Труды Мордовского заповедника. Выпуск 1 :. Генезис и лесорастительные свойства почв
Проф. Н.П. Ремезов
Генезис и лесорастительные свойства почв Мордовского государственного заповедника (Продолжение)
Лесная подстилка (А0) по склону воронки имеет мощность 1—3 см, при переходе ко дну воронки изменяет строение и становится торфянистой, а мощность её возрастает до 10 см. Перегнойно-аккумулятивный горизонт (А1) имеет мощность колеблющуюся в верхней части склона от 4 до 10 см, которая в нижней части возрастает до 14 см. Начиная с 25 м от края воронки перегнойно-аккумулятивный горизонт сменяется торфяным слоем, мощность которого в центре воронки доходит до 1 м.
Подзолистый горизонт (А2) имеет значительное развитие, его нижняя граница проходит на глубине 40—50 см от поверхности, часто заходит глубокими языками и карманами в нижележащий горизонт. Начиная с 21 м от бровки воронки, его белесая окраска приобретает сизоватый оттенок, а на 29 м он сливается с глеевым горизонтом.
Иллювиальный горизонт (В). В начале и на большей часта склона это ярко-желтый с буроватым оттенком горизонт, постепенно светлеющий с глубиной; характерно большое количество ортзандовых прослоек. Вниз по склону буроватый тон усиливается до коричнево-бурой окраски на 12 м от края, одновременно возрастает уплотненность. Далее начинает в возрастающем количестве появляться оглеение, разрывающее буро-окрашенный горизонт на отдельные части, и на 14 м от бровки воронки он переходит в иллювиально-глеевый горизонт (Вg).
Иллювиально-глеевый горизонт (Вg) — светло-желтый с сизыми пятнами, начинается с глубины 150 см в верхней части, а по мере движения вниз по склону приближается к поверхности, на 14 м он сливается с вышеописанным иллювиальным горизонтом (В), а на 21 м — с подзолистым (А2).
Глеевый горизонт (G) у бровки воронки был обнаружен бурением на глубине около 3 м, на середине склона — на 1,5 м, а на дне воронки залегает непосредственно под торфяным слоем.
Таким образом, от края воронки по направлению к центру идет из глубины профиля постепенное нарастание оглеения, приводящее к разрушению иллювиального горизонта, а с поверхности — развитие торфяного слоя.
Определение потери от прокаливания (табл. 12) показывает нарастание накопления в почве мертвого органического вещества по мере движения от периферии воронки к её дну. Одновременно происходит существенное возрастание емкости поглощения катионов главным образом за счет резкого повышения величины гидролитической кислотности. Это приводит к резкому падению степени насыщенности почвы основаниями. Активная реакция верхних горизонтов, особенно торфянистых, сильно кислая. Надлежит указать, что близкие данные рН водной и солевой суспензии в заболоченных почвах микрозападин Швеции были найдены Лёнемарком, Викландером и Маттсоном (9).
Таблица 12
Данные химического анализа почв старой провальной воронки (Исследования М.В. Алексеевой)
Примечание: При анализе торфяных горизонтов соотношение почва : раствор было взято в 10 раз больше, чем при анализе почв.
Возникновение провальных карстовых воронок создает значительную комплексность в напочвенном и почвенном покрове. На окружающих воронки участках условия развития растительности и почвообразования изменяются в сторону увеличения сухости, а в самих воронках — в сторону нарастания увлажнения. Последнее обстоятельство приводит к последовательным изменениям в составе растительности напочвенного покрова и развитию почвообразовательного процесса в сторону заболачивания. Можно наметить несколько стадий.
Первая стадия после оседания воронки — развитие злаково-разнотравного покрова, обусловливающего возникновение дернового процесса. Нарастание выраженности перегнойно-аккумулятивного горизонта затрудняет аэрацию, приводит ко второй стадии — образованию зеленомохового покрова и разрастанию брусники. В результате временами создаются анаэробные условия и получают развитие процессы оглеения. Большее выщелачивание почвы на дне воронки приводит к обеднению, основаниями и снижению насыщенности ими поглотительной способности. При глубоком залегании верховодки эта стадия может быть весьма продолжительной. Для третьей стадии характерно развитие покрова из зеленых мхов и черники. На поверхности почвы создается грубоперегнойный горизонт, наблюдается увеличение мощности подзолистого горизонта, усиление процесса оглеения иллювиального горизонта. Образование грубоперегнойного, иногда торфянистого горизонта ещё более ухудшает условия аэрации, приводит к блокированию в нем элементов питания, повышает кислотность. Сказанное приводит к наступлению четвертой стадии — развитию покрова из кукушкина льна. На этой стадии процессы оглеения ещё более усиливаются и приводят к разрыву сплошного иллювиального горизонта на отдельные части. Ещё большее закрепление в органическом веществе нарастающего торфяного горизонта элементов питания растений и возрастание кислотности обусловливает наступление пятой стадии — развитие покрова из сфагновых мхов и образование торфяно-глеевых, а затем — торфяных почв.
Почвы сложных суборей третьей террасы
Совершенно особым строением и свойствами обладают почвы, развитые под сосняками и ельниками липняково-широкотравными на тех же мощных древнеаллювиальных песках третьей террасы. Морфологическое строение этих почв следующее.
На поверхности лежит слабо выраженная лесная подстилка, состоящая из опавших листьев липы и хвои различных стадий разложения. Далее идет перегнойно-аккумулятивный горизонт, имеющий темно-серую с ясным буроватым оттенком окраску. С глубиной окраска постепенно светлеет. По окраске и содержанию перегноя можно выделить два горизонта: верхний, более темный, серый со слабым буроватым оттенком (А1) и нижний, более светлый, но с ясно выраженным буроватым оттенком (А1В1). Окрашенный перегноем горизонт оканчивается на глубине 30—50 см от поверхности. Характерно равномерное пропитывание перегноем, образующим тесное соединение с минеральной частью почвы. Это типичный мягкий перегной.
Подобно большинству песчаных почв, описываемые почвы бесструктурны. Лишь иногда в верхней части можно заметить намечающееся образование небольшого количества мелкокомковатых структурных отдельностей. Весь горизонт пронизан большим количеством тонких корней травянистой растительности, которых особенно много в верхней части. Глубже 20 см располагается слой наибольшего развития корней кустарников. Распределение основной массы корней ограничено описываемым перегнойным горизонтом (А1+А1В1). Ещё далее вглубь проникают единичные корни древесной растительности.
Ниже перегнойного горизонта идет палево-желтый с сероватым оттенком иллювиально-метаморфический горизонт с темно-бурыми или желто-бурыми извилистыми линиями гумусжелезистых ортзандов. Для всего горизонта В характерны неяркие, блеклые тона окраски. Наличие перегнойно-железистых ортзандов указывает на некоторый вынос из верхней части профиля перегноя и полуторных окислов и их накопление в нижней. Ортзандовые прослойки большей частью, немногочисленны и слаборазвиты.
Обращает внимание значительное количество дождевых червей, населяющих эти почвы. Подсчет обнаружил от 100 до 200 тысяч особей на гектар. Распространены главным образом Dendrobaena octaedra (Sav), Eisenia nordens Kioldi (Eis ) (Определения червей сделаны И. И. Малевичем). В почвах подзолистого ряда черви совсем не были встречены.
Таблица 13
Данные механического анализа почв сложных суборей
№ среза
Горизонт
Глубина взятия образца в см
Потеря от обработки в %
Размер частиц в мм и их содержание в %
Сумма частиц 0,01
2-1
1-0,25
0,25-0,05
0,05-0,01
0,01-0,005
0,005-0,001
<0,001
3 У
А1
2-10
0,88
-
16,65
50,79
10,99
5,09
8,76
6,84
20,89
А1
12-20
0,32
0,79
37,92
44,29
7,76
3,12
2,84
2,96
8,92
А1В1
40-50
0,26
0,99
34,02
47,55
6,66
4,43
1,86
4,83
10,52
В2
100-110
0,21
2,50
36,12
57,69
0,74
0,58
0,44
1,72
2,74
В3
140-160
0,18
1,03
32,34
62,61
1,16
0,54
0,38
1,76
2,68
ВС
160-170
0,14
0,18
47,71
47,29
0,93
1,23
1,25
1,27
3,75
75 У
А1
1-9
0,18
-
53,85
30,19
6,83
2,04
2,90
3,71
8,65
А1
10-20
0,37
0,22
56,69
31,88
4,32
1,31
3,17
2,04
6,52
А1В1
30-40
0,24
0,42
60,17
29,45
1,48
1,04
2,72
1,48
5,24
В2
40-50
0,27
0,02
60,69
22,26
12,09
0,82
2,13
1,72
4,67
В3
67-77
0,11
0,10
60,04
35,95
0,96
1,02
0,48
1,34
2,84
ВС
150-160
0,14
-
61,43
35,51
0,65
0,64
0,55
1,08
2,27
Данные механического анализа (табл. 13) показывают, что рассматриваемые почвы, подобно ранее описанным дерново-подзолистым, состоят в основном из песчаных частиц размером 1,00—0,05 мм; в одних разрезах преобладает фракция среднего песка, в других — мелкого. Особенное внимание привлекает обогащенность верхней части профиля частицами физической глины, в том числе частицами ила. В результате сказанного верхние горизонты приближаются к супесям. Обогащение верхней части профиля частицами физической глины — результат почвообразовательного процесса и имеет биогенное происхождение.
Таблица 14
Данные валовых и анализов и оксалатных вытяжек из почв сложных суборей
№ среза
Горизонт
Глубина взятия образца в см
Валовое содержание в % на прокаленную почву
Данные анализа оксалатной вытяжки в %
SiO2
Al2O3
Fe2O3
Al2O3 + Fe2O3
CaO
MgO
Al2O3
Fe2O3
Al2O3 + Fe2O3
3 У
А1
2-10
92,45
4,57
0,82
5,39
1,50
0,28
А1
12-20
95,44
3,16
0,53
3,67
0,35
0,09
В1
40-50
96,39
2,89
0,36
3,25
0,36
0,10
В2
100-110
98,09
1,32
0,29
1,61
0,32
0,07
В2
140-160
98,15
1,43
0,29
1,72
0,30
0,07
ВС
160-170
98,25
1,64
0,37
2,01
0,35
0,12
75 У
А1
1-9
94,83
2,43
0,37
2,81
1,71
0,01
0,63
0,11
0,74
А1
10-20
97,32
2,01
0,37
2,38
0,79
следы
0,54
0,11
0,65
А1В
30-40
97,86
1,25
0,24
1,49
0,64
следы
0,36
0,06
0,42
В1
40-50
97,76
1,88
0,14
2,02
0,34
0,02
0,28
0,04
0,32
В2
67-77
97,86
1,34
0,14
1,48
0,26
0,02
0,12
0,04
0,16
ВС
150-160
96,98
1,84
0,12
1,96
0,28
0,01
0,13
0,05
0,18
Результаты валового анализа описываемых почв (табл. 14) выявили весьма интересный факт накопления полуторных окислов, главным образом глинозема в верхней части почвенного профиля и последующее их убывание с глубиной. Почвы с подобным распределением полуторных окислов по профилю до этого не были описаны в пределах Русской равнины. Валовой анализ обнаружил также заметное накопление в перегнойно-аккумулятивном горизонте кальция, а в одном из разрезов и магния. В целях уточнения описанной закономерности в распределении по профилю полуторных окислов было произведено, определение подвижных гелей в оксалатных вытяжках по методу Тамма. Анализ этих вытяжек также показал накопление в верхней части профиля подвижных форм полуторных окислов главным образом алюминия.
Дальнейшие исследования (табл. 15) показали соотношение N : C = 1 : 9 — 1 : 10, характерное для мягкого перегноя. Следует отметить резкое убывание перед определения обменных оснований обнаружили обогащение верхней части профиля обменным кальцием и магнием, с глубиной их содержание также резко убывает. Обращает внимание высокая степень насыщенности основаниями (95—75%). Активная реакция водной суспензии нейтральная или близкая к нейтральной, реакция солевой суспензии слабокислая. Можно говорить о двух вариантах рассматриваемых почв: более богатых перегноем, азотом, обменными основаниями (разрез № 3 У) и менее богатых (разрез № 75 У).
Обнаруженное химико-аналитическим исследованием образование мягкого перегноя и обогащение верхней части почвенного профиля не только перегноем, азотом, но также полуторными окислами, главным образом глиноземом, валовым и обменным кальцием обусловлено особенностями биологического круговорота в сложных суборях под пологом сосняков (ельников) липняково-широкотравных.
Таблица 15
Данные химического анализа почв сложных суборей
№ разреза
Горизонт
Глубина взятия образца в см
Перегной в %
Азот в %
N:C
Обменные катионы в м-экв. на 100 г почвы
V
Подвижный Al
pH суспензии
Ca
Mg
H гидро-лит.
Сумма
H2O
KCl
3 У
А1
2-10
15,2
1,02
1 : 9
37,3
12,9
3,5
53,7
93
7,0
6,3
А1
12-20
0,89
1,6
1,1
0,5
3,2
84
7,0
5,9
В1
40-50
0,17
0,5
0,4
0,3
1,2
75
7,1
4,9
В2
100-110
0,9
0,4
0,1
1,4
93
7,1
6,4
В3
140-150
1,1
0,5
0,1
1,7
94
7,3
6,6
ВС
160-170
1,3
0,6
0,1
2,0
95
7,2
6,7
75 У
А1
1-9
1,17
0,07
1 : 10
2,9
2,5
0,7
6,1
89
следы
6,4
5,5
А1
10-20
1,17
2,7
1,7
0,4
4,8
92
следы
6,3
5,3
А1В
30-40
0,15
0,5
0,8
0,3
1,6
81
0,1
6,0
5,1
В1
40-50
0,05
1,4
1,7
0,2
3,3
94
нет
7,3
5,2
В2
67-77
0,9
0,8
0,2
1,9
90
следы
6,3
5,9
ВС
150-160
В развитии хвойно-широколиственного леса можно выделить следующие возрастные периоды. В начале мы имеем сомкнутый хвойный древостой с мертвым покровом. К концу второго класса возраста (35—40 лет) происходит, вследствие самоизреживания, осветление древостоя, делающее возможным проникновение под его полог в условиях Мордовского заповедника теневыносливой липы. Начиная с III класса возраста образуются сложные сосновые древостои с подростом из липы, и покровом из дубравного широкотравья. В дальнейшем липа выходит во второй ярус. В перестойных насаждениях сосновый древостой настолько изреживается, что создается липняк с единичными соснами-великанами. В северной части заповедника встречаются вторичные липняки 60—80 лет с единичными соснами 200—300 лет (около 50 штук на га). При вырубке сосны образуются чистые липовые насаждения.
Таблица 16
Содержание азота и зольных элементов в опаде сосняка липнякового и сосняка брусничникового III класса бонитета
Опад
N
Si
Al
Fe
Mn
Ca
Mg
K
S
P
Содержание в % на высушенную массу при 1000массу
Хвоя сосны
0,65
0,11
0,07
0,02
0,11
0,59
0,10
0,15
0,06
0,06
Листва липы
1,56
0,53
0,12
0,03
0,08
1,98
0,27
0,71
0,15
0,17
Содержание в опаде в кг/га
Сосняк брусничн.
22,0
2,5
2,3
0,6
2,1
13,0
2,7
3,5
0,5
0,8
Сосняк липняков.
26,3
5,8
3,2
1,0
1,3
26,0
3,9
8,7
2,7
2,9
Проникновение под полог соснового древостоя липы вносит существенные изменения в течение биологического круговорота элементов. Липа извлекает из почвы значительно большее количество почти всех элементов, чем сосна или ель, поэтому опадающая листва липы в большей мере обогащает поверхностный слой почвы основаниями, в первую очередь кальцием. Из приводимых данных (табл. 16) видно большее содержание в листве липы по сравнению с хвоей сосны азота, кальция, магния, калия и других элементов. Влияние липы на течение биологического круговорота в сосняке липняковом зависит от её количественного участия в строении насаждения; это участие увеличивается с возрастом насаждения. Из приводимых данных (табл. 16) видно, что уже в сосняке липняковом III класса возраста участие липы вдвое повышает поступление с опадом кальция, более чем в два раза — калия и т.д.
Из сказанного следует, что появление под пологом соснового леса липы значительно повышает поступление в почву оснований, а следовательно, обеспечивает более полную нейтрализацию образуемых в процессе минерализации опада кислых продуктов разложения и синтеза. Дальнейшее разрастание яруса из липы способствует ещё большему обогащению верхних слоев почвы основаниями. Приведенные ранее данные определения активно реакции почв сосняков липняковых подтверждают сказанное (табл. 15).
