Эколого- агрохимическая оценка почв Каменной Степи под лесным ценозом

УДК

631.4

DOI:

10.37482/0536-1036-2021-5-76-91

Аннотация

Изучен комплекс показателей почв под лесными полосами. Объектами исследований являлись старовозрастные (65–68 лет) прибалочные и полезащитные лесные насаждения Каменной Степи. Результаты позволяют оценить тренды изменения характеристик почв за длительный период. Заложены ключевые участки размером 100×100 м с использованием регулярной сетки опробования. Шаг опробования – 15–25 м. Установлено положительное влияние полезащитных лесных полос на свойства черноземов. Отмечено увеличение мощности гумусового горизонта с 42,3 см (пашня на склоне) до 72,6±5,1 см (под лесом). Максимальные значения характерны для черноземов водораздельных участков: 59,6±2,4 см (пашня) и 85,6±3,9 см (лесная полоса). Максимальную глубину вскипания имеют черноземы выщелоченные за счет активизации процессов миграции карбонатов в нижележащие почвенные горизонты. Наименьшую – зоотурбированные путем механического переноса и перемешивания аккумулятивно-карбонатного горизонта. Обнаружена общая тенденция к снижению глубины вскипания под лесным ценозом. Наибольшей гумусированностью отличаются водораздельные участки: 7,14±0,24 % (пашня) и 8,56±0,18 % (лесная полоса). Прибалочная лесная полоса снижает риск развития эрозионных процессов. На пахотных участках в зоне ее влияния удалось сохранить достаточно мощный гумусовый профиль с высоким содержанием органического вещества: 7,03±0,27 % (под лесом) и 6,10±0,10 % (на пашне). Посадка лесных полос обуславливает изменение характера растительности. Влияние кислых продуктов распада подстилки сформировало почвенные горизонты со средне-кислой реакцией среды в гумусовой толще. В составе обменно-поглощенных катионов, несмотря на лидирующее положение кальция, отмечено повышенное содержание магния. Лесные полосы в связи с изменяющимися климатическими условиями приобретают в последние десятилетия особую значимость. В степных регионах России такие насаждения являются мощным почвоохранным фактором, способствующим стабилизации и повышению почвенного плодородия. Необходима активизация работ по посадке искусственных лесных древостоев в степных регионах России.

---

Данная статья опубликована в режиме открытого доступа и распространяется на условиях лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная (CC BY 4.0) • Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов

Сведения об авторах

Ю.И. Чевердин¹, д-р биол. наук; ResearcherID: AAZ-6497-2020, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-9905-0547
В.А. Беспалов¹, канд. биол. наук; ResearcherID:AAK-4088-2021, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-6787-929X
М.Ю. Сауткина², канд. с.-х. наук; ResearcherID: AAE-9165-2021, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-9244-1177
Т.В. Титова¹, канд. биол. наук; ResearcherID: AAP-6052-2021, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-6435-5455
¹Воронежский федеральный аграрный научный центр им. В.В. Докучаева, квартал 5, д. 81, пос. 2-го участка института им. Докучаева, Таловский р-н, Воронежская обл., Россия, 397463; e-mail: cheverdin62@mail.ru
²Всероссийский научно-исследовательский институт лесной генетики, селекции и биотехнологии, ул. Ломоносова, д. 105, г. Воронеж, Россия, 394087; e-mail: sautmar@mail.ru

Ключевые слова

чернозем, лесные полосы, мощность генетических горизонтов, гумусное состояние, реакция среды, обменные основания, Каменная Степь

Для цитирования

Чевердин Ю.И., Беспалов В.А., Сауткина М.Ю., Титова Т.В. Эколого-агрохимическая оценка почв Каменной Степи под лесным ценозом // Изв. вузов. Лесн. журн. 2021. № 5. С. 76–91. DOI: 10.37482/0536-1036-2021-5-76-91

Литература

1. Безуглова О.С. Гумусное состояние почв юга России / Ростов. гос. ун-т. Ростов н/Д: СКНЦ ВШ , 2001. 224 с. Bezuglova O.S. Humus State of Soils in the South of Russia. Rostov-on-Don, SKNTs VSh Publ., 2001. 224 p.
2. Брескина Г.М., Чуян Н.А. Структура запасов энергии и экологическая емкость агроэкосистем агроландшафта // Экологические проблемы развития агроландшафтов и способы повышения их продуктивности. Краснодар: КубГАУ , 2018. С. 61–63. Breskina G.V., Chuyan N.A. Structure of Stocks of Energy and Ecological Capacity of Agroecosystems of the Agrolandscape. Environmental Problems of Development of Agrolandscapes and Ways of Increase in Their Efficiency. Krasnodar, KubSAU Publ., 2018, pp. 61–63.
3. Вавин В.С., Рымарь В.Т., Ахтямов А.Г., Свиридов Л.Т. Создание долговечных защитных лесных насаждений в условиях юго-востока ЦЧЗ: моногр. Воронеж: ВГ ЛТА , 2007. 240 с. Vavin V.S., Rymar’ V.T., Akhtyamov A.G., Sviridov L.T. Creation of Long-Lived Protective Forest Plantations in the South-East of the Central Black Earth Region: Monograph. Voronezh, VGLТA Publ., 2007. 240 p.
4. Гостев А.В., Пыхтин И.Г., Нитченко Л.Б., Плотников В.А., Пыхтин А.И. Система оценки экологической сбалансированности агроландшафта и степени соответствия используемой в нем системы земледелия // Земледелие. 2017. № 8. С. 3–7. Gostev A.V., Pykhtin I.G., Nitchenko L.B., Plotnikov V.A., Pykhtin A.I. Evaluation System of Ecological Balance in an Agricultural Landscape and the Degree of Conformity to the Used Farming System. Zemledelie, 2017, no. 8, pp. 3–7.
5. Казакова А.И., Семиколенных А.А., Горнов А.В., Горнова М.В., Лукина Н.В. Влияние растительности на лабильные характеристики лесных почв зандровых местностей заповедника «Брянский лес» // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 17: Почвоведение. 2018. № 3. С. 9–15. Kazakova A.I., Semikolennykh A.A., Gornov A.V., Gornova M.V., Lukina N.V. Influence of Vegetation on Lability Characteristics of Soils of Zander Locations of Bryansky Forest Nature Reserve. Vestnik Moskovskogo universiteta. Seriya 17. Pochvovedeniye [Bulletin of the Moscow University. Series 17. Soil Science], 2018, no. 3, pp. 9–15.
6. Когут Б.М. Трансформация гумусового состояния черноземов при их сельскохозяйственном использовании // Почвоведение. 1998. № 7. С. 794–802. Kogut B.M. Transformation of Humus Status in Cultivated Chernozems. Pochvovedenie [Eurasian Soil Science], 1998, no. 7, pp. 794–802.
7. Копцик Г.Н., Куприянова Ю.В., Кадулин М.С. Пространственная изменчивость эмиссии диоксида углерода в основных типах лесных экосистем Звенигородской биостации МГУ им. М.В. Ломоносова // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 17: Почвоведение. 2018. № 2. С. 40–47. Koptsik G.N., Kupriianova Iu.V., Kadulin M.S. Spatial Variability of Carbon Dioxide Emission by Soils in Main Types of Forest Ecosystems in Zvenigorod Biological Station of Moscow State University. Vestnik Moskovskogo universiteta. Seriya 17. Pochvovedeniye [Bulletin of the Moscow University. Series 17. Soil Science], 2018, no. 2, pp. 40–47.
8. Лукина Н.В., Орлова М.А., Бахмет О.Н., Тихонова Е.В., Тебенькова Д.Н., Казакова А.И., Крышень А.М., Горнов А.В., Смирнов В.Э., Шашков М.П., Ершов В.В., Князева С.В. Влияние растительности на характеристики лесных почв Республики Карелия // Почвоведение. 2019. № 7. С. 827–842. Lukina N.V., Orlova M.A., Bakhmet O.N., Tikhonova E.V., Tebenkova D.N., Kasakova A.I., Kryshen A.M., Gornov A.V., Smirnov V.E., Shashkov M.P., Ershov V.V., Knyaseva S.V. Influence of Vegetation on Forest Soils Properties in the Republic of Karelia. Pochvovedenie [Eurasian Soil Science], 2019, no. 7, pp. 827–842. DOI: https://doi.org/10.1134/S0032180X19050071
9. Молчанов Э.Н., Савин И.Ю., Яковлев А.С., Булгаков Д.С., Макаров О.А. Отечественные подходы к оценке деградации почв и земель // Почвоведение. 2015. № 11. С. 1394–1406. Molchanov E.N., Savin I.Y., Bulgakov D.S., Yakovlev A.S., Makarov O.A. National Approaches to Evaluation of the Degree of Soil Degradation. Pochvovedenie [Eurasian Soil Science], 2015, no. 11, pp. 1394–1406. DOI: https://doi.org/10.7868/S0032180X15110118
10. Орлов Д.С., Грищина Л.А., Ерошичева Н.Л. Практикум по биохимии гумуса. М.: МГУ , 1969. 157 с. Orlov D.S., Grishina L.A., Eroshicheva N.L. Workshop on the Biochemistry of Humus. Moscow, MGU Publ., 1969. 157 p.
11. Орлов Д.С., Бирюкова О.Н., Розанова М.С. Реальные и кажущиеся потери органического вещества почвами Российской Федерации // Почвоведение. 1996. № 2. С. 197–207. Orlov D.S., Biryukova O.N., Rozanova M.S. Real and Apparent Losses of Organic Matter by the Soils of the Russian Federation. Pochvovedenie [Eurasian Soil Science], 1996, no. 2, pp. 197–207.
12. Орлов Д.С., Бирюкова О.Н., Розанова М.С. Дополнительные показатели гумусного состояния почв и их генетических горизонтов // Почвоведение. 2004. № 8. С. 918–926. Orlov D.S., Biryukova O.N., Rozanova M.S. Revised System of the Humus Status Parameters of Soils and Their Genetic Horizons. Pochvovedenie [Eurasian Soil Science], 2004, no. 8, pp. 918–926.
13. Поляков Д.Г., Бакиров Ф.Г., Халин А.В., Нестеренко Ю.М. Трансформация солевого профиля чернозема южного под влиянием способов основной обработки почвы // Бюл. Оренбург. науч. центра УрО РАН (электрон. журн.). 2017. № 2. С. 6. Polyakov D.G., Bakirov F.G., Halin A.V., Nesterenko Yu.M. Dynamics of Humidity of Southern Chernozems of the Orenburg Region when Applying Plowing and No-Till. Byulleten’ Orenburgskogo nauchnogo tsentra UrO RAN, 2017, no. 2, p. 6.
14. Примаков Н.В. Состояние лесных фитоценозов склоновых земель Краснодарского края // Изв. вузов. Лесн. журн. 2019. № 3. С. 55–63. Primakov N.V. Condition of the Slope Land Forest Phytocenosis in Krasnodar Krai. Lesnoy Zhurnal [Russian Forestry Journal], 2019, no. 3, pp. 55–63. DOI: https://doi.org/10.17238/issn0536-1036.2019.3.55
15. Приходько В.Е., Чевердин Ю.И., Титова Т.В. Изменение форм органического вещества черноземов Каменной Степи при разном использовании, местоположении и увеличении степени гидроморфизма // Почвоведение. 2013. № 12. C. 1494–1504. Prikhod’ko V.E., Cheverdin Y.I., Titova T.V. Changes in the Organic Matter Forms in Chernozems of the Kamennaya Steppe under Different Land Uses, Locations, and Hydromorphism Degrees. Pochvovedenie [Eurasian Soil Science], 2013, no. 12, pp. 1494–1504. DOI: https://doi.org/10.7868/S0032180X13120095
16. Пыхтин И.Г., Дубовик Д.В., Айдиев А.Я. Текущие проблемы в земледелии // Земледелие. 2018. № 5. С. 8–11. Pykhtin I.G., Dubovik D.V., Aldlev A.Ya. Current Prob lems of Agriculture. Zemledelie, 2018, no. 5, pp. 8–11. DOI: http://dx.doi.org/10.24411/0044-3913-2018-10502
17. Рыжова И.М., Телеснина В.М., Ситникова А.А. Динамика свойств почв и структуры запасов углерода в постагрогенных экосистемах в процессе естественного лесовосстановления // Почвоведение. 2020. № 2. С. 230–243. Ryzhova I.M., Telesnina V.M., Sitnikova A.A. Dynamics of Soil Properties and Carbon Stocks Structure in Postagrogenic Ecosystems of Southern Taiga during Natural Forest Restoration. Pochvovedenie [Eurasian Soil Science], 2020, no. 2, pp. 230–243. DOI: https://doi.org/10.31857/S0032180X20020100
18. Семенов В.М., Когут Б.М. Почвенное органическое вещество. М.: ГЕОС , 2015. 233 с. Semenov V.M., Kogut B.M. Soil Organic Matter. Moscow, GEOS Publ., 2015. 233 p.
19. Тунякин В.Д., Вавин В.С., Рыбалкина Н.В. Новое о лесообразовательном процессе в лесных полосах Каменной Степи // Изв. вузов. Лесн. журн. 2018. № 6. С. 89–100. Tunyakin V.D., Vavin V.S, Rybalkina N.V. Recent Trends of Forest Formation in Forest Strips of the Kamennaya Steppe. Lesnoy Zhurnal [Russian Forestry Journal], 2018, no. 6, pp. 89–100. DOI: https://doi.org/10.17238/issn0536-1036.2018.6.89
20. Уваров Г.И. Экологические функции почв. СПб.: Лань, 2018. 296 с. Uvarov G.I. Ecological Functions of Soils. Saint Petersburg, Lan’ Publ., 2018. 296 p.
21. Хитров Н.Б., Чевердин Ю.И. Почвы Каменной Степи от времени В.В. Докучаева до наших дней // Живые и биокостные системы. 2016. № 16. С. 2. Khitrov N.B., Cheverdin Yu.I. Soils of Kamennaya Steppe from the Days of V.V. Dokuchaev till Nowadays. Zhivye i biokosnye sistemy, 2016, no. 16, p. 2.
22. Чевердин Ю.И. Изменения свойств почв юго-востока Центрального Черноземья под влиянием антропогенного воздействия: моногр. Воронеж: Истоки, 2013. 336 с. Cheverdin Yu.I. Changes in Soil Properties in the Southeast of the Central Chernozem Region under the Anthropogenic Influence: Monograph. Voronezh, Istoki Publ., 2013. 336 p.
23. Чеканышкин А.С., Лепёхин А.А. Состояние защитного лесоразведения в Центрально-Черноземной зоне // Изв. вузов. Лесн. журн. 2015. № 4. С. 9–17. Chekanyshkin A.S., Lepyohin A.A. Condition of Protective Afforestation in Central Black
Earth Territories. Lesnoy Zhurnal [Russian Forestry Journal], 2015, no. 4, pp. 9–17. DOI: https://doi.org/10.17238/issn0536-1036.2015.4.9
24. Чендев Ю.Г., Беспалова Е.С. Оценка роли лесополос в оптимизации почв и ландшафтов: литературный обзор сведений // Науч. вед. БелГУ . Сер.: естеств. науки. 2019. Т. 43, № 2. С. 124–133. Chendev Yu.G., Bespalova E.S. Assessment of the Role of Shelterbelts in Optimization of Soils and Landscapes: Literature Review of Information. Nauchnyye vedomosti Belgorodskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Estestvennyye nauki [Belgorod State University Scientific Bulletin. Natural Sciences Series], 2019, vol. 43, no. 2, pp. 124–133. DOI: https://doi.org/10.18413/2075-4671-2019-43-2-124-133
25. Шаповалов Д.А., Королева П.В., Долинина Е.А., Рухович Д.И. Оценка влияния переувлажнения на смену типов землепользования пахотных земель Тамбовской области в 1968–2018 годах методами ретроспективного мониторинга почвенно-земельного покрова // Науч. вед. БелГУ . Сер.: естеств. науки. 2018. Т. 42, № 3. С. 358–379. Shapovalov D.A., Koroleva P.V., Dolinina E.A., Rukhovich D.I. Assessment of Waterlogging on the Change of Types of Land Use of Arable Land of the Tambov Region in 1968–2018 by Methods of Retrospective Monitoring of the Soil-Land Cover. Nauchnyye vedomosti Belgorodskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Estestvennyye nauki [Belgorod State Univer sity Scientific Bulletin. Natural Sciences Series], 2018, vol. 42, no. 3, pp. 358–379. DOI: https://doi.org/10.18413/2075-4671-2018-42-3-358-379
26. Bazikina G.S., Ovechkin S.V. The Influence of Climate Cycles on the Water Regime and Carbonate Profile in Chernozems of Central European Russia and Adjacent Territories. Eurasian Soil Science, 2016, vol. 49, iss. 4, pp. 437–449. DOI: https://doi.org/10.1134/S1064229316040025
27. Chendev Yu.G., Sauer T.J., Gennadiev A.N., Novykh L.L, Petin A.N., Petina V.I., Zazdravnykh E.A., Burras C.L. Accumulation of Organic Carbon in Chernozems (Mollisols) under Shelterbelts in Russia and the United States. Eurasian Soil Science, 2015, vol. 48, iss. 1, pp. 43–53. DOI: https://doi.org/10.1134/S1064229315010032
28. Collins H.P., Elliot E.T., Paustian K., Bundy L.G., Dick W.A., Huggins D.R., Smucker A.J.M., Paul E.A. Soil Carbon Pools and Fluxes in Long-Term Corn Belt Agroecosystems. Soil Biology and Biochemistry, 2000, vol. 32, iss. 2, pp. 157–168. DOI: https://doi.org/10.1016/S0038-0717(99)00136-4
29. Karabutov A.P., Tyutyunov S.I., Solovichenko V.D. Humus Status of Typical Black Soil under Different Intensity of Arable Land Usage. Eurasian Journal of BioSciences, 2019, vol. 13, iss. 2, pp. 1317–1321.
30. Karabutov A.P., Tyutyunov S.I., Solovichenko V.D. Biologization – Strategic Basis of the Agriculture in the Central Black Soil Region of the Russian Federation. Eurasian Journal of BioSciences, 2019, vol. 13, iss. 2, pp. 1427–1432.
31. Kögel-Knabner I., Zech W., Hatcher P.G. Chemical Composition of the Organic Matter in Forest Soils: The Humus Layer. Journal of Plant Nutrition and Soil Science, 1988, vol. 151, iss. 5, pp. 331–340. DOI: https://doi.org/10.1002/jpln.19881510512
32. Sauer T.J., Nelson M.P. Science, Ethics, and the Historical Roots of Our Ecological Crisis: Was White Right? Sustaining Soil Productivity in Response to Global Climate Change: Science, Policy, and Ethics. Chichester, UK, Villey-Blackwell, 2011, pp. 3–16. DOI: https://doi.org/10.1002/9780470960257.ch1 

Ссылка на английскую версию:

Ecological and Agrochemical Assessment of the Kamennaya Steppe Soils under Forest Cenosi

ECOLOGICAL AND AGROCHEMICAL ASSESSMENT OF THE KAMENNAYA STEPPE SOILS UNDER FOREST CENOSIS

Yuriy I. Cheverdin¹, Doctor of Biology; ResearcherID: AAZ-6497-2020, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-9905-0547
Vladimir A. Bespalov¹, Candidate of Biology; ResearcherID: AAK-4088-2021, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-6787-929X
Marina Yu. Sautkina², Candidate of Agriculture; ResearcherID: AAE-9165-2021, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-9244-1177
Tatyana V. Titova¹, Candidate of Biology; ResearcherID: AAP-6052-2021, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-6435-5455
¹Voronezh Federal Agricultural Scientific Centre named after V.V. Dokuchaev, kv. 5, 81, pos. 2 uchastka instituta im. Dokuchayeva, Talovskiy District, Voronezh Region, 397463, Russian Federation; e-mail: cheverdin62@mail.ru
²All-Russian Research Institute of Forest Genetics, Breeding and Biotechnology, ul. Lomonosova, 105, Voronezh, 394087, Russian Federation; e-mail: sautmar@mail.ru

Abstract. A set of parameters of soils under forest belts was studied. The objects of research were old-growth (65–68 yrs) ravine and shelterbelt forest plantations of the Kamennaya Steppe. The results allow assessing the trends of changes in soil characteristics over a long period of time. Key plots of 100×100 m were laid out using a regular sampling grid. The sampling interval is 15–25 m. A positive effect of forest shelterbelts on the properties of chernozems was found. There is an increase in thickness of the humus horizon from 42.3 cm (arable land on the slope) to 72.6±5.1 cm (under forest). The maximum values are typical for chernozems of watershed areas: 59.6±2.4 cm (arable land) and 85.6±3.9 cm (forest belt). Chernozems leached due to the activation of migration processes of carbonates into the underlying soil horizons have the maximum depth of soil effervescence. Chernozems zooturbated due to mechanical transport and mixing of accumulative-carbonate horizon have the lowest depth of soil effervescence. A general trend to decrease the depth of soil effervescence under the forest cenosis was found. The highest humus content is observed in watershed areas: 7.14±0.24 % (arable land) and 8.56±0.18 % (forest belt). A ravine forest belt reduces the risk of erosion processes. A fairly strong humus profile with a high content of organic matter: 7.03±0.27% (under forest) and 6.10±0.10% (on arable land), was possible to preserve on arable lands in the zone of the belt’s influence. The planting of forest belts causes a change in the nature of vegetation. The influence of acidic products of litter decomposition formed soil horizons with a moderately acidic reaction of the environment in the humus layer. Despite the leading position of calcium, an increased content of magnesium was found in the composition of exchange-absorbed cations. Forest belts have become especially important in recent decades due to changing climatic conditions. In the steppe regions of Russia, such plantations are a powerful soil conservation factor that helps stabilize and increase soil fertility. It is necessary to intensify the planting of artificial forest stands in the steppe regions of Russia.

For citation: Cheverdin Yu.I., Bespalov V.A., Sautkina M.Yu., Titova T.V. Ecological and Agrochemical Assessment of the Kamennaya Steppe Soils under Forest Cenosis. Lesnoy Zhurnal [Russian Forestry Journal], 2021, no. 5, pp. 76–91. DOI: 10.37482/0536-1036-2021-5-76-91
Keywords: chernozem, forest belts, thickness of genetic horizons, humus state, environmental reaction, exchangeable bases, Kamennaya Steppe.

---

This is an open access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) license • The authors declare that there is no conflict of interest