Оценка свойств серых почв при восстановлении леса на залежных землях лесостепной зоны

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

03.02.13 - почвоведение

ОЦЕНКА СВОЙСТВ СЕРЫХ ПОЧВ ПРИ ВОССТАНОВЛЕНИИ ЛЕСА НА ЗАЛЕЖНЫХ ЗЕМЛЯХ ЛЕСОСТЕПНОЙ ЗОНЫ

Токавчук Владимир Владимирович

Красноярск - 2011

Работа выполнена на кафедре почвоведения и агрохимии ФГОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет»

Научный руководитель доктор биологических наук,

профессор Сорокина Ольга Анатольевна

Официальные оппоненты: доктор биологических наук,

профессор Шугалей Людмила Степановна

кандидат биологических наук,

доцент Ерохина Нина Леонидовна

Ведущее учреждение ФГОУ ВПО «Новосибирский государственный аграрный университет»

Защита диссертации состоится «06» апреля 2011 г. в «10» часов на заседании диссертационного совета Д 220.037.01 при ФГОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет» по адресу: 660049, г. Красноярск, пр. Мира, 90

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет»

Автореферат разослан «02» марта 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат биологических наук Ю.П. Ковалева

1. Общая характеристика работы

Актуальность. При выводе сельскохозяйственных территорий из использования на месте агроценозов возникают постагрогенные фитоценозы, характеризующиеся совершенно другим составом и структурой растительности. Постагрогенные сукцессии не могут не отражаться на динамике морфологии, физических, химических и микробиологических свойств почв. Выведение почв из сельскохозяйственного использования, несмотря на дефицит земельных ресурсов, считается общемировой тенденцией землепользования. Следствием этого является кардинальное изменение закономерностей формирования и функционирования почв, что в свою очередь приводит их к эволюции и существенному изменению экологических функций. Познание этих закономерностей актуально, а результаты изучения происходящих процессов имеют несомненное фундаментальное и прикладное значение. В условиях Сибири этот вопрос до сих пор остается малоизученным.

Цель работы - оценить влияние восстанавливающегося леса на свойства серых почв залежей в лесостепной зоне Красноярского края.

Основные задачи:

1) дать морфо-генетическую характеристику серых почв сравниваемых парных участков: разнотравно-злаковая залежь - зарастающая лесом залежь, расположенных в Ачинско-Боготольской и Красноярской лесостепи;

2) оценить агрохимические, микробиологические, физические свойства серых почв сопоставляемых залежей в районах исследования;

3) изучить динамику мобильных показателей плодородия почв (влажность, актуальная кислотность, аммонийный азот);

4) установить влияние восстанавливающегося леса на агрохимические свойства верхней толщи почвы 0-20см и дифференцированно по слоям 0-10 и 10-20см;

5) определить продуктивность травянистой фитомассы исследуемых залежных участков;

6) установить влияние восстанавливающегося леса на плодородие серых почв залежей по коэффициентам пространственного варьирования и достоверности различий основных свойств.

Защищаемые положения:

1) под влиянием восстанавливающегося на разнотравно-злаковых залежах леса в серых почвах достоверно уменьшается содержание гумуса и общего азота, увеличиваются отношение С:N и все формы кислотности, а также снижаются насыщенность основаниями и содержание элементов питания. Более значимое воздействие леса на свойства серых почв залежей обнаруживается в слое 0-10 см по сравнению с глубинами 10-20 и 0-20 см;

2) поселившийся на залежных землях лес выравнивает пространственную пестроту агрохимических свойств почв, оптимизирует структурное состояние, вызывает трансформацию биологических свойств в сторону приобретения «лесных признаков», указывая на ослабление гумусово-аккумулятивного процесса и усиление минерализации;

3) наибольшие различия агрохимических показателей в слоях почвы 0-10 и 10-20 см характерны при возобновлении на залежах соснового леса. Максимальное влияние на изменение агрохимических свойств серых почв залежей в слое 0-20 см оказывает лиственный лес.

Научная новизна. Впервые получены материалы комплексной оценки свойств серых почв чистых и зарастающих лесом разнотравно-злаковых залежей лесостепной зоны Красноярского края. Установлено влияние на свойства почв стадий залежных сукцессий и видов древостоев. Дана статистическая оценка влияния восстанавливающегося леса на агрохимические, физические, микробиологические свойства почв залежей.

Практическая значимость работы заключается в возможности использования показателей плодородия почв залежей при их экономической и агроэкологической оценке с целью возврата в сельскохозяйственный оборот, для расчета материальных затрат при обработке почв, их дальнейшей мелиорации, расчета доз удобрений и прогнозирования урожая. Результаты работы могут быть применены для рационального подхода к использованию этих земель в пашню, кормовые угодья или естественные фитоценозы.

Апробация работы. Материалы диссертации опубликованы в 9 работах, в том числе в 2 изданиях, рекомендованных ВАК РФ. Результаты исследований докладывались и обсуждались на Всероссийской научной конференции «Агроэкологическое состояние и перспективы использования земель России, выбывших из активного сельскохозяйственного оборота» (Москва, 2008), IV Международной научно-практической конференции «Аграрная наука - сельскому хозяйству» (Барнаул, 2009), Всероссийской студенческой научной конференции «Студенческая наука - взгляд в будущее» (Красноярск, 2010). Кроме того, результаты исследований опубликованы в сборнике трудов молодых ученых «Молодые ученые - науке Сибири» (Красноярск, 2008, выпуск №3), журнале «Вестник КрасГАУ» (Красноярск, 2008, выпуск №6), журнале «Экология Южной Сибири и сопредельных территорий» (Абакан, 2009, выпуск №13), журнале «Агрохимический вестник» (Москва, 2010, №3) и др.

почва микробиологический травянистый фитомасса

2. Структура и объем работы

Диссертация изложена на 230 страницах текста, состоит из введения, 6 глав, 10 выводов и 1 приложения. Содержит 44 таблицы и 24 рисунка. Библиографический список включает 171 источник, в том числе 6 зарубежных авторов и 9 электронных ресурсов.

Личный вклад автора состоит в проведении полевых и лабораторных экспериментов, анализе, обобщении материала, статистической обработке и интерпретации полученных результатов.

Благодарности. Автор выражает благодарность доктору биологических наук Сорокиной О.А. за всестороннюю поддержку и методические рекомендации, Рыбаковой А.Н., Кайгародову К.Л. за помощь при проведении лабораторных анализов.

Глава 1. Состояние изученности вопроса

Большинство проведенных исследований касаются трансформации плодородия залежных черноземных почв, в основном европейской части России (Анциферова, 2005; Литвинович и др, 2005), а также Западной Сибири (Коробова, 2006). В Красноярском крае подобные исследования только начинаются. Анализ научной литературы показал, что на комплекс свойств почв оказывает влияние как сам вывод их из сельскохозяйственного оборота, так и сукцессии фитоценозов в стадии залежи (Костычев, 1951; Шенников, 1964; Дохман, 1968; Долотов, 1990; Чмыр, 2002; Анциферова, 2005; Волкова, 2005; Сазонов, 2005; Литвинович, 2005, 2007; Ковалева, 2007; Сорокина, 2008; Владыченский, 2008 и др.).

Глава 2. Объекты и методы исследования

2.1 Физико-географический очерк районов исследования

Исследования проводились в Козульском, Емельяновском и Больше-Муртинском районах Красноярского края. Данные районы относятся к разным природным округам: Козульский район к Ачинско-Боготольской лесостепи, Емельяновский и Больше-Муртинский - к Красноярской лесостепи.

Ачинско-Боготольская лесостепь размещается на юго-восточной окраине Западно-Сибирской низменности. Климат здесь резко континентальный. Эта территория характеризуется благоприятными геоморфологическими условиями. Разнообразные почвообразующие породы создают необходимые предпосылки для развития довольно обширного спектра почвенно-генетических типов: от дерново-подзолистых до лугово-черноземных.

Красноярская лесостепь является одной из «островных» лесостепей южной земледельческой части Красноярского края. Для зоны характерна ярко выраженная континентальность климата. На территории Красноярской лесостепи, западнее и южнее ареала лессовидных пород, господствуют бурые и коричнево-бурые глины. Преобладают черноземы и серые почвы.

2.2 Объекты исследования

Проводилось сравнение свойств серых почв парных участков чистых разнотравно-злаковых залежей и залежей, спонтанно зарастающих молодым лесом различного породного состава. Сравниваемые пары расположены в одинаковых геоморфологических условиях, на близком друг от друга расстоянии. Материнской породой всех почв являются коричнево-бурые глины.

Залежь в Ачинско-Боготольской лесостепи находится под лиственным 8-10 летним лесом в переходной от корневищной к дерновинной стадии сукцессии. Сомкнутость поселившегося леса составляет здесь 0,5 - 0,6. Наиболее существенную роль в проективном покрытии занимают мезофиты, характерные для луговых ценозов. Проективное покрытие для обеих залежей 70-85 %.

В Емельяновском районе (центральная часть Красноярской лесостепи) залежь в переходной от корневищной к дерновинной стадии сукцессии зарастает сосновым молодняком 5-8 летнего возраста. Сомкнутость крон леса составляет 0,5-0,6. Чистая залежь представлена пырейно-разнотравным фитоценозом. Общее проективное покрытие составляет 80%. Большинство трав относится к луговым видам (около 40%).

В Больше-Муртинском районе (северная часть Красноярской лесостепи) на залежи в переходной от бурьянистой к корневищной стадии сукцессии восстанавливается смешанный лес 6-9 летнего возраста. Господствующее положение занимает сорное разнотравье (около 40%). Общее проективное покрытие 55-60 %.

2.3 Методы исследования

Площадь объектов разбивали на десять элементарных участков. С каждого участка отбирался смешанный образец из слоя 0-10 и 10-20см, а также из слоя 0-20см. Определялись следующие показатели общепринятыми методами (гумус, общий азот, С:N, формы кислотности, сумма обменных оснований, степень насыщенности основаниями, аммонийный азот, подвижный фосфор, обменный калий).

На каждой пробной площадке закладывался почвенный разрез для морфо-генетической характеристики.

Определение структурного состояния проводилось методом сухого просеивания по Саввинову. Плотность определяли в металлических цилиндрах с ненарушенным сложением почвы по Качинскому. Отбор образцов почвы проводился из слоя 0-10 и 10-20см в трехкратной повторности.

Для выявления таксономических и эколого-трофических групп микроорганизмов использовали стандартные питательные среды. Эмиссию СО₂ в лабораторных условиях определяли с использованием газового хроматографа ЛХМ-8 (модификация Хром-4) методом субстратиндуцированного дыхания. На основе этого показателя рассчитывали биомассу микроорганизмов (Ананьева, 2003; Anderson, 1978). В этих же образцах почвы определяли ферменты: каталазу, протеазу, уреазу и инвертазу по методическим прописям Ф.К. Хазиева (1990).

В 2007-2008 гг. изучали динамику влажности почвы, актуальной кислотности и содержания аммонийного азота. Отбор образцов почвы из слоев 0-10 и 10-20 см проводили в пятикратной повторности.

Запасы надземной травянистой фитомассы чистых и зарастающих лесом залежей определяли в пятикратной повторности на учетных площадках (0,5м х 0,5м). Учитывалась сырая и воздушно-сухая биологическая масса в два срока (начало июля, начало августа).

Статистическая обработка результатов исследования проводилась в программе Excel. Подсчитывался коэффициент пространственного варьирования (С) и достоверность различий изученных свойств почв по критерию Стьюдента (t).

Глава 3. Общая характеристика серых почв чистых и зарастающих лесом залежей в районах исследования

3.1 Морфологические особенности и строение профилей

По морфологическому описанию изученные почвы имеет следующее строение почвенного профиля: 0 - АYpa - АEl - ВEl - ВТ - ВС - С. Следуя определению Б.Г. Розанова (1975, 1983), профиль изученных почв относится по строению к группе простой, по типу - нормальный.

Установлено, что различия в строении профиля и особенностях морфологических признаков исследуемых почв наблюдаются только в верхней части профиля.

3.2 Гранулометрический состав

По гранулометрическому составу исследуемые почвы характеризуются как тяжелосуглинистые. Содержание физической глины колеблется от 44 % в верхних генетических горизонтах до 69% - в нижних (табл. 1).

При сравнении чистых и зарастающих лесом залежей установлено некоторое увеличение физической глины в верхних горизонтах почв чистых залежей. Более тяжелый гранулометрический состав отмечается в иллювиальных горизонтах почв всех объектов исследования, что указывает на некоторую дифференциацию профиля по гранулометрическому составу. Это характерно для серых лесных почв лесостепной зоны Красноярского края

Гранулометрический состав почв залежей парных объектов показал их генетическое родство, что явилось основой для дальнейших обсуждений и выводов.



3.3 Содержание гумуса и азота

Содержание гумуса в верхних горизонтах почв залежей составляет 3-5%, резко снижаясь с глубиной (табл. 1). Это типичные значения для серых почв лесостепной зоны Красноярского края. Профили почв всех объектов исследования глубоко гумусированы, что свидетельствует как о биогенности профиля, так и о миграции гумусовых веществ. Насыщенность гумуса азотом серых почв залежей низкая, отношение С:N широкое.

3.4 Химические и физико-химические свойства

Серые почвы залежей характеризуются слабокислой и среднекислой реакцией среды. Обменная кислотность составляет в верхних слоях почвы от 4,3 до 5,5 единиц рН. Довольно высокая степень насыщенности основаниями связана с низкими величинами гидролитической кислотности (табл.1).

Содержание подвижных форм железа (двух и трех валентного) существенно увеличивается в горизонтах ВТ и ВС. В почвах зарастающих лесом залежей аккумуляция подвижного железа в этих горизонтах ярче выражена. Почвы чистых залежей отличаются накоплением железа в верхней части профиля (горизонт АYра). Наблюдается элювиально-иллювиальная дифференциация почвенного профиля по подвижному железу, что свидетельствует о процессе оподзоливания.

Глава 4. Оценка влияния леса на свойства серых почв залежей

Основные показатели плодородия серых почв залежей, отобранных по элементарным участкам в слое 0-20см и дифференцированно по слоям 0-10 и 10-20см в десятикратной повторности, представлены в таблицах 2 и 3.

4.1 Гумус и общий азот

Содержание гумуса в почвах объектов исследования колеблется по глубинам отбора от 2,9 до 5.8%. Наибольшее количество гумуса содержится в слое 0-10см почв как чистых, так и зарастающих лесом залежей.

Значительная наземная фитомасса, опад в лесу, наличие корней в этом слое, приводят к формированию больших запасов органических остатков и образованию гумуса.

Обогащенность гумуса азотом в исследуемых серых почвах «низкая» (диапазон отношения С:N от 11 до 14). Исключение составляет слой 10-20см почвы залежи Ачинско-Боготольской лесостепи (Козульский район), где отношение углерода к азоту равно 10,4 и характеризуется как «среднее» (табл. 2). Это связано с развитием более богатого, чем на других залежах, травяного покрова. В целом отношение углерода к азоту в серых почвах залежей, зарастающих лесом, шире, чем в почвах чистых разнотравно-злаковых залежей, особенно в слое 0-10см, что является закономерным.

Таблица 3 - Агрохимические показатели серых почв залежей в слое 0-20 см (ср. из 10 повт.)

Показатели	Районы
	Козульский	Емельяновский	Больше-Муртинский
	залежь
	чистая	зараст. лесом	чистая	зараст. лесом	чистая	зараст. лесом
Гумус, %	4,7	3,5	3,8	3,6	5,0	4,9
N общ., %	0,2	0,2	0,2	0,2	0,3	0,2
С:N	12,1	13,1	14,2	13,3	11,1	12,3
S, м-моль/100 г	18,8	18,2	23,6	22,2	30,2	31,4
рН Н2О	5,8	5,7	6,3	6,1	6,0	6,0
рН КСl	4,8	4,5	5,5	5,0	5,6	5,6
Нг, м-моль/100г	5,2	5,7	2,5	2,9	3,1	3,3
V, %	81,2	75,6	90,5	90,3	90,4	88,4
N-NH4, мг /100 г	5,0	3,7	0,4	0,6	3,0	2,7
Р2О5, мг/кг	91,0	51,0	60,0	39,2	163,6	144,8
К2О, мг/кг	154,2	136,8	171,6	97,2	130,8	143,6

В слое 0-20 см наибольшее количество гумуса обнаружено в Больше-Муртинском районе (5,0 % - чистая залежь, 4,9 % - зарастающая лесом залежь), а наименьшее - в залежных почвах Емельяновского района (3,8 и 3,6%, соответственно). В Козульском районе наблюдаются существенные различия между содержанием гумуса на чистой залежи (4,7 %) и в восстанавливающемся лесу (3,5 %) (табл. 3). Это свидетельствует об ослаблении гумусово-аккумулятивного процесса и усилении минерализации под влиянием поселившегося на залежи леса.

4.2 Реакция серых почв залежей

Для серых почв залежей, зарастающих лесом разного видового состава, во всех районах исследования, обменная и гидролитическая кислотность выше в сравнении с почвами чистых разнотравно-злаковых залежей, особенно в слое 0-10 см. В агрохимических образцах, отобранных из слоя 0-20 см, различия по формам кислотности оказались наибольшими в почвах залежей, зарастающих лиственным и сосновым лесом (табл. 2,3). Установлено максимальное подкисляющее воздействие на почву соснового леса Емельяновского района.

4.3 Поглотительная способность почв

Серые почвы лесостепной зоны Красноярского края характеризуются невысокой суммой обменных оснований, составляющей в разных объектах от 17 до 31 м-моль/100г почвы (табл. 2,3). Самая низкая сумма обменных оснований и степень насыщенности ими отмечена в почве залежей Ачинско-Боготольской лесостепи за счет более высокой величины гидролитической кислотности. Максимальная сумма обменных оснований и степень насыщенности основаниями зафиксирована в серой почве залежей северной части Красноярской лесостепи (Больше-Муртинский район).

При сравнении парных участков чистых и зарастающих лесом залежей установлена повышенная гидролитическая кислотность, пониженная сумма поглощенных оснований и степень насыщенности основаниями в почвах под древостоями, что связано с прижизненным влиянием формирующегося леса.

4.4 Минеральные формы азота

Содержание нитратного азота очень низкое. Нитрификации в серых лесных почвах существенно подавлена из-за ограничивающих гидротермических факторов, повышенной плотности почв, низкой биологической активности.

Количество поглощенного аммония довольно высокое в почвах почти всех объектов исследования. Как правило, в слое 0-10см почв чистых залежей содержание аммонийного азота или выше или такое же по сравнению с нижележащим слоем (табл. 2). В почвах залежей, зарастающих лесом, напротив, в большинстве случаев в слое 10-20см поглощенного аммония больше, чем в слое 0-10см.

4.5 Подвижный фосфор и обменный калий

Содержание подвижного фосфора, как правило, существенно выше в обоих слоях почвы чистых залежей по сравнению с залежами, зарастающими лесом.

Обеспеченность подвижным фосфором выше в верхнем слое (0-10 см) по сравнению с нижележащим (10-20 см). Эта закономерность прослеживается в почвах практически всех парных участков районов исследования.

Наиболее богаты обменным калием серые почвы залежи Ачинско-Боготольской лесостепи. Обеспеченность обменным калием почв залежей Красноярской лесостепи лежит в диапазоне 2-3 классов, т.е. низкой и средней обеспеченности. Как правило, содержание подвижного фосфора и обменного калия в слое 0-20 см выше в почвах залежей, не зарастающих лесом.

4.6 Статистическая оценка изменения свойств серых почв залежей

На всех объектах между чистыми и зарастающими лесом залежами отмечены статистически доказуемые различия по изменению актуальной и обменной кислотности почв со смещением величин рН в более кислую сторону под влиянием леса (табл.4). Это может свидетельствовать об оживлении элювиальных процессов в почвах залежей под лесом.

При восстановлении на залежах леса различного породного состава в ряде случаев достоверно снижается степень насыщенности основаниями почв, а также уменьшается содержание поглощенного аммония, подвижного фосфора и обменного калия. Из 11 изученных агрохимических показателей в образцах, дифференцированных по слоям отбора, достоверные различия между чистыми и зарастающими лесом залежами установлены по 10 показателям (табл. 4).

Таблица 4 - Достоверность различий (t фактич.) агрохимических свойств серых почв чистых и зарастающих лесом залежей (при t теоретич. 2,1)

Показатели	Районы
	Козульский	Емельяновский	Больше-Муртинский
	глубина, см
	0-10	10-20	0-10	10-20	0-10	0-20
Гумус, %	2,9	3,2	1,7	0,5	1,0	0,6
N общ., %	2,4	2,4	1,2	0,6	0,4	1,1
С:N	1,9	2,2	0,5	0,4	0,8	0,9
S, м-моль/100 г	1,1	0,7	0,1	1,9	1,7	0,8
рН Н2О	0,2	0,9	3,8	5,4	2,8	2,6
рН КСl	3,1	0,6	2,6	3,5	5,0	5,5
Нг, м-моль/100г	0,1	0	3,8	3,8	2,1	2,7
V, %	0,7	0,6	0,4	2,1	2,9	4,5
N-NH4, мг /100 г	3,2	0,1	2,8	1,9	0,9	1,1
Р2О5, мг/кг	0	0,3	2,3	5,6	0,9	0,9
К2О, мг/кг	0,6	0,7	2,2	1,5	3,3	1,8

В агрохимических образцах из слоя 0-20 см наибольшее количество достоверных различий свойств почв (7 из 11) зафиксировано в Ачинско-Боготольской лесостепи, где влияние на залежь формирующегося лиственного леса наибольшее. В почвах сравниваемых залежей Красноярской лесостепи в 5 случаях из 11 (Емельяновский район) различия также достоверны, что свидетельствует о существенном влиянии поселившегося соснового леса на свойства серых почв. В Больше-Муртинском районе самый молодой по возрасту смешанный лес оказывает минимальное влияние на агрохимические показатели почвы залежей (табл.5).

Таблица 5 - Достоверность различий (t фактич.) агрохимических свойств серых почв чистых и зарастающих лесом залежей, в слое 0-20см (при t теоретич. 2,1)

Показатели	Районы
	Козульский	Емельяновский	Больше-Муртинский
Гумус, %	6,8	1,2	0,2
N общ., %	8,4	0,2	0,8
С:N	4,5	0,8	0,7
S, м-моль/100 г	0,3	0,9	0,4
рН Н2О	2,4	2,4	0,2
рН КСl	2,3	4,0	0,3
Нг, м-моль/100г	0,6	2,1	0,9
V, %	1,1	0,3	1,7
N-NH4, мг /100 г	2,9	1,0	0,2
Р2О5, мг/кг	2,9	6,1	2,2
К2О, мг/кг	2,0	5,4	1,0

В слое 0-10 см пространственное варьирование агрохимических свойств почв выше, чем в слое 10-20 см, особенно на залежи, не зарастающей лесом, за счет куртинистости и очагового произрастания трав. В слое 10-20 см значения коэффициентов варьирования на чистой залежи и в лесу практически равны (табл. 6).

Отмечено очень низкое и низкое варьирование актуальной и обменной кислотности. Самые высокие коэффициенты пространственной вариации отмечены для поглощенного аммония, общего азота, подвижного фосфора и обменного калия (табл. 7).

На чистой залежи из 66-ти рассчитанных коэффициентов варьирования свойств почв к «высоким» и «повышенным» значениям пространственной неоднородности относятся 64 %, к средним - 9 %, к «незначительным» и «низким» - 27 %. В лесу эти значения, соответственно, составляют 56 %, 9 % и 35 %, что свидетельствует о выравнивающем воздействии леса на показатели плодородия серых почв залежей.

4.7 Биологическая активность почв

4.7.1 Микробиологическая характеристика

Одним из наиболее чувствительных и динамичных показателей процесса почвообразования и меняющихся условий среды является биологическое состояние почвы, которое в значительной степени определяется структурой, динамикой и функциональной деятельностью микробных комплексов.

Таблица 8 - Коэффициенты микробиологической минерализации

Районы	Залежь	Глубина, см.	МПА/ КАА	КАА/ МПА	Пм	Олиготроф. ПА/ МПА
Козульский	чистая	0-10	1,2	0,8	41,7	0,9
		10-20	1,2	0,8	15,7	1,0
	зараст. лесом	0-10	0,9	1,1	20,3	1,8
		10-20	1,1	0,9	11,2	1,4
Емельяновский	чистая	0-10	1,1	0,9	42,6	0,8
		10-20	0,9	1,0	17,2	0,8
	зараст. лесом	0-10	0,7	1,4	21,3	1,5
		10-20	0,9	1,0	12,8	1,4
Больше-Муртинский	чистая	0-10	1,3	0,8	33,9	0,8
		10-20	1,4	0,7	17,0	0,8
	зараст. лесом	0-10	0,8	1,2	14,7	1,5
		10-20	1,1	0,9	11,6	1,3

В почвах чистых залежей абсолютная численность аммонифицирующих микроорганизмов выше по сравнению с почвами под лесом, что говорит об интенсивном накоплении субстрата в виде органических азотсодержащих соединений, особенно в слое 0-10см. Отмечены четкие различия по численности микромицетов, указывающие на существенное увеличение их доли в почвах под лесом (табл. 8). Резкое возрастание микроскопических грибов и уменьшение активности актиномицетов в почвах залежей под лесом свидетельствует о приобретении почвами «лесных признаков». Не выявлены существенные различия величин коэффициентов микробиологической минерализации в почвах сравниваемых пар залежей разных районов исследования.

4.7.2 Ферментативная активность почв

В почвах Красноярской лесостепи активность каталазы выше в слое почвы 0-10см, где лучше доступ кислорода, чем в нижележащем слое. Для почв залежей, зарастающих лесом, в этих районах значения активности каталазы почти равны на обеих глубинах.

Таблица 9 - Ферментативная активность почв

Залежь	Глубина, см	Каталаза 1	Уреаза 2	Протеаза 3	Инвертаза 4
Козульский район
Чистая	0-10	0,05	3,30	0,14	1,53
	10-20	0,11	2,43	0,12	1,10
Зараст. лесом	0-10	0,13	1,31	0,17	1,55
	10-20	0,05	0,97	0,21	0,96
Емельяновский район
Чистая	0-10	0,15	3,26	0,14	1,49
	10-20	0,05	1,35	0,11	1,45
Зараст. лесом	0-10	0,15	0,53	0,20	0,51
	10-20	0,15	2,53	0,11	0,92
Больше-Муртинский район
Чистая	0-10	0,18	2,55	0,10	1,79
	10-20	0,13	1,07	0,11	1,10
Зараст. лесом	0-10	0,15	0,56	0,19	1,33
	10-20	0,14	0,81	0,11	1,09

¹ - в мл. 0,1-н КМnО₄ за 20 минут; ² - в мг. аммонийного азота за 24 часа; ³ - в мг. аминного азота за 24 часа; ⁴ - в мг. инвертного сахара за 24 часа.

Достаточно хорошую аэрацию и активизацию деятельности фермента обеспечивает развивающаяся корневая система молодых деревьев. На чистой залежи Ачинско-Боготольской лесостепи в слое почвы 0-10см отмечена самая низкая активность фермента за счет повышенной кислотности почвы.

Установлена высокая активность протеазы на залежах, зарастающих лесом, и низкая - на чистых залежах. Протеаза заметно активнее в верхнем слое (0-10 см) в почвах под лесом, за исключением Козульского района. На чистой залежи изменение активности фермента выражено не столь резко (табл. 9).

Установлена минимальная активность уреазы в почвах залежей, зарастающих лесом, по сравнению с чистыми залежами. Получены более высокие значения активности инвертазы на почвах чистых залежей, чем под возобновляющимся лесом.

4.8 Физические свойства

Структурное состояние серых залежных почв Ачинско-Боготольской лесостепи характеризуется как хорошее. Здесь наибольшее количество АЦФ (агрономически ценных фракций) имеют почвы залежи под восстанавливающимся лесом на глубине 0-10см, что является следствием воздействия на почву корневой системы древесных растений и обильной микоризы. Почва чистой залежи Красноярской лесостепи характеризуется хорошим структурным состоянием, а зарастающей лесом - отличным, что свидетельствует об улучшении структурного состояния почв под влиянием соснового молодняка (Емельяновский район). В Больше-Муртинском районе по количеству АЦФ в почвах не отмечено различий между чистой и зарастающей лесом залежью.

На всех объектах не установлено изменение плотности сложения почв, как по глубине, так и между чистой и зарастающей лесом залежью. В целом плотность сложения серых почв залежей лесостепной зоны повышенная (от 1,1 до 1,5 г/см³).

Глава 5. Динамика свойств почв залежей

5.1 Динамика влажности почв

Влияние леса на содержание влаги в почвах залежей не отмечено в 1-ый срок отбора (начало июня). Достоверные различия по содержанию влаги между сравниваемыми объектами имеются во 2-ой (начала июля) и 3-ий сроки (начала августа), указывая на большее иссушение почвы под лесом.

5.2 Динамика аммонийного азота

На содержание аммонийного азота статистически доказуемое влияние леса установлено во второй срок отбора - в начале июля.



Установлены достоверные отличия, свидетельствующие в большинстве случаев, об уменьшении аммонийного азота в почве под лесом, связанном с интенсивным его потреблением Минимальное влияние восстанавливающегося леса на этот показатель отмечается в третий срок отбора (рис. 1). Общее количество достоверных различий по содержанию аммонийного азота во все сроки отбора между сравниваемыми парами относительно небольшое - 6 из 18 рассчитанных.

Наибольшая дифференциация верхней толщи почвы по содержанию аммонийного азота отмечена в почве залежи под сосновым лесом в Емельяновском районе, указывающая на более высокое содержание его в течение вегетации в слое 0-10 см.

5.3 Динамика актуальной кислотности

В течение вегетации актуальная кислотность существенно выше в почвах залежей, зарастающих лиственным лесом в Козульском районе и сосновым лесом в Емельяновском районе. Наибольшее влияние леса на уменьшение величины рН_водн и подкисление почвы проявляется в третий срок отбора - в начале августа (4 достоверных различия), что связано с поступлением свежего опада.

В первый срок взятия образцов почвы (конец мая), увеличение актуальной кислотности наблюдаются только на залежи Емельяновского района, где возобновляется сосновый лес, характеризующийся более кислым опадом.

Глава 6. Фитомасса чистых и зарастающих лесом залежей

Продуктивность травянистой фитомассы изучаемых залежей сравнивали с продуктивностью лугово-степной зоны. По данным Л.Е. Родина, Н.И. Базилевича (1987) и А.А. Титляновой (2000) разнотравно-злаковые залежи районов исследования характеризуются как луговые степи, продуктивность которых составляет от 10 до 22 т/га сырой массы и от 2,3 до 6,3 т/га воздушно-сухой массы. Согласно данным П.П. Второва и Н.Н. Дроздова (1979), А.А. Титляновой (2000) чистые и зарастающие лесом залежи лесостепной зоны Красноярского края по продуктивности надземной фитомассы соответствуют естественным фитоценозам (рис. 2).

На залежах, зарастающих лесом в Козульском и Больше-Муртинском районах, где сформировался достаточно плотный более сомкнутый древостой, надземная сырая фитомасса травянистых растений ниже, чем на чистых залежах. В Емельяновском районе в первый срок укоса продуктивность залежи, зарастающей лесом, почти в 2 раза выше, чем чистой залежи (12,4 т/га против 22,3 т/га), что объясняется низкорослостью и большей разреженностью соснового леса.

Выводы

1. При поселении леса на залежах в лесостепной зоне Красноярского края происходит более четкая дифференциация по показателям плодородия верхней толщи серых почв (0-20 см) на два слоя 0-10 и 10-20 см. В большинстве случаев, различия между чистыми и зарастающими лесом залежами по агрохимическим показателям достоверны в слое 0-10 см почвы по сравнению со слоем 10-20 см.

2. Статистически значимые различия почвенно-агрохимических показателей между чистыми и зарастающими лесом залежами установлены по 10 из 11 изученных. Зафиксировано уменьшение содержания гумуса, общего и аммонийного азота, подвижного фосфора и обменного калия, степени насыщенности основаниями, увеличение кислотности серых почв при возобновлении разных видов леса.

3. В 44 % случаев установлены высокие и повышенные коэффициенты пространственного варьирования агрохимических свойств почв для слоя 0-10 см и 41% случаев для слоя 10-20 см. Пространственная неоднородность показателей плодородия существенно ниже в слое 0-20 см. Наиболее варьирующими показателями плодородия являются поглощенный аммоний, общий азот, гумус, подвижный фосфор и обменный калий.

4. Более высокие коэффициенты пространственного варьирования агрохимических свойств почвы отмечены на чистых залежах по сравнению с зарастающими лесом. Поселившийся на залежах лес разного видового состава оказывает выравнивающее воздействие на пространственную пестроту свойств почв.

5. Характерна меньшая численность бактерий и актиномицетов, мобилизующих минеральные формы азота в почвах чистых залежей и увеличение их относительного содержания в почвах под лесом, где активнее протекает микробиологическая минерализация органических соединений. Резкое увеличение численности грибов и снижение актиномицетов в верхнем слое почвы при возобновлении леса на залежах свидетельствует о приобретении ими «лесных признаков».

6. Установлена минимальная активность уреазы и инвертазы в почвах залежей, зарастающих лесом, по сравнению с чистыми залежами. Получены более высокие значения активности протеазы в почвах при зарастании залежей лесом. Ферментативная активность серых почв подтверждает различия в составе, численности и функциях эколого-трофических групп микроорганизмов.

7. Воздействие на серые почвы залежей корневой системы возобновляющегося соснового леса и активно развивающегося мицелия грибов обуславливает отличное структурное состояние почв в Емельяновском районе. Хорошее структурное состояние установлено для почвы обеих залежей Козульского района и чистой залежи Емельяновского района. В Больше-Муртинского районе верхняя толща почвы обеих залежей по структурному состоянию дифференцирована. Установлено хорошее структурное состояние в слое почвы 0-10 см и удовлетворительном - в слое 10-20 см.

8. Возобновляющийся на залежах лес оказывает наибольшее статистически доказуемое влияние на динамику мобильных показателей плодородия серых почв (влажность, содержание N-NH₄, рН_водн) в период активной вегетации растений (начало июля>).

9. Продуктивность травянистой фитомассы изученных залежей не отличается от естественных биоценозов лесостепной зоны. Максимальная продуктивность установлена на всех сравниваемых парах залежей в начале июля. Более высокие запасы воздушно-сухой массы трав зафиксированы на чистых залежах, особенно в переходной от бурьянистой к корневищной стадии сукцессии.

10. Максимальное влияние на показатели плодородия серых почв залежей оказывает восстанавливающийся сосновый лес в центральной части Красноярской лесостепи (Емельяновский район). Меньшее влияние проявляется при поселении смешанного леса в северной части Красноярской лесостепи (Больше-Муртинский район) и наименьшее - под лиственным лесом в Ачинско-Боготольской лесостепи (Козульский район).

Практические рекомендации

· Министерству сельского хозяйства и продовольствия Красноярского края, Агрохимической службе, Россельхознадзору, следует учитывать, что серые почвы залежей лесостепной зоны обладают комплексом агрохимических, биологических и физических показателей, благоприятных для вовлечения их в пашню с целью получения высоких урожаев. Экономически выгодно осваивать под пашню почвы чистых залежей, а интенсивно зарастающие лесом использовать как противоэрозионные лесные массивы.

· Залежные биоценозы районов исследования обладают достаточной продуктивностью для использования их в качестве сенокосов и пастбищ. Содержание влаги в травянистой растительности как чистых, так и зарастающих лесом залежей является благоприятным для заготовки рассыпного сена.

· Агрохимической службе, проводящей мониторинг залежных земель, рекомендуется проводить отбор агрохимических образцов из слоев 0-10 и 10-20см, а не из слоя 0-20см.

· Материалы диссертации рекомендуются для использования в лекционных курсах «Почвоведение» и «Мониторинг плодородия почв» для студентов и магистров высших учебных заведений.

Опубликованные работы по теме диссертации

1. Токавчук В.В. Оценка влияния леса на агрохимические свойства почв залежей лесостепной зоны / В.В. Токавчук, О.А. Сорокина // Вестник КрасГАУ. №6, 2009. - С. 9-17.

2. Сорокина О.А. Изучение серых лесных почв залежей в Красноярском крае / О.А. Сорокина, В.В. Токавчук, Н.В. Фомина // Агрохимический вестник. №3, 2010. - С. 4-8.

3. Токавчук В.В. Некоторые агрохимические показатели почв залежей лесостепной зоны Красноярского края / В.В. Токавчук // Молодые ученые - науке Сибири. - Красноярск, 2008. - Выпуск 3. - С. 31-34.

4. Сорокина О.А. Изменение серых почв залежей под влиянием леса / О.А. Сорокина, В.В. Токавчук // Агроэкологическое состояние и перспективы использования земель России, выбывших из активного сельскохозяйственного оборота. - М., 2008 - С. 367-370.

5. Рыбакова А.Н. Сравнение свойств серых почв чистых и зарастающих лесом залежей / А.Н. Рыбакова, В.В. Токавчук // Экология южной Сибири и сопредельных территорий. - Абакан, 2009. - Выпуск 13. - С. 159-160.

6. Сорокина О.А. Изменение агрохимических свойств серых почв залежей под влиянием леса / О.А. Сорокина, В.В. Токавчук // Аграрная наука - сельскому хозяйству. - Барнаул, 2009 - С. 446-448.

7. Рыбакова А.Н. Показатели биологической активности серых лесных почв залежей / А.Н. Рыбакова, В.В. Токавчук // Студенческая наука - взгляд в будущее. - Красноярск, 2010. - Часть 3. - С. 138-140.

8. Сорокина О.А. Трансформация свойств серых почв зарастающих лесом залежей / О.А. Сорокина, В.В. Токавчук // Закономерности изменения почв при антропогенных воздействиях и регулирование состояния и функционирования почвенного покрова. - М.: 2010.

Размещено на Allbest.ru

...