Сравнительная характеристика лесных и луговых почв участка «Коуровка» полигона «Урал-Карбон»

Генезис

Наличие промывного водного режима и хвойных и лиственно-хвойных лесов с моховым и мохово-травянистым покровом обуславливают формирование дерново-подзолистых почв, при этом преобладают дерновые и подзолистые элементарные процессы почвообразования. Дерново-подзолистые почвы характерны для южной тайги и составляют 28,6 % от площади Свердловской области [Единый государственный реестр…, 2014].
Почвы, находящиеся под лугами в таежной зоне, являются вторичными образованиями, возникающими, чаще всего, на месте леса или на оставленных в залежь пашнях. Степень преобразований дерново-подзолистых почв под луговыми фитоценозами выра-жается на основе сравнения почв луговых и лесных биогеоценозов, находящихся в одина-ковых условиях рельефа и почвообразующих пород [Хохлов, 2015].

Морфологическое строение почв участка карбонового полигона

Морфологическое строение исследуемых почв участка «Коуровка» приведено на примере разрезов К-2 (лесной участок) и К-11 (луговой участок) (см. рисунок 1).

Рисунок 1. Расположение разрезов на участке «Коуровка» полигона «Урал-Карбон» (картосхема В. В. Валдайских)

Разрез К-2

А₀ – 0–1 см – подстилка из опада хвои и травянистых растений. В некоторых частях профиля – оторфован.
А₁ – 1–10 см – серый, рыхлый, мелкокомковато-пылеватый, с включениями мелких корней (составляющих около 20 %) суглинок, граница волнистая, переход по окраске и плотности резкий.
А₂ – 10–25 см – светло-серый, плотный, плитчатый, с единичными средними кор-нями суглинок, граница волнистая, переход по окраске ясный.
B_t – 25–55 см – бурый, плотный, крупно-ореховатый тяжелый суглинок, граница ровная, переход по плотности и влажности постепенный.
BС – 55–70 см – бурая, очень плотная, крупно-ореховатая глина (см. рисунок 2).

На основании характерного набора горизонтов почву, вскрытую разрезом К-2, можно отнести к дерново-подзолистой.

Рисунок 2. Дерново-подзолистая почва разреза K-2 (фото. О. А. Некрасовой)

Разрез К-11

Почва лугового участка является полигенетичной и включает следующие горизонты: O–А_д–А₁–[А₁]–А₂B–B_t (см. рисунок 3). В ней присутствует остаточный от прежних этапов почвообразования большой мощности гумусовый горизонт луговой почвы (предположительно пойменной). В дальнейшем, в период формирования почвы в лесных условиях (о чем свидетельствуют единичные корни древесных растений) запустился процесс оподзоливания, проявляющийся в наличии горизонта А₂В. В дальнейшем, после рубки леса, почва оказалась под воздействием травянистого сообщества суходольного луга, влияние которого проявляется главным образом в верхней толще почвенного профиля.

Рисунок 3. Луговая почва разреза К-11 (фото. О. А. Некрасовой)

Некоторые физико-химические характеристики

pH\(_{\text{H}_2\text{O}}\)

Реакция почв зависит от наличия и соотношения в почвенном растворе водородных (Н+) и гидроксильных (ОН-) ионов и выражается в виде отрицательного логарифма активности водородных ионов (pH), принимая нейтральное (рН ≈ 7), кислое (рН < 7) или щелочное (рН > 7) значения. От кислотно-основных свойств почв зависят рост и развитие растений, ход биологических процессов в самой почве, характер ее микрофлоры, полнота разложения и минерализация органического вещества [Возбуцкая, 1968].

Разрез K-2

dfH1 <- data.frame(depth = c(0, 1, 10, 25, 55, 70), 
                 dann = c(5.24, 5.24, 4.24, 4.60, 4.72, 5.01))

phK2 <- ggplot(dfH1, aes(x=dann, y=depth)) +
  geom_point (size = 3) +
  geom_path(linewidth = 1) +
  scale_linewidth_identity() +
  scale_x_continuous(name = "pH", expand = c(0, 0), limits = c(0, 6), 
                     breaks = seq(from = 0,
                                  to = 6, 
                                  by = 2)) +
  scale_y_reverse(expand = c(0, 0), breaks = seq(from = 0,
                                                 to = 70,
                                                 by = 20)) +
  labs (y = "Глубина, см") +
  theme(text=element_text(size=12),
        axis.line.x = element_line(color="black"),
        axis.line.y = element_line(color="black"),
        axis.text = element_text(color="black"),
        panel.background = element_blank())

ggplotly(phK2) %>% 
  layout(xaxis = list(side = "top")) %>% style(cliponaxis = FALSE)

Разрез K-11

dfH2 <- data.frame(depth = c(0.5, 4, 14, 24, 32, 46, 70), 
                 dann = c(4.71, 4.71, 4.80, 4.91, 4.75, 5.07, 5.24))

 phK11 <- ggplot(dfH2, aes(x=dann, y=depth)) +
  geom_point (size = 3) +
  geom_path(linewidth = 1) +
  scale_linewidth_identity() +
  scale_x_continuous(name = "pH", expand = c(0, 0), limits = c(0, 6), 
                     breaks = seq(from = 0, 
                                  to = 6,
                                  by = 2)) +
  scale_y_reverse(expand = c(0, 0), breaks = seq(from = 0,
                                                 to = 70,
                                                 by = 20)) +
  labs (y = "Глубина, см") +
  theme(text=element_text(size=12),
        axis.line.x = element_line(color="black"),
        axis.line.y = element_line(color="black"),
        axis.text = element_text(color="black"),
        panel.background = element_blank())
 
ggplotly(phK11) %>% 
  layout(xaxis = list(side = "top")) %>% style(cliponaxis = FALSE)

Таким образом, значения рН водной вытяжки всех исследуемых почв лежат преимущественно в кислой области, от 4,5 до 5,5. Минимальные значения приходятся на горизонт А₂, указывая на протекание подзолистого процесса. Значения рН в почве лугового участка изменяются незначительно и варьируют практически в 2 раза в более узких пределах, чем в лесной почве, минимальные значения приходятся на погребенный гумусовый горизонт, что указывает на протекание современного подзолистого процесса.

Содержание углерода в почве

Углерод входит в состав почвенного органического вещества – природного источника снабжения растений элементами минерального питания, контролирует процессы азот-фиксации, денитрификации, минерализации и иммобилизации азота, служит источником энергии и питания микроорганизмов, чувствителен к воздействию удобрений [Ларионов, 2019].

Разрез K-2

dfC1 <- data.frame(depth = c(0, 1, 10, 25, 55, 70), 
                 dann = c(35.68, 35.68, 5.09, 0.60, 0.48, 0.41)) 

CK2 <- ggplot(dfC1, aes(x=dann, y=depth)) +
  geom_point (size = 3) +
  geom_path(linewidth = 1) +
  scale_linewidth_identity() +
  scale_x_continuous(name = "C, %", expand = c(0, 0), limits = c(0, 40), 
                     breaks = seq(from = 0,
                                  to = 40,
                                  by = 5)) +
  scale_y_reverse(expand = c(0, 0), breaks = seq(from = 0,
                                                 to = 70,
                                                 by = 20)) +
  labs (y = "Глубина, см") +
  theme(text=element_text(size=12),
        axis.line.x = element_line(color="black"),
        axis.line.y = element_line(color="black"),
        axis.text = element_text(color="black"),
        panel.background = element_blank())

ggplotly(CK2) %>% style(cliponaxis = FALSE) %>% 
  layout(xaxis = list(side = "top"))

Разрез K-11

dfC2 <- data.frame(depth = c(0.5, 4, 14, 24, 32, 46, 70), 
                 dann = c(5.66, 5.66, 3.71, 3.61, 2.53, 1.13, 0.41))

CK11 <- ggplot(dfC2, aes(x=dann, y=depth)) +
  geom_point (size = 3) +
  geom_path(linewidth = 1) +
  scale_linewidth_identity() +
  scale_x_continuous(name = "C, %", expand = c(0, 0), limits = c(0, 25), 
                     breaks = seq(from = 0,
                                  to = 25,
                                  by = 5)) +
  scale_y_reverse(expand = c(0, 0), breaks = seq(from = 0,
                                                 to = 70,
                                                 by = 20)) +
  labs (y = "Глубина, см") +
  theme(text=element_text(size=12),
        axis.line.x = element_line(color="black"),
        axis.line.y = element_line(color="black"),
        axis.text = element_text(color="black"),
        panel.background = element_blank())

ggplotly(CK11) %>% style(cliponaxis = FALSE) %>% 
  layout(xaxis = list(side = "top"))

Таким образом, в лесных почвах участка «Коуровка» наблюдается регрессивно-аккумулятивное распределение [Розанов, 2004] органического углерода по профилю с максимумом в подстилке и резким убыванием его количества с глубиной.

Содержание кальция и магния в почве

Кальций оказывает существенное влияние в почвообразовании и плодородии почв благодаря его участию в обменных реакциях и высокому потреблению растениями.
Магний участвует в процессах формирования почвенной структуры, оказывает влияние на буферность почв и их способность удерживать влагу.

Разрез K-2

dfCM1 <- data.frame(depth = c(0, 1, 10, 25, 55, 70), 
                 dann = c(16.1, 16.1, 9.0, 6.8, 18.3, 27.3))
                 
CMK2 <- ggplot(dfCM1, aes(x=dann, y=depth)) +
  geom_point (size = 3) +
  geom_path(linewidth = 1) +
  scale_linewidth_identity() +
  scale_x_continuous(name = "Ca+Mg, мг-экв/100 г", expand = c(0, 0), 
limits = c(0, 30), 
breaks = seq(from = 0, to = 30, by = 5)) +
  scale_y_reverse(expand = c(0, 0), breaks = seq(from = 0,
                                                 to = 70,
                                                 by = 20)) +
  labs (y = "Глубина, см") +
  theme(text=element_text(size=12),
        axis.line.x = element_line(color="black"),
        axis.line.y = element_line(color="black"),
        axis.text = element_text(color="black"),
        panel.background = element_blank())
        
ggplotly(CMK2) %>% style(cliponaxis = FALSE) %>% 
  layout(xaxis = list(side = "top"))

Разрез K-11

dfCM2 <- data.frame(depth = c(0.5, 4, 14, 24, 32, 46, 70), 
                 dann = c(13.4, 13.4, 8.8, 8.2, 7.9, 6.2, 11.1))
                 
CMK11 <- ggplot(dfCM2, aes(x=dann, y=depth)) +
  geom_point (size = 3) +
  geom_path(linewidth = 1) +
  scale_linewidth_identity() +
  scale_x_continuous(name = "Ca+Mg, мг-экв/100 г", expand = c(0, 0), 
limits = c(0, 30), 
breaks = seq(from = 0, to = 30, by = 5)) +
  scale_y_reverse(expand = c(0, 0), breaks = seq(from = 0,
                                                 to = 70,
                                                 by = 20)) +
  labs (y = "Глубина, см") +
  theme(text=element_text(size=12),
        axis.line.x = element_line(color="black"),
        axis.line.y = element_line(color="black"),
        axis.text = element_text(color="black"),
        panel.background = element_blank())
        
ggplotly(CMK11) %>% style(cliponaxis = FALSE) %>% 
  layout(xaxis = list(side = "top"))

Таким образом, наибольшее количество кальция и магния приурочено к нижним горизонтам в лесной почве (BC), а в почве лугового участка – к органическому горизонту. Элювиально-делювиальное распределение поглощенных катионов по почвенному профилю (с минимумом в горизонте А₂) указывает на наличие подзолистого процесса в разрезах лесных почв. В почве лугового участка минимальные значения содержания этих катионов приходятся на горизонт А₂В, такое распределение также указывает на то, что почва прошла лесной этап почвообразования, во время которого протекал элювиальный процесс.

Запасы органического углерода в почвах участка «Коуровка»

Запасы органического углерода в исследуемых почвах в подстилке, на глубинах 0–20, 0–30, 0–50 см и во всем профиле в отдельных разрезах участка «Коуровка» существенно варьируют.

Таблица 1 – Средние значения запасов органического углерода в почвах участка «Коуровка»

Слой	Запасы Сорг т/га
0–20 см	87±40
0–50 см	119±38
Весь разрез 0–70 см	128±35

Т. А. Пристова [2024] в своей статье приводит значение для запасов углерода в елово-березовом молодняке возрастом около 12 лет во всей толще почвенного разреза, которое составляет 72,80±12,27 т/га. Запасы в изучаемых почвах участка «Коуровка» существенно выше приведенного значения (см. таблицу 1).

Таблица 2 – Средние значения запаса углерода в некоторых слоях почвы (литературные данные)

Территория	Категория лесного района	Запасы Сорг т/га в подстилке	Запасы Сорг т/га в слое 0-30 см
Европейско-Уральская часть	ель	10,9	79,3
Европейско-Уральская часть	пихта	6,2	97,1

Общие запасы углерода в подстилке лесных почв участка «Коуровка» полигона «Урал-Карбон» составляют от 1,78 до 3,45 т/га, что составляет примерно 2 % от общих запасов органического углерода по профилю. По сравнению с запасами С_орг в подстилках еловых и пихтовых лесов (см. таблицу 2), приведенными для южной тайги Европейско-Уральской части [Распоряжение…, 2017], полученные значения низки, что можно объяснить небольшой мощностью подстилки, не превышающей 2 см.

Полученные данные запасов органического углерода в исследуемых почвах участка «Коуровка» в целом согласуются с имеющимися в литературе материалами о запасах углерода в почвах таежных лесов. Уровень запасов органического углерода в исследуемых почвах соответствует низкому или среднему уровням [Орлов, 1990].

Список использованной литературы

1. Возбуцкая А. Е. Химия почвы. – М. : Высш. Школа, 1968. – 429 с.
   
2. Гафуров Ф. Г. Почвы Свердловской области. – Екатеринбург : Изд-во Урал. ун-та, 2008. – 396 с.
   
3. Единый государственный реестр почвенных ресурсов России. – М. : Почвенный ин-т им. В.В. Докучаева Россельхозакадемии , 2014. – 768 с.
   
4. Ларионов Ю. С. Роль углерода и круговороты на его основе как предпосылки совершенствования системы мониторинга плодородия почв // Интерэкспо Гео-Сибирь. – 2019. – № 2. – С. 126–131.
5. Орлов Д. С. Гумусовые кислоты почв и общая теория гумификации. – М. : Изд-во МГУ, 1990. – 325 с.
6. Пристова Т. А. Запасы углерода в почве березово-елового молодняка средней тайги Республики Коми // Экосистемы. – 2024. – № 40. – С. 76–83.
7. Распоряжение Министерства природных ресурсов и экологии РФ от 30 июня 2017 г. № 20-р «О методических указаниях по количественному определению объема поглощения парниковых газов». [Электронный ресурс]. URL: https://www.consultant.ru/ (дата обращения 26.05.2025).
   
8. Розанов Б. Г. Морфология почв : Учебник для высшей школы. – М. : Академический Проект, 2004. – 432 с.
   
9. Хохлов С. Ф. Постагрогенные дерново-подзолистые почвы под лесом и лугом в Подмосковье: свойства, эволюция и элементы водного баланса : дис… канд. с.-х. наук. – Москва, 2015. – 158 с.