Изменение карбонатного состояния пахотных и залежных почв юга лесостепной зоны Среднерусской возвышенности (заповедный участок «Лес-на-Ворскле»)

Главная

Статья в Elpub

РУС ENG

Вестник Томского государственного университета. Биология. 2018; : 6-26

Изменение карбонатного состояния пахотных и залежных почв юга лесостепной зоны Среднерусской возвышенности (заповедный участок «Лес-на-Ворскле»)

Булышева А. М., Хохлова О. С., Русаков А. В., Мякшина Т. Н.

https://doi.org/ 10.17223/19988591/41/1

Аннотация

Изучены свойства почв пашни и залежей в сравнении с целинными серыми почвами с акцентом на изменение их карбонатного состояния на примере заповедника «Белогорье», расположенного в лесостепной зоне ВосточноЕвропейской равнины. Проанализированы морфологические характеристики, физические и химические свойства почв, проведено радиоуглеродное датирование карбонатов на верхней границе их обнаружения. Показано, что пахотная почва отличается от целинной наличием уплотнения, появлением специфической слоистой микроструктуры, обогащением илистой фракцией пахотного горизонта, изменением кутанного комплекса, смещением следов деятельности почвенной фауны вниз по профилю, меньшей глубиной залегания карбонатов и их существенно более древним '⁴С-возрастом. После 40 лет нахождения почв в состоянии залежи происходит разуплотнение пахотных горизонтов, постепенное накопление органического углерода в верхней части профиля, выщелачивание педогенных карбонатов по сравнению с пашней. И хотя пока отмечено превышение запасов карбонатов в залежных почвах по сравнению с целинной, выравнивание^'4С-возраста карбонатов в сравниваемых почвах, очевидно, указывает на начавшиеся процессы перекристаллизации карбонатов и их выщелачивание в залежном ряду. Основную роль в изменении свойств почв в состоянии залежи играет характер растительности, влияющий на перераспределение влаги, накопление органического и карбонатного углерода, на плотность и процессы преобразования структуры бывших пахотных горизонтов.

Список литературы

1. Козловский Ф.И, Чаплин В.А. Агродеградация черноземов // Степи Русской равнины: состояние, рационализация аграрного освоения. М. : Наука, 1994. С. 174-191.

2. Ерёмин Д.И. Залежь как средство восстановления содержания и запасов гумуса старопахотных черноземов лесостепной зоны Зауралья // Плодородие. 2014. № 1 (76). С. 24-26.

3. Русанов А.М., Тесля А.В., Саягфарова А.М. Восстановление гумусного состояния степных черноземов под многолетней залежью // Вестник Оренбургского государственного университета. 2011. № 12 (131). С. 132-134.

4. Саблина О.А. Гумусное состояние черноземов сельскохозяйственных угодий Южного Зауралья // Международный научно-исследовательский журнал. 2016. № 11 (53). Часть 2. Ноябрь. С. 138-140. doi: 10.18454/IRJ.2016.53.228

5. Савин И.Ю., Чендев Ю.Г. Изменение во времени содержания гумуса в пахотных лесостепных почвах // Почвоведение. 1994. № 5. С. 88-92.

6. Шпедт А.А., Вергейчик П.В. Оценка скорости восстановления гумусного состояния почв Красноярского края в условиях залежи // Вестник АГАУ 2014. № 6 (116). С. 48-52.

7. Bruun T.B., Elberling B., de Neergaard A., Magid J. Organic carbon dynamics in different soil types after conversion of forest to agriculture // Land Degradation & Development. 2015. Dev. 26 (3). PP. 272-283. doi: 10.1002/ldr.2205

8. Francaviglia R., Benedetti A., Doro L., Madrau S., Ledda L. Influence of land use on soil quality and stratification ratios under agro-silvo- pastoral Mediterranean management systems. // Agriculture, Ecosystems & Environment. 2014. Vol. 183. PP. 86-92. doi: 10.1016/j.agee.2013.10.026

9. Хохлова О.С., Чендев Ю.Г., Мякшина Т.Н., Шишков В.А. Карбонатный пул педогенного углерода при разных типах и длительности использования пашни в Среднерусской лесостепи // Почвоведение. 2013. № 5. С. 583-594. doi: 10.7868/S0032180X13050079

10. Khokhlova O.S., Chendev Yu.G., Myakshina T.N., Alexandrovskiy A.L., Khokhlov A.A. Evolution of Chernozems in the southern forest-steppe of the Central Russian Upland under long-term cultivation examined in the agro-chronosequences // Quaternary International. 2015. Vol. 365. PP. 175-189. doi: 10.1016/j.quaint.2014.10.012

11. Khokhlova O.S., Chendev Yu.G., Myakshina T.N. Change in pedogenic carbon stocks under different types and duration of agricultural management practices in the central Russian forest steppe // Sustainable Agroecosystems in Climate Change Mitigation. Edited by Maren Oelbermann. Wageningen Academic Publishers. 2014. PP. 33-52. doi: 10.3920/978-90-8686-788-2_2

12. Kuznetsova A.M., Khokhlova O.S., Chendev Yu.G., Aleksandrovskii A.L. Evolution of the Carbonate State of Agrogenically Transformed Dark Gray Forest Soils in the Central Forest-Steppe // Eurasian Soil Science. 2010. Vol. 43, № 13. PP. 1527-1534. doi: 10.1134/ S1064229310130119

13. Kalinina, O., Krause, S. E., Goryachkin, S. V., Karavaeva, N. A., Lyuri, D. I., Giani, L. Self-restoration of post-agrogenic chernozems of Russia: Soil development, carbon stocks, and dynamics of carbon pools // Geoderma. 2011. Vol. 162, № 1. PP. 196-206. doi: 10.1016/j. geoderma.2011.02.005

14. Arevalo J.R., Fernandez-Lugo S., Reyes-Betancort J.A., Tejedor M., Jimenez C., Diaz F.J. Relationships between soil parameters and vegetation in abandoned terrace fields vs. non-terraced fields in arid lands (Lanzarote, Spain): An opportunity for restoration // Acta Oecologica. 2017. Vol. 85. PP. 77-84. doi: 10.1016/j.actao.2017.09.014

15. Память почв: Почва как память биосферно-геосферно-антропосферных взаимодействий / отв. ред. В.О. Таргульян, С.В. Горячкин. М. : Издательство ЛКИ, 2008. 692 с.

16. Путеводитель научных полевых экскурсий VII съезда Общества почвоведов им. В.В. Докучаева и Всероссийской с зарубежным участием научной конференции «Почвоведение - продовольственной и экологической безопасности страны» (Белгород, 15-22 августа 2016 г.) / под ред. Ю.Г. Чендева. Москва ; Белгород : ИД «Белгород» НИУ «БелГУ», 2016. 122 с.

17. Военно-топографическое управление. Трехверстная военно-топографическая карта. М 1:126000. Ряд XXII, Лист 14, г. Харьковской и Курской. СПб., 1875.

18. Лопатин И.Д. Сельскохозяйственный районы Курской губернии. Курск, 1923. 120 с.

19. IUSS Working Group WRB. 2015. World Reference Base for Soil Resources 2014, update 2015. International soil classification system for naming soils and creating legends for soil maps. World Soil Resources Reports No. 106. FAO, Rome.

20. Шишов Л.Л., Тонконогов В.Д., Лебедева И.И., Герасимова М.И. Классификация и диагностика почв России. Смоленск : Ойкумена, 2004. 235 с.

21. Растворова О.Г. Физика почв (Практическое руководство). Л. : Изд-во Ленингр. ун-та, 1983. 196 с.

22. Растворова О.Г., Андреев Д.П., Гагарина Э.И., Касаткина Г.А., Федорова Н.Н. Химческий анализ почв : учеб. пособие. СПб. : Изд-во СПб. ун-та, 1995. 264 с.

23. Воробьева Л.А. Химический анализ почв. М. : Изд-во Моск. ун-та, 1998. 272 с.

24. Морозова Т.Д. Развитие почвенного покрова Европы в позднем плейстоцене. М. : Наука, 1981. 282 с.

25. Агроэкологическое состояние черноземов ЦЧО / под ред. А.П. Щербакова, И.И. Васенева. Курск. 1996. 330 с.

26. Чендев Ю.Г., Александровский А.Л., Хохлова О.С., Смирнова Л.Г., Новых Л.Л., Долгих А.В. Антропогенная эволюция серых лесостепных почв южной части Среднерусской возвышенности // Почвоведение. 2011. № 1. С. 3-15.

Tomsk State University Journal of Biology. 2018; : 6-26

The change in carbonate state of arable and abandoned soils in the south of the forest-steppe zone of the Central Russian Upland (Nature Reserve "Les-na-Vorskle")

Bulysheva A. M., Khokhlova O. S., Rusakov A. V., Myakshina T. N.

https://doi.org/ 10.17223/19988591/41/1

Abstract

With agricultural use of soils, their functioning changes. This causes a transformation of their composition and properties. Dehumification, compaction, acidification (decalcification), carbonatization and alkalinization can occur in soils (Phaeozems and Chernozems) of the southern part of the forest-steppe zone of the Central Russian Upland in the process of agricultural use. Pedogenic carbon in humus and carbonates undergoes changes, too. The aim of the research was to study changes in the properties of arable and abandoned soils in comparison with virgin Phaeozems of the forest-steppe zone. Particular attention was paid to their carbonate state. The objects of the study were the soils of the "Belogorye" reserve at the "Les-na-Vorskle" site. We studied two key sites. Both sites have similar geomorphological and lithological conditions. The first site includes the following soil profiles: LnV5-13, LnV6-13 and LnV8-13. The second site includes LnV9-13 and LnV10-13 (See Fig. 1). We studied soils of 40-year-old abandoned lands (at the sites with forest and meadow renewal), arable and virgin soils. During field work, we carried out morphological description of the investigated soil profiles and determined the classification position according to the "Classification and diagnostics of soils in Russia". The bulk density was determined by the ring method in triplicate. The grain size composition of the profiles was determined by the pipette method with sodium pyrophosphate dispersion, the soil organic content was determined by the Tyurin method of wet combustion and the carbonate content calculated manometrically. We estimated the stocks of these substances. We collected undisturbed soil samples from the main soil horizons of all the studied profiles and prepared thin sections. Micromorphological analysis of the thin sections was carried out and radiocarbon dating of carbonates from the upper depth of their occurrence in the studied profiles was carried out. We showed that the arable soil differs from the virgin one in morphology. The arable soil has a specific layered microstructure in the plowed horizon. Clearly expressed grains of quartz appeared in the sub-eluvial horizon. In the texture horizon of the arable soil there are no ferruginous-humus-clay films that were found in the virgin soil (See Figures). The traces of activity of large animals and soil mesofauna shifted from humus and sub-eluvial horizons in the virgin soil into the textured horizons up to the BCt horizon in the arable soil. The bulk density of the plowed horizon in the abandoned and arable soils is higher than that of the humus horizon of the virgin soil. The bulk density of the subsurface horizon in the abandoned soils under meadow still shows increased values. The bulk density of the subsurface horizon of the abandoned soil under forest was almost equal to that of the virgin soil (See Figures). In the arable soil, the bulk density of the texture horizon increases in comparison with the virgin soil. The content of clay particles of the deep layers in the arable soil shows increased values as compared with the virgin soil. The enrichment of clay fraction is also observed in the arable horizons of the abandoned and arable soils in comparison with the virgin one. The content of organic carbon in the former arable horizon and its stocks in the 0-50 cm and 50-100 cm layers of the abandoned soils is lower than in the virgin soil. On the other hand, in the arable soil the content of organic carbon and its stocks in the 0-50 cm layer is higher than in the virgin soil, as noted previously by other researchers. The arable soil differs from the virgin one by a lesser depth of occurrence of carbonates in the profile and their substantially higher¹⁴C-age (See Table). For 40 years in the abandoned state, the carbonates are gradually leached out. The stocks of carbonates are still higher than in the virgin soil, but the equalization of the radiocarbon age of carbonates in them clearly indicates the processes of carbonate re-crystallization and leaching. The main role in changing arable Phaeozems in the process of their abandonment is played by vegetation, which affects the redistribution of moisture, the accumulation of organic and carbonate carbon, and the bulk density and processes of transformation of the soil structure of the former arable horizons. The paper contains 5 Figures, 1 Table and 26 References.

References

1. Kozlovskii F.I, Chaplin V.A. Agrodegradatsiya chernozemov // Stepi Russkoi ravniny: sostoyanie, ratsionalizatsiya agrarnogo osvoeniya. M. : Nauka, 1994. S. 174-191.

2. Eremin D.I. Zalezh' kak sredstvo vosstanovleniya soderzhaniya i zapasov gumusa staropakhotnykh chernozemov lesostepnoi zony Zaural'ya // Plodorodie. 2014. № 1 (76). S. 24-26.

3. Rusanov A.M., Teslya A.V., Sayagfarova A.M. Vosstanovlenie gumusnogo sostoyaniya stepnykh chernozemov pod mnogoletnei zalezh'yu // Vestnik Orenburgskogo gosudarstvennogo universiteta. 2011. № 12 (131). S. 132-134.

4. Sablina O.A. Gumusnoe sostoyanie chernozemov sel'skokhozyaistvennykh ugodii Yuzhnogo Zaural'ya // Mezhdunarodnyi nauchno-issledovatel'skii zhurnal. 2016. № 11 (53). Chast' 2. Noyabr'. S. 138-140. doi: 10.18454/IRJ.2016.53.228

5. Savin I.Yu., Chendev Yu.G. Izmenenie vo vremeni soderzhaniya gumusa v pakhotnykh lesostepnykh pochvakh // Pochvovedenie. 1994. № 5. S. 88-92.

6. Shpedt A.A., Vergeichik P.V. Otsenka skorosti vosstanovleniya gumusnogo sostoyaniya pochv Krasnoyarskogo kraya v usloviyakh zalezhi // Vestnik AGAU 2014. № 6 (116). S. 48-52.

9. Khokhlova O.S., Chendev Yu.G., Myakshina T.N., Shishkov V.A. Karbonatnyi pul pedogennogo ugleroda pri raznykh tipakh i dlitel'nosti ispol'zovaniya pashni v Srednerusskoi lesostepi // Pochvovedenie. 2013. № 5. S. 583-594. doi: 10.7868/S0032180X13050079

15. Pamyat' pochv: Pochva kak pamyat' biosferno-geosferno-antroposfernykh vzaimodeistvii / otv. red. V.O. Targul'yan, S.V. Goryachkin. M. : Izdatel'stvo LKI, 2008. 692 s.

16. Putevoditel' nauchnykh polevykh ekskursii VII s\"ezda Obshchestva pochvovedov im. V.V. Dokuchaeva i Vserossiiskoi s zarubezhnym uchastiem nauchnoi konferentsii «Pochvovedenie - prodovol'stvennoi i ekologicheskoi bezopasnosti strany» (Belgorod, 15-22 avgusta 2016 g.) / pod red. Yu.G. Chendeva. Moskva ; Belgorod : ID «Belgorod» NIU «BelGU», 2016. 122 s.

17. Voenno-topograficheskoe upravlenie. Trekhverstnaya voenno-topograficheskaya karta. M 1:126000. Ryad XXII, List 14, g. Khar'kovskoi i Kurskoi. SPb., 1875.

18. Lopatin I.D. Sel'skokhozyaistvennyi raiony Kurskoi gubernii. Kursk, 1923. 120 s.

20. Shishov L.L., Tonkonogov V.D., Lebedeva I.I., Gerasimova M.I. Klassifikatsiya i diagnostika pochv Rossii. Smolensk : Oikumena, 2004. 235 s.

21. Rastvorova O.G. Fizika pochv (Prakticheskoe rukovodstvo). L. : Izd-vo Leningr. un-ta, 1983. 196 s.

22. Rastvorova O.G., Andreev D.P., Gagarina E.I., Kasatkina G.A., Fedorova N.N. Khimcheskii analiz pochv : ucheb. posobie. SPb. : Izd-vo SPb. un-ta, 1995. 264 s.

23. Vorob'eva L.A. Khimicheskii analiz pochv. M. : Izd-vo Mosk. un-ta, 1998. 272 s.

24. Morozova T.D. Razvitie pochvennogo pokrova Evropy v pozdnem pleistotsene. M. : Nauka, 1981. 282 s.

25. Agroekologicheskoe sostoyanie chernozemov TsChO / pod red. A.P. Shcherbakova, I.I. Vaseneva. Kursk. 1996. 330 s.

26. Chendev Yu.G., Aleksandrovskii A.L., Khokhlova O.S., Smirnova L.G., Novykh L.L., Dolgikh A.V. Antropogennaya evolyutsiya serykh lesostepnykh pochv yuzhnoi chasti Srednerusskoi vozvyshennosti // Pochvovedenie. 2011. № 1. S. 3-15.

Изменение карбонатного состояния пахотных и залежных почв юга лесостепной зоны Среднерусской возвышенности (заповедный участок «Лес-на-Ворскле»)

Аннотация

The change in carbonate state of arable and abandoned soils in the south of the forest-steppe zone of the Central Russian Upland (Nature Reserve "Les-na-Vorskle")

Abstract

События

EasyCookieInfo