Признаки климаксности и сукцессионности в почвенном покрове

Поскольку почва является частью экосистемы, а почвенный покров в значительной мере является функцией биотического покрова, критерии климаксности и сукцессионности почв нужно соотносить с приведенными выше признаками климаксного фитоценоза. Такие критерии для оценки состояния почвенного покрова лесных территорий были предложены Е.В. Пономаренко (1990, 1999).

При длительном свободном развитии совокупная деятельность биоты приводит к формированию протяженного гумусового (в широком смысле) горизонта. Его мощность соответствует глубине активного перемешивания почвы биотой.

Соответственно, главный признак стабильности почвенного покрова – преимущественное расположение опорных корней и ветровальных западин примерно в пределах недифференцированного, равномерно гумусированного горизонта.

Если это условие соблюдается, но на еще большей глубине наблюдаются следы биогенных педотурбаций (старых вывалов, крупных корневых ходов, ходов землероев), – это означает, что в настоящее время перестройки почвенного покрова не происходит, но есть признаки значимых изменений в прошлом.

Определению стабильных, климаксных почв соответствуют почвы со слабодифференцированным строением профиля (рис. 75). Распространение подобных почв На рис. А разрез проходит через западину провернутого вывала глубиной 140 см (фрагмент см. на илл. 25): материал гор. А отсыпан в переднюю и заднюю части западины; материал гор. С перемещен наверх, на нем начал формироваться новый гор. А. Морфоны [A1+C+A2] сформированы в период экспонирования материала бугра вывала при участии воздействий выборочных рубок и лесного выпаса. В профилях на рис. Б и В вывалы в основном происходили в пределах гор. А, в небольшом количестве «примешивая» к гор. А материал гор. С (морфоны [А1+С])

на территории Европейской России в основном приурочено к районам, где действие антропогенных факторов было ограничено и/или имело небольшую интенсивность. Прежде всего, это горные районы, участки долин малых рек и др. На водораздельных равнинных территориях такие почвы встречаются на очень небольших площадях, обычно в пределах массивов малонарушенных лесов (примеры таких лесов описаны в главах 7–9).

Основным критерием сукцессионности почвенного покрова может служить присутствие в профиле значительных морфологических неоднородностей либо геологических текстур на глубине меньшей, чем мощность биогенных педотурбаций. Как отмечалось выше, для лесных экосистем последняя может быть оценена из рассмотрения глубины существующих ветровальных западин и глубины расположения субгоризонтальных опорных корней деревьев.

После сильного нарушения практически исчезают признаки существовавшего здесь растительного сообщества; исследуя этапы последующей сукцессии, мы описываем сообщества, формирующиеся после нарушения, выявляем сукцессионные ряды и их совокупности. Для почв сложнее представить линейную картину демутации или дигрессии. Как последствия действия нарушающего фактора, так и последующие сукцессионные изменения преобразуют почву, но при этом преобразования накладываются на сохранившийся при нарушении почвенный профиль. Таким образом, в строении профиля мы почти всегда видим результат многократного чередования периодов (или моментов) нарушений и периодов свободного развития экосистемы (подробнее см. 10 главу).

Как в отношении «надпочвенной» части экосистемы, так и в отношении почвенного покрова важно понимать разницу между климаксным стабильным состоянием системы и абсолютным отсутствием экзогенных нарушений в прошлом. В подавляющем большинстве случаев экосистемы с выраженными признаками экзогенных антропогенных (или) катастрофических нарушений являются сукцессионными. Однако могут встречаться ситуации, когда система хранит следы прошлых нарушений, но находится в стабильном климаксном состоянии. Это означает, что антропогенные воздействия не привели к существенному нарушению экосистемы (например, приисковые рубки, слабая рекреация), либо экосистема восстановилась после давних нарушений. Такие признаки сильных воздействий, как присутствие в почвенном профиле погребенных древесных углей или иллювиированного после обнажения поверхности почвы материала, могут сохраняться в течение более длительного времени, чем время, необходимое для формирования устойчивой структуры лесной экосистемы.

№30

Почвы неморальной полосы и особенности их развития
Важной особенностью экосистем неморальной полосы является потенциально высокая скорость биологического круговорота. Она определяется:
- благоприятными температурными условиями;
- большой массой и богатым составом опада, связанным с преобладанием в со­ставе древесной растительности широколиственных видов деревьев, а в напочвенном покрове — мезофильного неморального широкотравья;
- высокой активностью почвенной фауны, в составе которой основную роль играют дождевые черви.
Высокая скорость и большая емкость круговорота определяют как относитель­ную устойчивость элементов экосистем к внешним воздействиям (например, срав­нительно медленное падение содержания гумуса при распашке), так и потенциаль­но высокую скорость восстановительных сукцессии. В связи с этим, в большей ча­сти территории неморальной полосы мы встречаем почвы с хорошо развитым гуму­совым профилем.
Как по характеру современной растительности, так и по особенностям строения почв неморальную полосу часто подразделяют на две части: широколиственные леса и северную лесостепь, где преобладают дерново-позолистые и серые лесные почвы, и южную лесостепь с преобладанием серых лесных почв, черноземов оподзоленных и выщелоченных
Почвы широколиственных лесов и северной лесостепи
Значительные площади в настоящее время представляют собой пашни, где пре­обладают дерново-подзолистые почвы разной степени деградации. На лесных терри­ториях часто можно встретить большое разнообразие почв, отражающее разнообра­зие предшествующей истории..
По характеру морфологически диагностируемых в профиле признаков антропо­генных и биогенных педотурбаций для территории заповедника «Калужские засеки» было выделено четы­ре основные группы:
1. Почвы с недифференцированным профилем. Темногумусовые или темно-серые, с копрогенным гумусовым горизонтом. Общая мощность горизонта А в исследованных профилях варьирует от 40 до 120 см, в сред­нем составляя 68±4 см. Горизонт сравнительно однородный, местами почва смешана с почвообразующей породой. Сравнительно большое число мощных вывальных запа­дин, образы которых отражены в профиле, свидетельствует о лесной природе темно-гумусового горизонта и длительном спонтанном развитии леса на этой территории. После формирования мощного гумусового горизонта основная доля оборотов почвы вывалами происходила внутри горизонта А.
2. Почвы с дифференцированным профилем, с «погребенным» гумусовым горизонтом (ПГГ, Апогр), по строению аналогичному гор. А темногуму-совых почв. Почвы слабодеградированные; для них характерно позднее хо­зяйственное освоение. Этапы сельскохозяйственного использования, приведшие к формированию осветленного горизонта, не чередовались с длительными периодами спонтанного развития — в профилях обычно заметно слабое иллювиирование освет­ленного материала в ПГГ при отсутствии перемешивания. К этой группе можно отне­сти дерново-подзолистые и серые почвы с ПГГ. Средняя мощность гор. Апогр в серых почвах составляет 35±10 см (максимум 67 см), в дерново-подзолистых почвах — 35±8 см (максимум 57 см); средняя глубина нижней границы гор. Апогр в се­рых и дерново-подзолистых почвах 63±9 см.
3. Почвы с сильно дифференцированным профилем, в сред­ней и нижней частях которого редки четкие следы ветровальных педотурбаций. Почвы средне- или сильнодеградированные, длительное время использо­вавшиеся в системе постоянной пашни или перелога. В профиле обычно присутству­ет подзолистый или элювиальный горизонт, который часто имеет языковатую грани­цу (корневые ходы заполнены отбеленным материалом). Этапы распашки чередова­лись с односительно кратими периодами развитии леса, которые заканчивались руб­кой (расчисткой). Для этих почв характерны наибольшее среди всех групп осветление верхних горизонтов и развитие поверхностного оглеения.
4. Почвы с сильно дифференцированным профилем, для сред­ней и нижней частей которого характерно присутствие ветровальных полиморфонов. Это средне- или сильнодеградированные почвы, освоение которых начато чрезвычайно давно; при этом основным видом использования долгое время было подсечно-огневое земледелие. Этапы земледельческого использования чередо­вались с периодами развития под лесом. Обычны следы глубоких вывалов (в которых замешан как гумусированный, так и отбеленный материал), высокая мозаичность (пе­строта) профиля, частая встречаемость окатанных углей (более всего в бывшем под­пахотном горизонте). Обычны признаки локального внутрипрофильного оглеения, происходившего на дне западин вывалов.
Признакам почв, существующих в устойчивом режиме в наиболь­шей степени соответствуют профили темногумусовых (темно-серых). Основные факторы, сформировавшие их почвенные профили — посту­пление значительного количества лиственного опада, деятельность педофауны (пре­жде всего, дождевых червей), ветровалы деревьев. Вывалы являлись наиболее мощ­ным фактором генезиса профиля, определяя максимальную глубину темногумусового горизонта.
Темногумусовые почвы соседствуют с большим числом иных типов почв, при­чем часто границу между почвенными разностями невозможно выявить по призна­кам «наземной» части экосистемы — составу растительности, наличию или отсут­ствию признаков антропогенных нарушений в недавнем прошлом. Это связано с тем, что темногумусовые почвы не являются, строго говоря, ненарушенными — они ис­пытывали воздействия рубок, выпаса и даже распашек. Однако по разным причинам эти воздействия были эпизодическими и не привели к глубокой перестройке профи­лей. Высокая активность почвенной мезофауны приводила к стиранию многих при­знаков таких воздействий. Наибо­лее четко диагностируемым фактором деградации являлась распашка. Формирование осветленного и гумусового горизонтов иногда неоднократно че­редовались в ходе развития почв. Современный горизонт А большинства описанных почв был сформирован за одно-два поколения жизни деревьев после предшество­вавшего этапа существования здесь. При этом в одних случаях старопахотный горизонт ока­зался замешан вывалами и деятельностью педофауны как с материалом гор. А, так и с нижележащими горизонтами на значительную глубину В других случаях глубина педотурбаций была меньше, они затронули только гор. А и старопахотный горизонт Относительно ровная граница старопахотного горизонта обычно сохраняется в ходе развития первого, а часто и второго поколений деревьев на зале­жи . Важно, что при любой степени антропогенной нагрузки в прошлом, в настоя­щее время в почвах, развивающихся на суглинистых отложениях, мы наблюдаем со­хранение типа гумусообразования (формируется гумус типа муль)

Вопрос 31

Почвы южной лесостепи
Характерный облик почв южной лесостепи определяется, в первую очередь, на­личием в них хорошо развитого гумусового горизонта при слабой выраженности или отсутствии признаков элювиально-иллювиальной деградации профиля. Относитель­но высокая устойчивость процесса гумусонакопления, его превалирование над дру­гими процессами определяется как климатическими особенностями региона, так и специфичностью истории освоения лесостепи.
По данным многих исследователей, лесные почвы обладают лучшими физическими параметрами, нежели пахотные или старопахотные почвы. По на­шим наблюдениям лесных почв в окрестностях г. Тамбова и на территории Воронинского заповедника, для верхней части гумусовых горизонтов, по сравнению с нижней, характерны меньшая плотность сложения, лучшая агрегированность. В пахотных по­чвах, напротив, в верхней части гумусового горизонта велика доля разрушенных агре­гатов, наблюдается уплотнение сложения, вплоть до слитизации, окраска этой части гор. А заметно светлее, чем его нижней части.
В целом, как и в случае почв более северных широколиственных лесов, стро­ение верхних горизонтов является отражением «ближней памяти» почвы. При этом строение средней и нижней части профиля является функцией более «дальней» памя­ти, показывая особенности гумусонакопления и характер педотурбаций в прошлом. По строению нижней части профиля черноземы можно подразделить на две группы:
- «кротовинные», нижняя часть гумусового горизонта которых турбирована и частично замешана с почвообразующей породой в результате роющей деятельности млекопитающих (сусликов, сурков, слепышей и др.) «лесные», в которых видны следы перемещения и замешивания материала гу­мусового горизонта с почвообразующей породой вывалами разной мощности

Часто нижняя часть гумусового горизонта состоит из неоднородных по окраске и качеству гумуса морфонов. Разница определяется как разной степенью замешивания материалов гор. А и гор. С, так и сложением отдельных морфонов гу­мусовым материалом, качественно отличным от остального материала гор. А. Так, в кротовинных черноземах встречаются морфоны (соответствующие участкам нор зем-лероев), сложенные очень хорошо развитыми многопорядковыми агрегатами иссинячерной окраски. В целом, заметных отличий в качестве гумуса в нижних ча­стях гор. А «кротовинных» и «лесных» черноземов нами не отмечено.
Среди песчаных почв южной лесостепи (исследованных нами на территории Цнинского лесного массива, Воронежского заповедника) распространены в основном те же типы, что и в более северных неморальных областях. Особенностью южной лесостепи является присутствие здесь песчаных почв с гу­мусовым горизонтом мощностью до 80 см (в более северных райо­нах встречи таких почв единичны). Н.П. Ремезовым (1951) подобные почвы были опи­саны в дубравах, дубняках, сосняках с развитым травяных покровом на разных терри­ториях лесостепи и полесий: Брянского лесного массива (Припятско-Деснянское по­лесье), Белорусской части Полесья (Гомельский лесхоз), Серпуховского лесхоза, Мор­довского и Воронежского заповедников. Н.П. Ремезов относил такие почвы к бурым и темно-серым лесным, характеризуя их следующими признаками:
1.Образуются под хвойно-широколиственными лесами с покровом из дубравно­го широкотравья, что обуславливает развитие дернового процесса.
2.Характерен слаборасчлененный морфологический профиль, состоящий из развитого гумусо-аккумулятивного горизонта, постепенно преходящего в нижележа­щий слабо выраженный иллювиальный горизонт с небольшим количеством тонких извилистых перегнойно-железистых ортзандов.
3.В почвообразовании значительное участие принимают черви и другие почвен­ные животные.
4.В профиле наблюдается значительное накопление мягкого аморфного пере­гноя при довольно резком убывании его с глубиной.
Так же, как и в других регионах, в почвенных профилях повсеместно встречают­ся древесные угли. Встречи углей на границе подстилки и минеральной почвы обыч­ны для сосновых лесов, испытывающих периодическое воздействие пожаров. Одна­ко, часты встречи углей и в почвах современных широколиственных лесов, где они за­легают рассеянно или в виде скоплений в органоминеральном и минеральных гори­зонтах. Перемещение углей на глубину до 15-25 см обычно связано с рас­пашкой; на большую глубину (до 120 см) — с вывалами деревьев.

Особенности развития почв южной лесостепи
Проблема происхождения черноземов издавна занимала естествоиспытателей. При этом практически с самого начала обсуждения она оказалась тесно связана с дру­гим сложным вопросом — причинах безлесия русских степей.
До второй половины XIX века в целом господствовал взгляд на безлесие русских степей как на вторичное явление. Так, П.С. Паллас предполагал, что северные сте­пи, в частности тамбовские и рязанские, в прошлом были покрыты лесом, и наследи­ем именно этого лесного прошлого степей является чернозем (Gueldenstadt, 1787, цит. по: Комаров, 1951). G. Peterson, в 1842-1843 гг. производивший специальные иссле­дования в степной полосе по поручению Министерства государственных имуществ с целью выяснения наиболее целесообразных способов облесения степных окраин, пи­сал, что, видимо, повсюду в степи, «где встречается тучный глинистый чернозем, сво­бодный от поваренной соли, он является продуктом ранее существовавшей роскош­ной растительности лиственных лесов. Он не только необычайно походит на почву, которая в настоящее время формируется в лиственных лесах в теплом климате, но также отличается от почвы, которая возникает благодаря ежегодному отмиранию и перегниванию злаков и степных трав» (Peterson, 1845, цит. по: Комаров, 1951, с. 48).
И.У. Палимпсестов считал, что образование чернозема возможно как в лесах, так и в степях, однако чернозем, возникший под лесом, резко отличается от степно­го «и большей толщиной и более черным цветом и большим богатством питательных веществ, вследствии чего он не так истощается» (Палимпсестов, 1889, цит. по: Комаров, 1951, с. 60).
В докладе на заседании Вольного экономического общества М. Богданов говорил, что «леса образуют чернозем так же, как и степи: в них даже есть гораздо более условий для образования чернозема, чем в степях» (Богданов, 1877, цит. по: Комаров, 1951, с. 57). По докладу развернулись оживленные прения; в ответ на скептическое замечание В.В. Докучаева о существовании чернозема под лиственными лесами не только докладчик, но и ряд выступавших ораторов сослались на свои наблюде-ния, что лес, действительно, растет и на черноземе. Немного позже и сам В.В. Докучаев наблюдал чернозем под лесом и объяснил это явление поселением леса на уже готовом черноземе. Несмотря на это, он все же признавал, что из всех спорных вопросов о происхождении чернозема «самый трудный для решения, без всякого сомнения, есть вопрос об участии лесов в происхождении нашего чернозема; я говорю, самый трудный, так как для вполне научного выяснения его необходима масса данных из области химии и ботаники, которых у нас нет» (курсив В.В. Докучаева, цит. по: Комаров, 1951, с. 58).
Во второй половине XIX века получила распространение гипотеза об извечном безлесии степей и смещении ландшафтных зон в позднем голоцене к югу (наступлении леса на степь). Наиболее последовательно эти представления были сформулированы СИ. Коржинским (1887, 1891), при этом он однозначно полагал наступление леса на степь причиной образования серых лесных почв в результате деградации черноземов. Эти представления до сих пор являются господствующими в отечественном почвоведении.
Современные палеогеографические реконструкции, построенные на анализе большого числа палеоботанических и палеозоологических данных с привлечением письменных источников, показывают несостоятельность представлений об извечном безлесии степей Уже обсуждали, что история степей в голоцене — это история взаимодействия скотоводов и земледельцев с первоначально лесными и лесостепными ландшафтами, время наиболее активного освоения которых человеком пришлось на конец атлантического — начало суббореального периода.
Кроме того, учет средопреобразующей роли ключевых видов копытных животных в доисторическое время (разделы 1.3, 1.5) приводит к заключению о саванно-подобном, лесостепном или лесо-лугово-степном облике ландшафта, как наиболее распространенном на данной территории до начала интенсивного вмешательства человека. Представление о сменах лесных и нелесных участков в результате сукцессии пастьбы и сукцессии зарастания лугово-степных участков в значительной степени смягчают обсуждаемые противоречия. Поскольку не существовало расчленения ландшафтов на открытые степи и теневые леса, наши реконструкции преимущественно «лесного» или «степного» прошлого конкретных участков (по наличию в почве ходов землероев или западин вывалов, либо по другим признакам) являются весьма условными.
Второй частью проблемы происхождения чернозема является вопрос о влиянии лесной и лугово-степной растительности на почвы. М.И. Герасимова (2007, с. 216-217) указывает, что в построениях о происхождении чернозема «противопоставляется вклад в почвообразование лесной и лугово-степной растительности, что не совсем справедливо, поскольку между ними невелики различия в объеме и типе биологического круговорота». Ранее мы уже обсуждали аргументы в пользу того факта, что лесная растительность не обладает свойствами оподзоливать почвы. Это подтверждается, в частности, результатами многочисленных сравнительных исследований пахотных черноземов и черноземов, длительное время развивающихся под лесом. Гумусообразование и гумусонакопление являются потенциально ведущими почвообразовательными процессами не только для черноземов, но и для других почв. Почвы с гумусовым (преимущественно темногумусовым) горизонтом являются преобладающим типом для всей территории неморальной полосы.
Превращение темногумусовых почв или черноземов в почвы с текстурно-дифференцированным профилем — результат процессов деградации, причиной которых являлось не произрастание древесной растительности а катастрофические воздействия на экосистемы. Важнейшим среди таких воздействий являлась, вероятно, распашка.
Важной особенностью южной лесостепи, определяющей иной, чем в более северных районах, механизм действия факторов поверхностной деградации при обнажении поверхности почвы, является форма выпадения осадков (Пономаренко, 1999). Для этой территории характерно выпадение осадков как в форме моросящих дождей, так и в форме ливней. При действии ливня на открытую поверхность почвы происходит перенос материала без сепарации, как при моросящем дожде, а часто и без раз-рушения частиц (агрегатов). Масса переносимого таким образом материала заметно выше, чем при моросящем дожде, за счет чего происходит водная эрозия поверхности. В зависимости от крутизны склона она может приводить к плоскостному смыву или к струйной эрозии. «Усечение» почвенного профиля является основной причиной, вызывающей необходимость забрасывания пашни (Пономаренко, 1999). В конце XIX века В.В. Докучаев отмечал существенную деградацию черноземов вследствие дегумификации, водной и ветровой эрозии.
Многочисленные исследования показывают, что длительная распашка черноземов ведет к появлению в их профилях признаков элювиально-иллювиальной дифференциации. Трудно ожидать, что в древности, при более низком уровне агрикультуры, изменения могли быть направлены в другую сторону. В идеальном случае сельскохозяйственное использование слабо преобразовывало профиль чернозема, и затем, при свободном развитии залежи, признаки этих изменений стирались.
В связи с относительно малой скоростью потери гумуса и невысокой интенсивностью процессов разрушения и иллювиирования почвенного материала сложно определить последствия давнего распространения скотоводства и пашенного земледелия в тех случаях, когда оно не сопровождалось интенсивной эрозией почв. Следы деградации, локализованные в черноземах в нижней части гумусового горизонта в виде тонких светлых скелетан на поверхности структурных отдельностей, своим происхождением обязаны, вероятнее всего, последнему этапу широкого освоения черноземов, начавшемуся в XVII веке.
Можно предположить, что возраст гумуса в нижних горизонтах отражает время высокой активности роющих видов животных и относится к периоду, когда динамика растительности и животного населения определялась в основном природными факторами, а не антропогенными воздействиями. При этом мы не касаемся здесь вопросов, связанных с трансформацией состава ключевых видов животных-фитофагов — редукцией состава видов «мамонтовой фауны», «перевзвешиванием» роли различных видов стадных копытных в ландшафтах и последовавшими за этим изменениями в характере динамики растительности. Появление «разрыва» между возрастом гумуса в верхней и нижней частях профиля может отражать заметное уменьшение интенсивности биологического круговорота в лесостепных и степных почвах, возрастание времени полного оборачивания (перемешивания) материала профиля роющими млекопитающими и почвенной фауной. Уменьшение численности роющих животных с большой вероятностью является следствием участившихся пожаров, увеличением интенсивности выпаса домашнего скота. Немаловажную роль в исчезновении роющих животных могло сыграть и их прямое уничтожение (Поляков, 1961).

Вопрос 32.