65 % в ельнике-черничнике.

Ветровальный бугор на дерново-сильноподзолистых почвах сохраняет анормальное строение почвенного профиля гораздо дольше 100 лет. Трансформация его толщи включает три основных этапа: осыпание почвенной массы с корней ветровального дерева; уплотнение бугра с постепенной дифференциацией его на обособленные слои при активной минерализации погребенных корней и комлевой части ствола; окончательную дифференциацию бугра на почвенные горизонты. Осыпание вывернутого почвенного кома тянется в среднем до 20 лет. В процессе осыпания формируется структура ветровального бугра. Следующий этап эволюции бугра более продолжителен (до 80—100 лет). Его основная особенность — активная трансформация и перераспределение веществ в толще бугра. На этом этапе специфичность искоревой смеси, ее отличие от ненарушенных горизонтов профиля выражены в максимальной степени. Обычно профиль, проходящий через вершину 50-летнего бугра, имеет следующий набор горизонтов: А0 — искоревая смесь с включениями остатков древесины и перегнойных прослоек — Апогребенный — A1A2, А2 и другие горизонты погребенного ненарушенного профиля. Древесина и перегнойные прослойки в центральном профиле бугра встречаются не всегда.

К 80—100 годам внешний облик бугра сильно меняется. Исчезают пустоты и сглаживаются неровности на его поверхности. Формируется непрерывная 1—2-слойная подстилка мощностью 2—5 см. Профиль минеральной части бугра имеет следующее строение: А0—A1 — искоревая смесь, близкая по цвету к горизонту A1A2 — (Апогребенный) — А2, А2В и т. д. Дальнейшая дифференциация профиля приурочена к более позднему этапу. В шести из десяти исследованных бугров, превысивших 100-летний возраст, морфологически выраженного оподзоливания в толще бугра не обнаружено. В остальных четырех случаях в минеральной части бугров имелся формирующийся подзолистый горизонт. Профиль имел следующее строение: А0—A1—A1A2 — формирующийся А2 — искоревая смесь — расположенные под ней остатки погребенного профиля. Формирующийся горизонт А2 имеет палевый оттенок и слабую слоистость. В таких профилях слабо выражен или отсутствует погребенный гумусовый горизонт, хотя в органической части бугра он по-прежнему сохраняется. Подзолистый процесс на ветровальных буграх может распространяться на значительную глубину. Так, нижняя граница горизонта А2 на буграх в ельнике липняковом достигает 20—23 см. По полученным данным, регенерация подзолистого горизонта в толще ветровального бугра на дерново-сильноподзолистой почве требует большего времени, чем на сильноподзолистой почве с неразвитым или слаборазвитым гумусовым горизонтом. Это связано с различиями в составе и свойствах материала, слагающего ветровальный бугор. Материал гумусового горизонта дерново-подзолистых почв, войдя в состав искоревой смеси, тормозит проявление подзолообразования.

Важно, что развитие разных зон бугра идет разными путями и с разной скоростью. Так, на буграх старше 100 лет может присутствовать сразу три вида профилей: с минеральной стороны бугра — профиль с признаками оподзоливания без погребенного гумусового горизонта, с органической его стороны — профиль без признаков оподзоливания с хорошо развитым погребенным горизонтом A1, а в центре бугра возможны варианты того или иного профиля. Поскольку в равнинных условиях положение склонов бугра в общем одинаково, основная причина различий их внутреннего строения заключается в свойствах почвообразовательного субстрата. Минеральная сторона бугра, материал которой был сформирован гумусоаккумулятивными и элювиальными процессами, более склонна к восстановлению почвенного профиля по тому же типу. Формирование «нормального» профиля идет в первую очередь на стороне бугра, обращенной к западине. На этой стороне у 80—100-летних бугров уже возможен сплошной новообразованный гумусовый горизонт и заметно некоторое осветление расположенного под ним перемешанного субстрата. Вполне вероятно, что полный профиль подзолистого типа сформируется здесь за 200—250 лет. Это значительно меньше величин, приводимых Стефенсом. Но, дифференцированные горизонты формируются к 300, а полный профиль — к 500 годам существования вывала. Подобные придержки более подходят для органической части бугра, материал которой обогащен гумусом, а развитие осложнено разложением древесины.

Формирование гумусоаккумулятивных горизонтов ветровальных почвенных комплексов разного типа. В западинах первого типа гумусовый горизонт, сравнимый по мощности и окраске с контролем, формируется на ВПК старше 100 лет. Это подтверждено камеральным определением окраски воздушно-сухих растертых образцов по шкале Манселла. Цвет контрольных образцов (горизонт A1) колебался от светло-буровато-серого и серого до темно-серого или темно-серого с бурым оттенком. Среди исследованных образцов из ветровальных западин до 100-летнего возраста включительно большая часть оказалась светлее контроля. В западинах, превысивших 100-летний возраст, 90 % образцов совпало по окраске с контролем. Исследование физических и химических свойств гумусоаккумулятивного слоя в западинах и сравнение их с контролем также показывает, что восстановление A1 приурочено к возрасту больше 100 лет. Такой вывод сделан на основе восстановления следующих почвенных характеристик: содержания гумуса, обменного Са, величины удельной поверхности, плотности почвы. До 80—100 лет включительно перечисленные параметры достоверно отличаются от контроля, а в последней возрастной группе эти различия стираются. Данные указывают также на неравномерность восстановления различных почвенных свойств. Известно, что время установления динамического равновесного со средой состояния для различных свойств неодинаково. Если принять, что ненарушенная почва (контроль) отражает современное квазиравновесие, то в исследованных западинах оно достигается в первую очередь для содержания обменных Al, Mg, H и величины pHHH2O (к 30—50 годам). Восстановление других свойств, как уже говорилось, происходит позднее.

Таким образом, морфологические, физические и химические исследования указывают на то, что в ветровальных западинах наблюдается восстановление гумусового горизонта, причем время, необходимое для этого, измеряется в среднем не менее чем сотней лет. Более точное представление об этом времени дает анализ кривых. На оси ординат отложены различия в свойствах между западиной и контролем (для гумусо-аккумулятивного горизонта) в процентах к контролю (Мз – Мк / Мк) · 100%, на оси абсцисс — возраст вывалов в масштабе логарифмов. Участки кривых от 1—2 до 80—100 лет включительно построены по «точно» датированным точкам. Эти кривые имеют выраженную тенденцию к сближению. Экстраполяция кривых позволяет отнести данные последнего возрастного интервала к возрасту около 300 лет. Это в общем согласуется с данными Стефенса, который описал 317-летний вывал с новообразованными верхними горизонтами. Последние точки на графиках отличаются от контроля недостоверно. В область недостоверных различий попадают также отрезки кривых начиная со 150—200 лет. Именно этот возраст, видимо, можно рассматривать как нижнюю границу восстановления гумусового горизонта западины. Он же является и временем формирования полного профиля, так как глубина оподзоливания в этот период также недостоверно отличается от контроля.

Изменение верхнего слоя бугра иллюстрирует стадии развития ВПК. В первую очередь в западину осыпается материал подзолистого горизонта. В возрасте 1—2 года физические и химические свойства сформировавшегося в западине валика резко отличаются от гумусового горизонта контроля. Позднее, к 10—20 годам, поверхность валика становится более рыхлой и гумусированной, главным образом за счет осыпания горизонтов A1A2 и А1. Верхний горизонт 30—50-летних бугров обогащен углеродом и имеет очень рыхлое сложение. Плотность этого горизонта ниже контроля. Содержание углерода в пересчете на гумус — 8 %. Накопление органического вещества сопровождается увеличением суммы обменных катионов. Особенно заметно относительное (по сравнению с контролем) накопление А1 и Н, хотя наблюдается также и повышенное содержание Са.

К 80—100 годам заметно постепенное уплотнение бугра. Несколько уменьшается содержание обменных катионов, в том числе А1 и Н. По полученным данным, гумусовые горизонты старых ветровальных бугров (больше 100 лет) мало отличаются от контроля как по морфологии, так и по физическим и химическим свойствам.

В западинах третьего типа «нормальная» окраска гумусового горизонта формируется к 80—100 годам. Физические и химические свойства мелкозема в верхнем слое ветровальных западин изменяются следующим образом. В 4-летних ВПК дно западины сложено материалом нижних горизонтов профиля и значимо отличается от гумусового горизонта ненарушенной почвы. Исключение составляют обменные Mg и Al. Они равномерно распределены в ненарушенном профиле и поэтому уже в молодых ВПК их содержание близко к контролю. К 50 годам поверхность западины приближается по свойствам к контрольному А1 хотя различия для большинства параметров по-прежнему статистически значимы. В 80—100-летних и более старых ВПК эти различия стираются.

Полученный вывод иллюстрируют кривые изменения свойств западины по отношению к контролю. В 80—100 лет различия между средней величиной исследуемого параметра в западине и средней величиной в контрольной почве близки к нулю. В дальнейшем, на вывалах старше 100 лет, свойства гумусового горизонта западины также мало отличаются от контроля.

Вершина и внутренняя сторона осыпавшихся ветровальных бугров по составу субстрата сходны с дном западины. В силу этого характер кривых, отражающих их эволюцию в первые 100 лет, имеет много общего. По физическим свойствам и содержанию гумуса максимальное приближение к контролю наблюдается, как правило, в 80—100 лет. Сумма обменных катионов мало меняется во времени, однако различается поведение отдельных катионов. Например, в 80—100 лет наблюдается повышенное содержание обменного А1 по сравнению с контролем. Уплотнение горизонта A1 и уменьшение его удельной поверхности на буграх старше 100 лет в отличие от обменных катионов имеют статистическую значимость. Однако эти изменения заметны лишь по отношению к контролю, а абсолютные значения свойств при переходе от 80—100 лет к возрасту старше 100 лет практически не меняются. Содержание гумуса в горизонте A1 на вершинах бугров значимо меньше контроля на протяжении всего исследованного периода, включая 80—100-летний возраст. Определение окраски воздушно-сухих образцов показало, что ни одна из возрастных групп не совпадает по цвету с контролем более чем на 40 %. Тот факт, что с 80—100 лет все исследованные параметры гумусового горизонта на вершине бугров (безотносительно к контролю) мало изменяются во времени, позволяет считать этот горизонт в целом сформировавшимся. Его специфические особенности заключаются в повышенной плотности и низком содержании гумуса по сравнению с соседней ненарушенной почвой.

Западины четвертого типа отличаются быстрым формированием горизонта, близкого по свойствам к гумусовому горизонту ненарушенной почвы (горизонт A0A1). Уже к 10—20 годам dv поверхностного слоя западины составляет 0,9 г/см3, в то время как на дне свежеобразованных западин вскрывается горизонт с dv = 1,2 г/см3 и более. По полученным данным, гумусо-аккумулятивный горизонт в западинах всех возрастов начиная с 20-летнего незначимо отличается от контроля. В то же время заметно изменение параметров (как по абсолютным, так и по относительным значениям) при переходе от одного возраста к другому. Например, выражено усиление гумусированности западин. В изменении окраски гумусового горизонта западин прослеживается следующая тенденция: в 10—20 лет образцы того же цвета, что и контроль, или светлее; старше 100 лет — того же цвета, что и контроль, или темнее. Темноокрашенные горизонты в старых западинах характеризуются более высоким содержанием гумуса, большей удельной поверхностью, имеют более рыхлое сложение, чем соответствующие горизонты ненарушенной почвы. С другой стороны, гумусоаккумулятивные горизонты 10—20-летних западин отличаются от контроля меньшим содержанием гумуса, меньшей величиной удельной поверхности и большей плотностью, хотя эти различия невелики. Судя по характеру кривых, отличие западин от контроля меняет свой знак в возрасте 25— 50 лет. По полученным данным, с 80—100 лет накопление гумуса в западине начинает затухать. Горизонт A0A1 в 80—100-летних западинах мало отличается от аналогичного горизонта более старых западин по величине dv общей порозности, удельной поверхности, содержанию гумуса, общей сумме поглощенных катионов. В целом изменение поверхностного слоя исследованных западин включает три этапа: интенсивное накопление и гумификация опада совместно с механической аккумуляцией мелкозема — в первые годы существования вывала; прогрессирующее накопление опада, вызывающее увеличение мощности и гумусированности А0А1 — в течение первых 100 лет; постепенное установление динамического равновесия в западине — на вывалах старше 100 лет.

Ветровальные бугры на протяжении всего исследованного периода резко отличаются от окружающей ненарушенной территории. Поверхность свежеосыпавшихся бугров сложена материалом горизонтов А2В, В, ВС и имеет соответственные химические свойства, отличающиеся от гумусового горизонта контроля. По плотности поверхность бугра стоит ближе к контролю, поскольку материал немного разрыхляется при осыпании, тем не менее физические свойства 10—20-летних бугров, так же как и химические, значимо отличаются от контроля. Поверхность 80—100-летних бугров характеризуется большей плотностью, меньшей гумусированностью и повышенным содержанием обменного Al не только по сравнению с контролем, но и по сравнению с более молодыми вывалами. Дальнейшее старение вывалов сопровождается сглаживанием их вершины и сокращением свободной от опада зоны. Бугры, превысившие 100-летний возраст, имеют на поверхности сомкнутый, хотя и тонкий, слой опада. В связи с этим появляется тенденция к сближению свойств гумусовых горизонтов бугра и контроля. Наиболее наглядно она проявляется в разрыхлении горизонта и изменении его окраски. Так, среди восьми образцов из старых бугров пять совпало по цвету с контролем. Однако в исследованных ВПК не наблюдается полного восстановления «нормального» гумусового горизонта на вершине бугра. Лишь в одном случае из десяти содержание гумуса достигло 4,2 % (среднее содержание гумуса в A0A1 контроля — 6—8%). Полученные данные показали, что гумусовый горизонт на ветровальных буграх четвертого типа сохраняет существенные отличия от ненарушенной территории в течение 1—2 сотен лет и более.

Проведенные исследования дают представление о скорости регенерации гумусового и подзолистого (в ЦЛГЗ) горизонтов в почвах изученных БГЦ. В ельниках южной тайги на дерновосильноподзолистых и сильноподзолистых почвах осветление перемешанного субстрата горизонтов A1 и A1A2 до уровня ненарушенного А2 в толще ветровальных бугров происходит за 100—200 лет. Сравнительно высокая скорость осветления обусловлена всем комплексом условий, наличием развитого фитоценоза с его почвоформирующим действием, свойствами субстрата, склонного к оподзоливанию. В то же время оподзоливание (осветление) субстрата бугров, так же как и восстановление нормальной глубины оподзоливания в ветровальных западинах, характеризует современное состояние подзолистых почв под лесом, их способность к «самовоспроизводству».

Восстановление гумусового горизонта на буграх и в западинах разных БГЦ неодинаково. В западинах ЦЛГЗ на материале горизонта А2 в условиях более длительного, чем на ненарушенной почве, переувлажнения этот процесс тянется около 150—200 лет. В западинах третьего типа на бурых горно-лесных почвах Среднего Урала на материале горизонта АВ или ВС, открывшегося при вывале, при участии механического накопления мелкозема на дне западины гумусовый горизонт восстанавливается за 80—100 лет. Среди исследованных БГЦ максимальная скорость формирования гумусового горизонта, точнее — горизонта A0A1, наблюдается в западинах четвертого типа на склонах под буковым лесом — около 50 лет. Однако, как упоминалось выше, в формировании этого горизонта особенно велико участие механической аккумуляции материала.

Характер формирования гумусового горизонта на бугре во многом определяется свойствами слагающего бугор субстрата. Так, ветровальный бугор первого типа на двучленных дерново-сильноподзолистых почвах сложен материалом верхних горизонтов профиля и с первых же десятилетий обогащен гумусом. Этим он заведомо отличается от дна ветровальной западины. Интересно сравнение скорости гумусонакопления на одинаковом субстрате, нона разных элементах рельефа (бугор и западина), например на еловых вывалах Среднего Урала (ВПК третьего типа) или на буковых вывалах Карпат (ВПК четвертого типа), в которых верхний слой минеральной части бугра и дно западины сложены близким по своим свойствам материалом. В целом формирование гумусового горизонта на минеральном субстрате бугра идет медленнее, чем в западине. Однако в Висиме этот разрыв сравнительно мал. Вершины бугров имеют здесь плоскую форму, плавные очертания. Характер кривых, отражающих эволюцию гумусового горизонта в западине и на бугре, имеет много общего. На 80—100-летних буграх с вероятностью в 40 % возможно наличие гумусового горизонта, соответствующего ненарушенному A1 по плотности, цвету, структуре и другим параметрам. На буковых вывалах Карпатского заповедника различия в почвообразовании на бугре и в западине выражены в максимальной степени. В западине наблюдается интенсивное накопление опада, а на бугре благодаря его острой щебнистой вершине вплоть до 80—100 лет отсутствует сплошной лиственный покров. Далее в западине идет накопление мелкозема, а на бугре — его плоскостной смыв вследствие большой плотности бугра и его слабого зарастания. Исследование ветровальных бугров старше 100 лет показало, что верхний горизонт бугра в течение 1—2 сотен лет существенно отличается от ненарушенной почвы. Таким образом, специфика регенерации почвенных горизонтов в западинах и на буграх в первую очередь определяется особенностями вывалов данного БГЦ (типовыми особенностями ВПК) и только затем различиями в форме микрорельефа.

Итак, исследование регенерации почвы на вывалах позволяет оценить скорость восстановления нарушенных почвенных горизонтов и профилей в современном лесном БГЦ. Так, в ельниках южной тайги на слабодерново-сильноподзолистых и сильноподзолистых почвах осветление перемешанного материала горизонтов A1 и А1А2 до уровня ненарушенного подзолистого горизонта происходит за 100—200 лет. Время восстановления гумусового горизонта зависит от исходных почвенных свойств. «Характерное» время для гумусового горизонта в ветровальных западинах увеличивается в ряду исследованных почв от бурых горно-лесных почв на склонах Карпат к бурым горно-лесным почвам на выровненных низкогорных участках Среднего Урала и к дерново-сильноподзолистым почвам в плакорных условиях Калининской обл.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.



Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: