Постагрогенная трансформация почв Тункинской котловины (Юго-Западное Прибайкалье)

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Постагрогенная трансформация почв Тункинской котловины (Юго-Западное Прибайкалье)

А.А. Черкашина, Б.А. Голубцов, А.В. Силаев

Аннотация. Изучены постагрогенные изменения физико-химических свойств агро-земовальфегумусовых и текстурно-дифференцированных в результате естественного восстановления разновозрастных залежей на территории Тункинской котловины. В ходе постагрогенной трансформации наблюдается дифференциация бывших пахотных горизонтов по ряду физико-химических свойств (общему содержанию и составу гумуса, кислотности, сложению и структурному состоянию). Отмечены тенденции к восстановлению естественных морфологических и физико-химических характеристик антропогенно-преобразованных почв. На основе полученных данных выделены основные стадии постагрогенной эволюции исследуемых почв, сделан прогноз их дальнейших изменений.

Ключевые слова: почвы, агроземы, постагрогеннаятрасформация, постагрогенные сукцессии, ретроспективный картографический анализ, Тункинская котловина, Юго-Западное Прибайкалье.

Postagrogenic Transformation of Soils of the Tunka Basin (South-Western Cisbaikalia). А. A. Cherkashina, V. A. Golubtsov, A. V. Silaev

Abstract. The dynamics of physical and chemical properties of agronomically disturbed soils through natural postagrogenic transformation has been studied on the chronose- quence of abandoned arable lands of the Tunka basin. During postagrogenic transformation observed differentiation of former plow horizons for a number of physical and chemical properties. There is a trend to recovery by anthropogenically transformed soils morphological and physico-chemical properties specific to their natural counterparts. On the basis of obtained data main stages of postagrogenic evolution of investigated soils were identified and forecasted their further changes.

Keywords: soils, agrosoils, postagrogenic transformation, postargrogenic successions, retrospective map analysis, Tunka basin, South-Western Cisbaikalia.

Значительная часть территории России лежит в зоне рискованного земледелия. Тем не менее вплоть до радикальной реформы агропродовольственного сектора, начатой в 1988 г., сельское хозяйство РСФСР развивалось высокими темпами. В 1992 г. вступление в действие Указа Президента РФ «О неотложных мерах по земельной реформе в РСФСР» и Постановления Правительства РФ «О порядке реорганизации колхозов и совхозов» привело к кризису сельского хозяйства страны [19]. По официальным данным [15-18], площадь посевных земель за период 1990-2004 гг. сократилась на 38,1 млн га. При этом по неофициальным оценкам, в ряде областей Нечерноземья в настоящее время заброшено и зарастает молодняком мелколиственных пород до 40-60 % пахотных земель [7].

В результате на огромных пространствах России, в разных природных зонах получили развитие постагрогенные сукцессии, сопровождающиеся динамическими изменениями морфологических и физико-химических свойств бывших пахотных почв [12]. Выявление закономерностей таких изменений важно для прогнозирования развития залежных почв, что имеет большое значение для планирования их дальнейшего хозяйственного использования. Особый интерес при этом представляет изучение динамики залежных почв южной тайги. Несмотря на то что более 20 % ее площади принадлежит заброшенным пашням [20], особенности постагрогенной трансформации таких залежей при естественном лесовозобновлении изучены недостаточно, а имеющиеся сведения зачастую противоречивы.

Цель настоящей работы - на основании морфоаналитической диагностики постагрогенных изменений почв и анализа историко-картографической информации выявить особенности постагрогенной трансформации дерново-подбуров и дерново-буро-подзолистых почв на территории Тункинской котловины.

Тункинская котловина расположена на юго-западном фланге Байкальской рифтовой зоны (рис. 1). Она входит в систему межгорных понижений гор Восточного Саяна и представляет собой кайнозойскую суходольную впадину. Ее длина составляет около 65 км, ширина - 25 км [6].

Рис. 1. Положение района исследования (заштрихован) в пределах Тункинской котловины. Условные обозначения: 1 - границы Байкальской рифтовой зоны; 2 - котловины байкальского типа

Климат территории исследования характеризуется высокой пространственной неоднородностью с заметным градиентом температур и осадков между периферической и центральной частями котловины. В целом для территории характерно умеренно теплое лето со средней температурой июля в пос. Аршан 15,9 °С, в д. Тунка - 16,8 °С. Зима умеренно суровая, малоснежная, со средней температурой января в пос. Аршан до -20,3 °С, в д. Тунка -27,3 °С [8].

В краевой части котловины на границе с Тункинскими гольцами выпадает наибольшее количество осадков (511 мм/год), годовая сумма осадков в центральной части не превышает 400 мм. Отмечается существенная неоднородность во внутригодовом распределении осадков: за теплый период (апрель - октябрь) выпадает около 95 % осадков. При этом первая половина вегетационного периода (май - июнь) отличается засушливостью, для июля- августа увлажнение оптимально [21].

Исследования проводились в северо-восточной части котловины, на пологой предгорной равнине Еловского отрога, в пределах урочища Хойта-Нарган (см. рис. 1). Неоднородность гранулометрического и минералогического состава подстилающих пород, представленных аллювиально-пролювиальными гравийно-галечными отложениями с супесчаным или суглинистым заполнителем, обусловливает формирование здесь литогенно-дифференцированных сочетаний-мозаик дерново-подбуров и дерново-буроподзолистых почв.

Площадь естественных ненарушенных почв, которые выбраны нами в качестве фоновых, незначительна. В основном почвенный покров представлен агрогенно-преобразованными дерново-подбурами и дерново-буроподзолистыми почвами на залежах, находящихся на разных стадиях естественного восстановления растительности (табл. 1). В связи с этим основным объектом исследования являются почвы залежных участков.

Для изучения постагрогенной трансформации залежных почв на основании анализа картографического материала были выделены основные периоды хозяйственного использования земель исследуемой территории и составлена карта-схема, включающая 3 временных среза: конец XIX в. (1896 г.), 70-е гг. XX в. и современность (рис. 2).

постагрогенный сукцессия котловина тункинский

Рис. 2. Основные периоды хозяйственного использования земель исследуемой территории. А - конец XIX в. (1896 г.); Б - 70-е гг. XX в.; В - современное состояние. Условные обозначения: 1 - пашни; 2 - леса; 3 - зарастающие залежи; 4 - места заложения почвенных разрезов

Таблица 1. Стадии постагрогенного восстановления исследуемых объектов

Выбор временных интервалов обусловлен тем, что наиболее существенные изменения в структуре аграрного землепользования на территории Тункинской котловины произошли за последние 100-150 лет [2; 11; 13]. Исходными данными для построения карты-схемы послужили ретроспективные топографические карты масштаба 1:84 000, издания 1896-1914 гг., разновременные топографические карты масштаба 1:100 000, а также разновременные данные дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ): Landsat (MSS, 5 TMи 7 ETM+). Изучение физико-химических свойств почв проводили с использованием общепринятых методов [1; 5; 10]. Классификация почв осуществлялась на основе принципов, предложенных в «Классификации и диагностике почв России» [9], что позволило на подтиповом уровне выделить динамические стадии постагрогенной эволюции почв.

Результаты и обсуждение

История хозяйственного освоения территории

Интенсивное земледельческое освоение и развитие лесозаготовительной отрасли, ставшее основной причиной преобразования естественных ландшафтов Тункинской котловины, берет начало с 20-х гг. XVIII в. [2, 11]. В течение двух последующих веков преимущественно подсечно-огневым способом продолжалось активное земледельческое освоение пригодных под пашню почв лесных массивов котловины. Несмотря на то что модель аграрного природопользования середины XVIII - конца XIX в. характеризовалась экстенсивной залежно-паровой системой и простотой севооборотов, она отличалась достаточной эффективностью и экологичностью [13].

Согласно карте, составленной корпусом военных топографов (1896-1914 гг. издания), основная площадь земель исследуемого ключевого участка использовалась под пашню (см. рис. 2, а). При этом в северо-западной части существовали небольшие участки залежей, зарастающие сосной по направлению от границы леса. К 1914 г. приблизительно за 20-летний период на исследуемых залежных участках произошло естественное восстановление леса, в результате чего они были включены в контур массива смешанных лесов [4; 21].

Значительное усиление воздействия на природные ландшафты произошло в результате освоения новых земель во время коллективизации (2030-е гг. XX в.), сопровождавшейся созданием колхозов и механизацией труда. С середины 1950-х гг. начался период наиболее интенсивного освоения целинных земель. При этом рост пахотных земель зачастую шел за счет сокращения площадей по всем другим видам сельхозугодий (сенокосам, пастбищам, выгонам). Несмотря на то что общая площадь пашни в Республике Бурятия за период 1953-1975 гг. увеличивалась (на 40 %), общее количество распаханных земель превосходило прирост обрабатываемой пашни. Недостаточный учет эрозионной устойчивости почв на распахиваемых склонах приводил к интенсивному развитию эрозионных процессов [3] и формированию малопродуктивных лишенных гумусового горизонта агроабраземов. В колхозах Прибайкальского и Закаменского районов по причине деградации почв в этот период было заброшено около 90 % пашни относительно площади новоосвоенных земель [13], что нашло отражение на картах (см. рис. 2, б).

В начале 90-х гг. в связи с распадом СССР и кризисом агропроизвод-ственного сектора произошло резкое сокращение посевных площадей и переход их в залежное состояние. В настоящее время на территории исследования происходят процессы естественного постагрогенного восстановления ландшафтов (см. рис. 2, в).

Особенности постагрогенной трансформации почв

Из-за малой мощности гумусовых горизонтов исследуемых почв при их освоении происходило припахивание нижележащих элювиальных, а часто и иллювиальных горизонтов. Так, профиль естественной дерново-буроподзолистой почвы (фон 1) имеет вид ЛУ-ББЬ-БТ-С (см. табл. 1). В случае относительно мощного горизонта ЛУ и/или небольшой глубины вспашки преобразуется только гумусовый горизонт, и образуются агродерново-подзолистые почвы с профилем Р-БББ-БТ-С (точка IV). Если же естественная почва имеет маломощный органогенный и элювиальный горизонт, то при распашке преобразуется верхняя часть профиля, включая элювиальный горизонт, и формируется агрозем текстурно-дифференцированный - Р-БТ-С (точки II и III).

Дерново-подбуры (фон 2) имеют профиль ЛУ-БИБ-С. При их сельскохозяйственном освоении образуются агроземыальфегумусовые с профилем Р-ББ-С (точка VI), припахивание срединных горизонтов ведет к формированию агроземов светлых (Р-С). При сильной степени выпаханности, а также активном проявлении процессов плоскостного смыва образуются агроабраземы с профилем РВ-С (точка VII).

Агрогенное почвообразование начинается с механического воздействия на верхнюю часть профиля и в первую очередь приводит к нарушению ее естественного сложения. Последующие агротехнические мероприятия, такие как вспашка, внесение органических и минеральных удобрений, мелиорантов, смена естественной растительности на культурную, инициируют процессы последовательного преобразования почвенной массы, приводящие к частичному стиранию естественных свойств и формированию новых. В результате происходит структурная переорганизация почвенной массы, изменение ее вещественного состава, гидротермических, физико-химических и биологических параметров [14].

С прекращением агрогенного воздействия на почвы активизируются процессы постагрогенной трансформации, направленной на восстановление естественного профиля почв. Продолжительность таких процессов измеряется десятками и первыми сотнями лет. В течение этого периода в профиле присутствуют как признаки агрогенной стадии, так и вновь приобретенные в процессе постагрогенного восстановления свойства [14].

Основным индикатором восстановления профиля агропочв является процесс разуплотнения и переоструктуривания почвенной массы бывшего пахотного горизонта, сопровождающийся обособлением дернового горизонта в верхней части пахотного (Р) (рис. 3), что дает основание отнести почву к подтипу реградированных.

В зависимости от условий почвообразования и длительности периода отмены агротехнических мероприятий мощность почвенной толщи, охваченной дерновым процессом, увеличивается, а черты, присущие пахотному горизонту, стираются. Уже на стадии 50-60-летней залежи (см. табл. 1, точки III и IV) под вторичным сосново-березовым лесом на фоне проявления фито- и зоотурбаций граница старопахотного горизонта местами утрачивает ровный характер. На этой же стадии отчетливо проявляется горизонт сформированной лесной подстилки, состоящей из хвойно-лиственного опада с примесью минерального субстрата копрогенной структуры. Несмотря на вышеобозначенные морфологические изменения верхней пятисантиметровой части агрогоризонта, его нижняя часть сохраняет отчетливые признаки агрогенеза.

Наблюдаемые закономерности смен системы генетических горизонтов позволяют выделить основные стадии изменений профилей исследуемых почв в ходе постагрогенных сукцессий (рис. 3).

Рис. 3. Основные стадии преобразований профилей исследуемых почв в ходе постагрогенных сукцессий

Физико-химические свойства

При сравнении структурно-агрегатного состава бывших пахотных горизонтов с естественными гумусовыми горизонтами дерново-подбура и дерново-буро-подзолистой почвы во всех агрогенных вариантах отмечается повышенное содержание фракции > 10 и < 0,25 мм (табл. 2). На основании коэффициента структурности (Ктр), представляющего собой отношение агрономически ценных агрегатов к сумме агрегатов > 10 и < 0,25 мм, выявлено, что самое неблагоприятное структурное состояние имеют пахотные горизонты агрозема текстурно-дифференцированного реградированного и агроабраземареградированного под 50-летней залежью (Кстр = 0,9 и 1,1 соответственно), что обусловлено повышенным содержанием фракции >10 мм.

Таблица 2. Структурно-агрегатный состав гумусовых горизонтов исследуемых почв

Из представленных вариантов наименьшим содержанием фракции > 10 мм и самым большим содержанием пылеватой (< 0,25 мм) обладает гумусовый горизонт агродерново-подзолистой реградированной почвы (точка IV). Обесструктуривание горизонта обусловлено общей дегумификацией (содержание Сорг - 1,16 %) и более легким гранулометрическим составом по сравнению с естественными аналогами (см. табл. 2).

Среди постагрогенных почв наибольшее содержание агрономически ценных агрегатов (сумма 0,25-10 мм) обнаружено в гумусовом горизонте агрозема текстурно-дифференцированного постагрогенного на залежи 150-летнего возраста (точка II). Его структурное состояние близко к естественному аналогу (фон 1), что позволяет отнести данную почву к постагрогенной стадии и обозначить бывший пахотный горизонт как серогумусовый (ЛУ) со следами былой вспашки (индекс «ра») (см. рис. 3).

Центральное место в изучении хронорядовпостагрогенных почв традиционно отводится анализу изменений органического вещества [12]. При этом особое внимание уделяется процессам его стабилизации. Физическая стабилизация органического вещества заключается в формировании агрономически ценных водопрочных агрегатов, а химическая - в процессе гумификации, сопровождающегося образованием специфических гумусовых веществ, находящихся в свободном или связанном с минеральной матрицей состоянии.

Серогумусовый горизонт естественной дерново-буро-подзолистой почвы (фон 1) отличается накоплением органического вещества в условиях кислой и слабокислой реакции (табл. 3) при насыщенности основаниями 45,6%. Верхняя часть гумусового горизонта, находящаяся непосредственно под лесной подстилкой, содержит значительную часть слаборазложившихся растительных остатков, за счет чего общее количество углерода (Сорг) в ней составляет 6,9 %. При этом минеральная часть подстилки содержит 9,0 % Сорг. Такая же зависимость обнаружена и в дерново-подбуре (фон 2), где минеральная часть подстилки содержит 9,78 % Сорг (см. табл. 3).

Таблица 3. Некоторые химические свойства исследуемых почв

За счет повышенного содержания грубого органического материала доля нерастворимого остатка в гумусовых горизонтах естественных почв превышает 70 % от Сорг. Органическое вещество серогумусовых горизонтов исследованных естественных почв имеет фульватно-гуматный состав и отличается высокой степенью гумификации.

В результате распашки маломощные, не превышающие 10 см, гумусовые и грубогумусированные горизонты дерново-подбуров и дерново-буроподзолистых почв частично смешиваются с элювиальными и иллювиальными горизонтами, образуя агрогенный горизонт, отличающийся более низким содержанием общего углерода и азота. При этом на уровне группового состава гумуса показатели, характеризующие процессы гумификации и качество гумуса в залежных почвах (в горизонтах Р) (соотношение Сгк :Cфк), близки соответствующим показателям гумусовых горизонтов целинных почв (AY) (см. табл. 3). По мере зарастания залежей лесом происходит восстановление гумусового состояния верхней части бывших пахотных горизонтов (W). Наиболее ярко это проявляется при уже сформированной лесной подстилке (точки II, III, IV), где содержания общего азота и углерода в верхнем пятисантиметровом слое практически соответствуют таковым в гумусовых горизонтах естественных почв.

В вариантах с агроземом альфегумусовым реградированным и агроабраземом реградированным (точки VI и VII) также отмечаются положительные изменения гумусного состояния, выражающиеся в повышении содержания общего азота и углерода, а также увеличении доли гуминовых кислот в групповом составе гумуса. При этом некоторое отставание в скорости динамических изменений в данных вариантах связано с последствиями выгорания молодого березово-соснового подроста и новообразованных лесных подстилок на стадии зарастающей залежи 25 лет назад (см. табл. 1).

Выводы

1. Распашка дерново-подбуров и дерново-буро-подзолистых почв вызывает преобразование генетических горизонтов верхней части почвенного профиля в пахотный горизонт за счет механической гомогенизации. Из-за малой мощности большинства почв происходит существенное «упрощение» морфологического строения почвенных профилей (формирование агроземов светлых с профилем Р-С) и снижение разнообразия почв на исследуемой территории.

2. Последствия агрогенеза выражаются в изменениях физико-химических свойств пахотных горизонтов исследованных агрозе-мов: ухудшении структурного состояния, снижении общего содержания углерода и азота, изменении реакции среды, облегчении гранулометрического состава за счет припахивания элювиальных горизонтов.

3. С прекращением агрогенного воздействия происходит разуплотнение и переоструктуривание почвенной массы бывших пахотных горизонтов, сопровождающееся формированием дернового горизонта в их верхней части. На стадии 50-60-летней залежи граница старопахотного горизонта местами утрачивает ровный характер, отчетливо проявляется горизонт сформированной лесной подстилки, однако нижняя часть агрогоризонта сохраняет признаки агрогенеза.

4. По мере зарастания залежей лесом восстанавливается гумусное состояние верхней части профиля бывших пахотных горизонтов. Отмечается физическая и химическая стабилизация органического вещества. На уровне группового состава гумуса показатели, характеризующие его качество и процессы гумификации в залежных почвах, близки соответствующим показателям гумусовых горизонтов целинных почв. При относительно длительном естественном восстановлении (100-150 лет) структурное состояние гумусовых горизонтов агроземов текстурно-дифференцированных постагрогенных, содержание в них общего углерода и азота становится близко к естественным аналогам.

Список литературы

1. Аринушкина Е. В. Руководство по химическому анализу почв / Е. В. Аринушкина. - М. : Изд-во Моск. ун-та, 1970. - 487 с.

2. Атутова Ж. В. Современные ландшафты юга Восточной Сибири / Ж. В. Атутова. - Новосибирск : Акад. изд-во «Гео», 2013. - 125 с.

3. Баженова О. И. Динамика процессов деградации почв в бассейне Селенги в земледельческий период / О. И. Баженова, Д. В. Кобылкин // География и природ.ресурсы. - 2013. - № 3. - С. 33-40.

4. Бешенцев А. Н. Геоинформационная оценка природопользования / А. Н. Бешенцев. - Улан-Удэ : Изд-во бНц СО РАН, 2008. - 119 с.

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

6. Выркин В. Б. Современное экзогенное рельефообразование котловин байкальского типа / В. Б. Выркин. - Иркутск : Изд-во ИГ СО РАН, 1998. - 175 с.

7. Замолодчиков Д. Г. Леса и сельскохозяйственные земли России в аспекте климатических изменений: тенденции развития и потенциал климатических акций / Д. Г. Замолодчиков // Лидеры в области окружающей среды и развития : материалы семинара. - М., 2005. - С. 1-25.

8. Картушин В. А. Агроклиматические ресурсы юга Восточной Сибири / В. А. Картушин. - Иркутск : Вост.-Сиб. кн. изд-во, 1969. - 100 с.

9. Классификация и диагностика почв России / Л. Л. Шишов, В. Д. Тонконогов, И. И. Лебедева, М. И. Герасимова. - Смоленск : Ойкумена, 2004. - 342 с.

10. Кононова М. М. Органическое вещество почвы, его природа, свойства и методы изучения / М. М. Кононова. - Изд-во АН СССР, 1963. - 315 с.

11. Ларин С. И. Основные этапы освоения ландшафтов Тункинских котловин / С. И. Ларин // Ист.-геогр. исслед. Южной Сибири. - Иркутск, 1991. - С. 70-85.

12. Динамика сельскохозяйственных земель в России в ХХ веке и постагро- генное восстановление растительности и почв / Д. И. Люри, С. В. Горячкин, Н. А. Караваева, Е. А. Данисенко, Т. Г. Нефедова. - М. : ГЕОС, 2010. - 416 с.

13. Намжилова Л. Г. Эволюция аграрного природопользования в Забайкалье / Л. Г. Намжилова, А. К. Тулохонов. - Новосибирск : Изд-во СО РАН, НИЦ ОИГГМ, 2000. - 200 с.

14. Почвообразовательные процессы / ред. М. С. Симакова, В. Д. Тонконогов. - М. :Почвен. ин-т им. В. В. Докучаева, 2006. - 510 с.

15. Сельское хозяйство России. - М. : Госкомстат, 1995. - 362 с.

16. Сельское хозяйство России. - М. : Госкомстат, 2000. - 412 с.

17. Сельское хозяйство России. - М. : Госкомстат, 2002. - 500 с.

18. Сельское хозяйство России. - М. : Госкомстат, 2004. - 496 с.

19. Серова Е. В. Рынок сельскохозяйственной земли / Е. В. Серова, Н. Шагайда // Обзор экон. политики России за 2003 г. - М. : ТЕИС, 2004. - С. 271-288.

20. Сорокина Н. П. Оценка постагрогенной трансформации дерново-подзолистых почв: картографическое и аналитическое обоснование / Н. П. Сорокина, Д. Н. Козлов, И. В. Кузнецова // Почвоведение. - 2013. - № 10. - С. 1193-1206.

21. Справочник по климату СССР. Метеорологические данные за отдельные годы. Вып. 22. Иркутская область и юго-западная часть Бурятской АССР. Ч. 2. Атмосферные осадки. - Иркутск, 1975. - 322 с.

22. Тунка (топокарта масштаба 1:84 000 верст). - Управление Иркутского переселенческого района, 1914.

Размещено на Allbest.ru