Оценка пространственной динамики показателей кислотно-основного состояния почв Центрального Лесного Государственного Биосферного заповедника в связи с задачами экомониторинга

ОЦЕНКА ПространственнОЙ динамикИ показателей кислотно-основного состояния почв Центрального лесного государственного биосферного заповедника В СВЯЗИ С ЗАДАЧАМИ ЭКОМОНИТОРИНГА

В современную эпоху широкого распространения различных видов деградации почв, исследование временного и пространственного варьирования показателей кислотно-основного состояния почв является необходимым звеном при организации почвенно-химического мониторинга. Выбор системы показателей, которая наилучшим образом отвечала бы задачам мониторинга кислотно-основного состояния почв, представляет собой сложную задачу. Трудности в выборе показателей мониторинга кислотно-основных свойств почв связаны с рядом причин, в том числе и с природой самих показателей [1]. Например, такой широко распространенный показатель как рН, не всегда отчетливо изменяется при воздействии на почву кислотных выпадений в силу буферности почв.

Серьезную проблему в выборе показателей и составлении программ экологического мониторинга почв представляет пространственное и временное варьирование значений большинства показателей. В существующих руководствах по почвенному мониторингу к решению этого вопроса нет единого подхода. Например, в программе [2], предназначенной для фоновых исследований, в каждый срок наблюдений рекомендуется отбирать с заранее выбранных экспериментальных площадок размером 20×20 или 40×40м по 2−6 смешанных образцов, каждый из которых представляет собой смесь из 10−20 индивидуальных образцов. Выход за пределы этих площадок может повлечь за собой увеличение коэффициентов пространственного варьирования показателей [3]. Из выше сказанного следует, что оценка варьирования и выявление факторов динамики показателей представляет собой весьма актуальную задачу.

В данной работе использовалась программа, разработанная специалистами Скандинавских стран [2]. Объектами исследования служат развивающиеся под покровом ельника-черничника белои палевоподзолистые почвы фоновых территорий Центрального Лесного Государственного Биосферного заповедника (ЦЛГБЗ). Оценивали варьирование следующих показателей: pH и pCa водных суспензий, обменной кислотности по Соколову, гидролитической кислотности по Каппену, содержания обменных оснований. Получены следующие результаты.

Из таблиц 1 и данных [2] видно, что значения рН и рСа водных суспензий и рН-КС1 характеризуются низкими коэффициентами варьирования, что связано с логарифмическим масштабом показателей. Коэффициент варьирования рН, рСа составил 2−11%, 1,2−15%, соответственно. Многие другие почвенно-химические свойства характеризуются коэффициентами вариации, достигающими несколько десятков и сотен процентов. Аналогичные величины коэффициентов вариации пространственного варьирования значений рН-Н₂О и рН-КС1 в верхних горизонтах суглинистых почв под лесной растительностью приводят [1,4], а для горизонта А2 пахотный суглинистой подзолистой почвы под пашней — [5]. Несколько меньше варьирование рН водной и солевой суспензий свойственно почвам порядка сподосолов 2−3% [6] и верхним органогенным горизонтам почв г. Магнитогорска 2−3% [3].

Одним из факторов, определяющих пространственное варьирование значений рН-Н₂О и рН-КС1 верхних почвенных горизонтов в пределах даже небольших площадок на территории ЦЛГБЗ являются условия дренажа [7,8]. Органогенные горизонты белоподзолистых почв под ельниками сфагново-черничниковыми, формирующихся в условиях затрудненного дренажа, характеризуется более кислой реакцией, чем органогенные горизонты лучше дренированных палевоподзолистых почв, развивающихся под ельниками-кисличниками (табл.2 и 3).

Указанная закономерность согласуется с выводами [9] о том, что в условиях затрудненного дренажа разложение растительных остатков происходит с образованием большого количества низкомолекулярных кислот (НКК) типа щавелевой и лимонной. Щавелевая кислота является наиболее сильной из перечня, указанного [9]. Именно с ее присутствием могут быть связаны низкие значения рН суспензий.

В подзолистых почвах под ельниками верхние горизонты являются более кислыми, чем в почвах под другими типами леса, что [4] объясняет образованием более сильных нелетучих органических кислот из продуктов разложения елового опада, выделением ионов водорода корнями ели и других растений, а также различными грибами (в том числе и микроскопическими), бактериями и актиномицетами. Согласно данным [4] значения рН верхних горизонтов лесных и городских почв могут изменяться в соответствии с парцеллярным строением лесных биогеоценозов, а также в зависимости от расстояния от стволов деревьев даже в пределах парцелл с однородным флористическим составом.

Наибольшую кислотность верхних органогенных горизонтов приствольных участков лесных почв Германии по сравнению с верхними органогенными горизонтами участков между деревьями автор [10] объясняет подкисляющим действием на почвы лесных экосистем Германии просачивающихся через кроны и стекающих по стволам деревьев осадков. Подкисление верхних горизонтов приствольных участков [1;4;7] связывают также с особенностями распределения корневой системы ели и пространственным распределением отдельных групп микроорганизмов.

Из данных авторов [1] видно, что для белоподзолистой и палевоподзолистой почв наблюдается единая закономерность: верхние три горизонта почв приствольных участков кислее таких же горизонтов, расположенных на участках между деревьями, что объясняется подкисляющим действием просачивающихся через кроны и стекающих по стволам деревьев атмосферных осадков.

В подзолистых горизонтах обеих разновидностей почв закономерность становится обратной: горизонты приствольного участка характеризуются наименьшей кислотностью по сравнению с подзолистыми горизонтами, расположенных на участках между деревьями. Однако такие различия лежат в пределах пространственного варьирования показателя.

В зависимости от удаленности от стволов деревьев изменяются не только индивидуальные значения рН-Н₂О, но и значения коэффициента пространственного варьирования показателя, что также согласуется с литературными данными [4,7 ]. Из таблицы 1 следует, что коэффициенты пространственного варьирования рСа увеличиваются по мере удаления от стволов деревьев. Эта закономерность наблюдается во всех горизонтах белоподзолистой почвы и во многих горизонтах палевоподзолистой почвы. Количество водорастворимого кальция в горизонтах почв приствольных участков больше по сравнению с участками между деревьями, что также объясняется действием осадков, просачивающихся через кроны и стекающих по стволам деревьев, и в результате этого обогащающихся водорастворимым кальцием.

В горизонтах Н и А2ih различий в индивидуальных значениях рСа приствольных участков и участков, расположенных между деревьями, не наблюдается. Горизонты палевоподзолистой почвы в большей степени обогащены водорастворимым кальцием по сравнению с горизонтами белоподзолистой почвы (табл.2 и 3). Подобные отличия белоподзолистой почвы или палевоподзолистой почвы, очевидно, связанны с тем, что белоподзолистые почвы формируются в условиях затрудненного дренажа, что ведет к активному выносу водорастворимого кальция из подзолистого горизонта.

Обогащенность водорастворимым кальцием подстилок почв объясняется присутствием в этих горизонтах легкорастворимых солей кальция, что возможно, связано с обогащением растительного опада легкорастворимыми солями кальция, откладывающимися в клетках растений в процессе их жизнедеятельности. Изменения коэффициентов пространственного варьирования содержания водорастворимого кальция вниз по профилю исследованных подзолистых почв ЦЛГБЗ не наблюдается.

Из таблиц 2 и 3 видно, что обменная форма почвенной кислотности и содержание обменных оснований (Са, Мg) в подзолистых почвах ЦЛГБЗ характеризуется высокими коэффициентами пространственного варьирования. Коэффициент пространственного варьирования обменного кальция составил 33−95%, обменного магния — 15−115%, обменной кислотности — 29-%, что хорошо согласуется с литературными данными [4−10].

Наиболее высоким содержанием обменных оснований отличаются органогенные горизонты палевоподзолистой почвы, наименьшим-подзолистый горизонт белоподзолистой почвы. Подзолистые горизонты палевоподзолистой почвы содержат больше обменных оснований по сравнению с подзолистым горизонтом белоподзолистой, что, очевидно, связанно с разной степенью оподзоленности этих двух разновидностей подзолистых почв. растительный лесной почвенный кислотность Основными факторами пространственного варьирования исследованных показателей кислотно-основного состояния лесных почв фоновых территорий ЦЛГБЗ являются пестрота растительного покрова и расстояние от стволов деревьев.

Варьирование значений рН-Н₂О, рН-КСL и рСа — Н₂О развивающихся под покровом ельника-черничника белои палевоподзолистых почв Центрального Лесного Государственного Биосферного заповедника почвах характеризуются низкими коэффициентами варьирования 3−15%, что согласуется с литературными данными и объясняется логарифмическим масштабом показателей. Динамика величин обменных оснований, а также гидролитической и обменной форм почвенной кислотности — высокими коэффициентами варьирования (95−115%). Основными факторами пространственной динамики исследуемых показателей кислотно-основного состояния лесных почв фоновых территорий служат пестрота растительного покрова и удаленность от стволов деревьев.

• 1. Соколова Т. А., Дронова Т. Я., Коробова Н. Л. О варьировании некоторых показателей кислотно-основного состояния подзолистых почв в связи с задачами почвенно-химического мониторинга — В сб.: Проблема экологического мониторинга и моделирования экосистем. — Санкт-Петербург: Гидрометеоиздат, 1992.
• 2. Field and laboratory manual International co-operative programme on integrated monitoring/ prepared by the Programme Nat. Board of Centre EDC Waters and Environment. — Findland, 1989
• 3. Коробова Н. Л. Целесообразность использования различных показателей и площадей пробоотбора разного размера в целях мониторинга кислотно-основного состояния почв в условиях промышленных городов. — В сб.:Автоматизация технологических и производственных процессов в металлургии — Магнитогорск: МГТУ, 2001.
• 4. Холопова Л. Б. Динамика свойств почв в лесах Подмосковья — М., 1981.
• 5. Ковалева Е. Л. Длинамика пространственной изменчивости лабильных свойств дерново-подзолистой почвы. — Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд.биол. наук. — М.: МГУ, 1990.
• 6. David M.D. et al Spodosol variability and assesment of irsponse to acidic deposition. ||- Soil Sci.Soc. Am.J., 1990, v.54,N 2/
• 7. Карпачевский Л. О. Пестрота почвенного покрова в лесном биогеоценозе.-М.:МГУ, 1978.
• 8. Строганова М. Н., Скрябина О. И., Шоба В. Н. Структура почвенного покрова Центрального Лесного Государственного Биосферного заповедника. — М.:, 1979.
• 9. Кауричев И. С., Ноздрунова Е. М. О миграции и качественном составе воднорастворимого органического вещества в почвах лесолуговой зоны // Изв. ТСХА, Почвоведение, агрохимия, 1962, т.5,№ 48//
• 10. Ulrich B. Natural and anthropogenic components of soil asidificftion. — Z. Pflanzenern, Bodenkunde, 1986, v/149.