V,% mБело- Подзо- ЛистаяH3.802.802.803.100.6019.40.20A2ih0.500.501.100.700.243.40.80A20.490.800.330.540.2342.60.03Палево Подзо- листаяH6.128.94.813.313.6102.34.5A1A20.645.00.815.525.6165.18.5A20.562.51.321.435.6166.311.8
Сезонная динамика рСа, в большинстве случаев, характеризуется невысокими коэффициентами варьирования - не более 13%. Исключений составляет горизонт L (табл.2). В органогенных горизонтах белоподзолистых почв минимальные значения рСа, то есть максимальные значения активности ионов кальция в почвенном растворе наблюдаются весной, а в минеральных - летом. При этом в органогенных горизонтах характер сезонной динамики актуальной кислотности аналогичен характеру сезонной динамики активности иона Са2+. То есть максимальное содержание водорастворимого кальция наблюдается в одно и то же время. Можно предположить, что присутствие водорастворимого кальция в этих горизонтах связано с присутствием в них низкомолекулярных карбоновых кислот (НКК), что ранее было высказано Еvans, (1981); а содержание таких НКК в верхних органогенных горизонтах лесных почв, развивающихся под ельниками, было определено И.С. Кауричевым с соавт., (1962).
В палевоподзолистых почвах минимальные значения рСа в горизонтах L и H наблюдаются весной, в F - летом, а в горизонте А1А2 - осенью. Такое отличие сезонной динамики рСа в органогенных и в минеральных горизонтах палевоподзолистой почвы от динамки показателя в белоподзолистой почве предположительно можно объяснить тем, что в более кислых и в менее дренированных белоподзолистых почвах именно по причине их большего подкисления и увлажнения, переход ионов кальция в водорастворимое состояние с последующим выносом Са за пределы подзолистого горизонта происходит быстрее, чем в палевоподзолистых почвах. Это подтверждается характером сезонной динамики содержания обменного Са и Мg (табл.3 - 4). Во всех горизонтах палеваподзолистой почвы и в подзолистом и горизонте белоподзолистой почвы максимальное содержание обменного Са наблюдается осенью.
Максимальное содержание алюминия в горизонтах A2ih и А2 белый наблюдаются летом, а в горизонте Н - осенью (табл.5). Во всех горизонтах палевоподзолистой почвы максимальное содержание алюминия приходится на осенний период. Таким образом, в минеральных горизонтах исследуемых почв возрастание обменного алюминия и обменных оснований приходится на летне-осенний период. Можно предположить, что летне-осеннее увеличение содержания обменных катионов в минеральных горизонтах почв является следствием процессов разрушения почвенных минералов в результате их взаимодействия с кислым почвенным раствором. Аналогичные выводы были сделаны А.А. Роде (1978), Evans (1981). Из таблиц 1-5 следует, что максимальное подкисление почвенного раствора (максимум актуальной кислотности) наблюдается весной или летом, таким образом, совпадая или опережая по времени появление максимального содержания обменных катионов. Можно предположить, повышение уровня почвенной кислотности "инициирует" увеличение содержания обменных катионов. О ведущей роли кислотного гидролиза минералов в процессе подзолообразования говорится в работах А.А. Роде (1978). Органические кислоты типа щавелевой поступают в почвенный профиль с растительным опадом, а также в результате жизнедеятельности почвенной флоры. Взаимодействуя с минералами, гумусовые кислоты их разрушают, что на определенном этапе ведет к увеличению содержания обменных катионов и, в первую очередь, алюминия.
О возможности перехода алюминия из обменной формы в необменную и, наоборот, в своих работах указывают (Violante P. еt all (1980), Д.С. Орлов, 1992), Соколова Т.А. (1992). Разрушение минералов под действием гумусовых кислот будет происходить не только в результате повышенных концентраций ионов водорода, но и в результате реакции комплексообразования, так как кислоты типа щавелевой обладают хорошо выраженными комплесообразующими свойствами (Ю.Ю. Лурье, 1977).
На характер сезонной динамики почвенной кислотности и содержания обменных катионов большое влияние оказывают погодные условия (М.М. Абрамова (1947); Л.Б. Холопова (1981)). Возможно, что в год с другими погодными условиями очередность сезонных увеличений актуальной кислотности и обменных катионов могла оказаться другой.
В период влажного лета, как правило, физиологическая активность почвенной биоты, в том числе грибной, выше активности почвенной биоты в период засушливого лета. Поэтому в результате жизнедеятельности почвенной флоры в период влажного лета в окружающую среду выделяется большое количество органических кислот, которые накапливаясь за лето, вызывают, в конечном итоге, возрастание почвенной кислотности. В период засушливого лета активность почвенной флоры снижается, поэтому органические кислоты, выделяющиеся в почвенный профиль, успевают нейтрализоваться, что ведет к снижению уровня почвенной кислотности.
В целом, сезонное варьирование содержания обменных катионов в изучаемых подзолистых почвах ЦЛГБЗ характеризуется высокими коэффициентами от 3,4 до 166%, что согласуется с литературными данными М.М. Абрамовой (1947), Л.Б. Холоповой (1981), Skillberg (1991), Dabid (1990).
Между значениями актуальной кислотности и содержанием обменных оснований и содержанием водорастворимого кальция в горизонтах белоподзолистой почвы наблюдается тенденция к линейной связи. Коэффициент корреляции составляет 0,55 (табл.6).
Таблица 6
Коэффициент корреляции между значениями показателей кислотно-основного состояния подзолстых почв ЦЛГБЗ
СезонПараметрБелоподзолистая ПочваПалевоподзолистая ПочваВеснарН н2 о - рСа0.77-0.33рН н2о - обм. Са-0.33-0.23рНн2о - обм. Мg-.0.35-0.91ЛеторН н2 о - рСа0.19-0.04рН н2 о - обм. Са-0.41-0.44рНн2о - обм. Мg-0.41-0.28рН н2о - обм. А1-0.14-0.35ОсеньрНн2 о - рСа0.940.75рН н2о - обм. Са0.55-.0.05рН н2о - обм. Мg0.320.0001рН н2о - обм. А10.43-0.99
В таблице 7 приводятся данные о межгодовом варьировании выше указанных показателей в органогенных и в верхних минеральных горизонтах палевоподзолистых почв, преобладающих на автоморфных позициях территории ЦЛГБЗ и развивающихся под покровом ельника-кисличника. Из этой таблицы следует, что рН-Н2О, рН-КС1 и рСа характеризуются невысокими коэффициентами межгодовой динамики, не более 20%, что связано с логарифмическим масштабом этих показателей. Обменная кислотность и обменный алюминий характеризуется высокими показателями межгодовой динамики 50-166%. Максимальное варьирование обменного алюминия наблюдается в подзолистом горизонте, актуальной кислотности - в горизонте А1А2, рН-КС1, рСа и обменной кислотности - в подстилке. Однако закономерного изменения величин коэффициентов межгодового варьирования показателей вниз по профилю не наблюдается.
Ганжара (1970) считает, что количество водорастворимых кислот в подстилках подзолистых почв подтверждено сезонным и межгодовым колебаниям. Согласно результатам исследований Ганжара наибольшее количество выделяется в период наиболее активной минерализации подстилки - в период наибольшей активности микроорганизмов, что, как правило, совпадает с наиболее теплым и влажным периодом. Ганжара (1970) считает, что наибольшая активность микроорганизмов в верхних горизонтах подзолистых почв отмечается в первые месяцы растительного опада: май - -июнь.
Таблица 7
Межгодовое варьирование показателей кислотно-основного состояния палевоподзолистых почв ЦЛГБЗ
ГоризонтпараметрМ ± m δVnFрH-H2O4.9±0.0360.183.725рCa3.0±0.1060.5317.825рH-KCL3.9±0.0610.317.825ОБК*24.3±3.4417.270.725HрН-Н2О5.0±0.0440.224.325рСаНе опр. Не опр. Не опр. -рН-КС14.0±0.1620.8120.425ОБК*30.3±2.9714.949.025Обм, А112.9±1.547.759.825A1A2рН-Н2О4.1±0.0630.286.820рСа2.3±0.0640.2012.920рН-КС13.5±0.0590.267.620A2пале- ВыйрН-Н2О4.6±0.0470.235.125рСа3.3±0.0960.4814.525рН-КС13.9±0.0310.164.125ОБК7.4±0.2981.520.225Обм. АL1.8±0.4252.1116.325
С этим же фактором, возможно, связано весенне-летнее возрастание величин актуальной и обменной форм почвенной кислотности в верхних горизонтах бело - и палевоподзолистых почв ЦЛГБЗ, что, в конечном итоге, ведет к осеннему возрастанию содержания обменных катионов и водорастворимого кальция. Таким образом, можно предположить, что осеннее увеличение содержания обменных катионов (Са, Мg и АL) и водорастворимого кальция в верхних минеральных горизонтах бело - и палевоподзолистых почв ЦЛГБЗ "инициируется весенне-летним подкислением, связанным с наибольшей физиологической активностью почвенной микрофлоры и высших растений в этот период вегетации.
Источники естественного подкисления лесных почв, приводящего к развитию подзолообразовательного процесса различны. По мнению А.А. Роде такими источниками являются процессы корневого питания растений, а по мнению М.М. Абрамовой, Л.Б. Холоповой, Ulrich, Т.А. Соколовой с соавт - также деятельность почвенных микроорганизмов, растительный опад и атмосферные осадки, просачивающиеся через кроны и стекающие по стволам деревьев.
В целом, межгодовая динамика оценивается меньшими коэффициентами варьирования по сравнению с пространственной динамикой и большими по сравнению с сезонной динамикой. Превышение коэффициентов межгодовой динамики над коэффициентами сезонной динамики может быть объяснено увеличением объема выборки (для палевоподзолистых почв ЦЛГБЗ этот вопрос не изучался) и отличием погодных условий другого года наблюдений.
Сравнение значений рН-Н2О за 1990 - 1992 годы со значениями этого же показателя за 1939 - 1940 годы по М.М. Абрамовой, 1940 в палевоподзолистых почвах ЦЛГБЗ показало, что во всех почвенных горизонтах значения рН-Н2О оказались ниже, чем измеренные более полувека назад. Последнее можно объяснить результатом длительного воздействия на почву ельника-кисличника, под покровом которого и формируется палевоподзолистая почва.
Таблица 8
Варьирование актуальной кислотности в палевоподзолистой почве по годам с учетом различий в погодных условиях
ГодаГоризонтМ ± mδVn1939 и 1991F6.03±0.1890.467.76A1A24.73±0.8830.224.66A25.09±0.1400.346.761940 и 1992F5.02±0.1400.183.76A1A24.55±0.1120.276.06A25.05±0.1000.234.66
Растения непосредственно в процессе своей жизнедеятельности через корневые системы продуцируют угольную и органические кислоты /типа щавелевой/ (Либберт, 1976; 1982; и др.), а также определяют условия формирования подстилки (Работнов, 1978), в процессе разложения которой также продуцируются органические водорастворимые кислоты (Кауричев И.С., Ноздрунова Е. М., 1962; Кауричев 1965).
Работнов Т.А. (1978) также отмечает, что деятельность сапротрофов разнообразно влияет на эдафические условия произрастания растений: увлажнение, обеспеченность элементами минерального питания, аэрацию, реакцию почвы, на накопление специфически действующих веществ. Таким образом, лесные фитоценозы активно влияют на некоторые химические свойства почвенного профиля, и, в первую очередь, на уровень почвенной кислотности, то есть подкисляют почву.
Подобное продуцирование кислых продуктов жизнедеятельности микрофлорой в процессе разложения подстилки и растительностью на протяжении 50 лет и более ведет к подкислению почв и возрастанию величин форм почвенной кислотности, что мы и наблюдаем, сравнивая свои данные по актуальной кислотности подзолистых почв ЦЛГБЗ с литературными. В качестве литературных данных использовались данные М.М. Абрамовой, исследовавшей подзолистые почвы ЦЛГБЗ более 50 лет назад. В результате такого сравнительного анализа оказалось, что палевоподзолистые почвы за столь продолжительный срок подкислились, что согласно Т.А. Работнову безусловно связано с одной из форм средообразующего воздействия растений и вполне может рассматриваться как возрастные изменения биогеоценоза.
Таким образом, подкисление палевоподзолистых почв, развивающихся под ельником на протяжении 50 лет, может служить признаком возрастных изменений данного биогеоценоза, смены его возрастных состояний.
Выводы
Сезонное варьирование содержания обменных катионов в изучаемых подзолистых почвах ЦЛГБЗ характеризуется высокими коэффициентами от 3,4 до 166%, а логарифмических показателей - низкими, не более 20 %.
Основным фактором сезонной динамики исследуемых показателей являются погодные условия. К факторам межгодовой динамики показателей исследуемых показателей помимо погодных условий следует отнести возрастные изменения биогеоценозов, заключающиеся в изменении косной среды обитания (в подкислении почв) фитоценозами, обусловленные средообразующей способностью растений.
Палевоподзолистые почвы 50 лет подкислились, что согласно Т.А. Работнову безусловно связано с одной из форм средообразующего воздействия растений - продуцирования кислот - и вполне может рассматриваться как возрастные изменения биогеоценоза.
Литература
- Абрамова М.М. Сезонная изменчивость некоторых химических свойств лесной подзолистой почвы. - Труды Почвенного ин-та им.В. В. Докучаева, 1947, т.25.
- Карпачевский Л.О. Пестрота почвенного покрова в лесном биогеоценозе. - М.: МГУ, 1978.
- Кауричев И.С., Ноздрунова Е.М. О миграции и качественном составе воднорастворимого органического вещества в почвах лесолуговой зоны // Известия ТСХА, Почвоведение, агрохимия, 1962, т.5, №48 //
- Либберт Э. Физиология растений. - М.: Мир, 1976.
- Либберт Э. Основы общей биологии. - М.: Мир, 1982.
- Лурье Ю.Ю. Справочник по аналитической химии. - М.: Химия, 1984.
- Орлов Д.С. Химия почв. - М.: МГУ, 1992.
- Роде А.А. Генезис почв и современные процессы почвообразования. - М.: Наука, 1978.
- Соколова Т.А., Дронова Т.Я., Коробова Н.Л. О варьировании некоторых показателей кислотно-основного состояния подзолистых почв в связи с задачами почвенно-химического мониторинга. - В сб.: Проблема экологического мониторинга и моделирования экосистем. - Санкт-Петербург: Гидрометеоиздат, 1992.
- Холопова Л.Б. Динамика свойств почв в лесах Подмосковья - М., 1981.
- Davis H. Mott J. Titration of fulvic acid fraction II. Chemical changes at high pH || Soil Sci. Soc. Am. J., 1981
- Field and laboratory manual International co-operative programme on integrated monitoring/ prepared by the Programme Nat. Board of Centre EDC Waters and Environment. - Findland, 1989.
- Violante P., Violante A. Charac terization of H-bentonite and interpritation of the third buffer range appiaring on pH titration curves. - Agrobomica, 1980,v.24, N1
- Skillberg U. Seasonal variation of pH-H2O and pH-CaC12 in centimeter - layers of mor humus in pieca abies - || - Soil Sci. Soc. Am. J., 1991,v.6
- Ulrich B. Natural and anthropogenic components of soil asidificftion. - Z. Pflanzenern, Bodenkunde, 1986,v/149.