Почвоведение, 2023, № 3, стр. 300-311
Латеральное варьирование параметров гумусового и карбонатного профилей агрочерноземов (Белгородская область)
М. А. Смирнова a, *, А. Н. Геннадиев a, Ю. Г. Чендев b
a МГУ им. М.В. Ломоносова
119999 Москва, Ленинские горы, 1, Россия
b Белгородский государственный национальный исследовательский университет
308015 Белгород, ул. Победы, 85, Россия
* E-mail: summerija@yandex.ru
Поступила в редакцию 31.08.2022
После доработки 09.11.2022
Принята к публикации 10.11.2022
- EDN: HDONUQ
- DOI: 10.31857/S0032180X22601086
Аннотация
Изучение латерального варьирования свойств агрочерноземов позволило получить количественную характеристику ненаправленных короткопериодичных, как правило, первые метры, изменений почвенно-профильных параметров. В основу настоящего исследования положены данные о почвах водораздельной поверхности, приуроченных к трем параллельным трансектам, каждая протяженностью 240 м, перпендикулярно пересекающим лесополосу 60-летнего возраста в их центральной части. Шаг опробования составил 10 м на сельскохозяйственных полях и 6 м – под лесополосой; изучены особенности гумусового и карбонатного профилей в 75 точках: содержание органического углерода в слое 0–20 см, мощность гумусового горизонта и гумусового профиля, глубина вскипания, содержание углекислоты карбонатов в слое вскипания и горизонте максимального скопления карбонатов. Выявлено, что параметры гумусового и карбонатного профилей почв меняются периодически с шагом 6–10 м. Параметры гумусового профиля характеризуются меньшими коэффициентами вариации (<30%), чем параметры карбонатного профиля почв (>50%). Произрастание лесных насаждений на агрочерноземах (Haplic Chernozem (Аric)) в течение 60 лет привело к формированию новых классификационных компонентов – агрочерноземов постагрогенных (Haplic Chernozem), характеризующихся меньшим латеральным варьированием свойств по сравнению с почвами пашни. Всего в пределах исследованного участка встречается 3 типа почв: агрочерноземы (64 точки; Haplic Chernozem (Aric, Loamic, Pachic)), агрочерноземам глинисто-иллювиальные (7 точек; Luvic Chernozem (Aric, Loamic, Pachic) и Luvic Chernic Phaeozem (Aric, Loamic, Pachic)) и агрочерноземы глинисто-иллювиальные квазиглеевые (4 точки; Luvic Stagnic Chernic Phaeozem (Aric, Loamic, Pachic)), включающие 8 подтипов.
ВВЕДЕНИЕ
Пространственная изменчивость почв является их неотъемлемым качеством и важной сущностной характеристикой. Выделяются различные варианты пространственной изменчивости почвенных свойств с акцентом на: а) уровень ее векторности; б) выраженность ее периодичности; в) частоту и регулярность смены направлений и др. Латеральное варьирование почвенных свойств представляет собой частный случай пространственной изменчивости почв. Для латерального варьирования, как правило, характерны ненаправленные короткопериодичные – в диапазоне первых метров – изменения почвенно-профильных параметров, обусловленные изменениями, главным образом, литологического (гранулометрический состав), геоморфологического (микрорельеф) и зоологического (животные-землерои) факторов. Для корректной постановки задач и выбора методов анализа эмпирического материала при исследовании латерального варьирования почвенных свойств необходимо представлять, чем отличаются подходы к изучению латерального варьирования от подходов к изучению структуры почвенного покрова, поскольку и те, и другие имеют ряд общих целей и методологических инструментов. По Фридланду – автору целостного учения о структуре почвенного покрова – суть исследования последней заключается в достижении понимания того, какой характер имеет заполнение пространства почвенными классификационными единицами, каковы закономерности чередования этих классификационных единиц, и в чем состоят особенности их сопряжения и эволюции [23]. При изучении латерального варьирования почвенный покров представлен для исследователя, в первую очередь, не классификационными таксонами, а континуальным полем тех или иных почвенных свойств, выбранные границы диапазонов которых могут совпадать или не совпадать с границами классификационных выделов. Отметим, что при исследовании латерального варьирования информация о структуре почвенного покрова может использоваться и дополнять полученные результаты.
Выявление особенностей латерального варьирования свойств почв и причин, его вызывающих, способствует раскрытию природы структурно-функциональной организации почвенного покрова [10]. В практическом плане изучение латерального варьирования свойств почв имеет важное значение для проектирования систем точного земледелия, дифференцированного внесения удобрений, формирования оптимальной сети полевого опробования почв и др. В той или иной степени, вопросы, касающиеся латерального варьирования, затрагивались в работах [17, 28, 34, 32 ].
Считается, что свойства черноземов характеризуются относительно слабым латеральным варьированием, обусловленным как большой мощностью гумусового горизонта и простым строением их почвенного профиля, так и слабо выраженным варьированием факторов почвообразования на малых расстояниях [23]. При этом имеются сведения о значительной латеральной вариабельности свойств черноземов на коротких расстояниях, возникающей в результате естественных причин. Например, в работе [9], основанной на исследовании почв в 800-метровых трансектах с шагом опробования в 30–50 м, выявлены параметры пространственного варьирования значений рНKCl, гидролитической кислотности, содержания гумуса и др. черноземов выщелоченных; показано, что ареалы черноземов выщелоченных с контрастным уровнем плодородия приурочены к разным элементам рельефа. На примере детального исследования выщелоченных черноземов (полигон размером 0.3 га) Кураченко [11] показано, что пространственная вариабельность содержания нитратного азота достигает 78%, фосфора и калия – менее 31%. В работе Сорокиной [19] для водораздельного участка Курской области выявлено сильное варьирование глубины обнаружения карбонатов – от 0 до 180 см. Результаты детальной почвенной съемки различных участков черноземной зоны представлены в работах [2, 4, 19, 22, 24, 26, 27, 30, 31]. Вместе с тем данных о латеральном варьировании свойств черноземов на коротких расстояниях недостаточно, тем более что для каждого сочетания физико-географических условий характерны свои локальные комбинации факторов, определяющие пространственное варьирование свойств почв, что обусловливает необходимость расширения таких исследований.
Цель работы – количественная оценка латерального варьирования параметров гумусового и карбонатного профилей агрочерноземов. В основу положены данные о свойствах агрочерноземов в 75 точках полевого опробования (с шагом в 6–10 м), приуроченных в пределах водораздельной поверхности к трем параллельным трансектам протяженностью 240 м, пересекающим лесополосу. В каждой точке определяли мощности гумусового горизонта и гумусового профиля, глубину вскипания от 10% HCl, содержание Сорг в слое 0–20 см, содержание CO2 карбонатов в слоях вскипания и с карбонатными новообразованиями (если последние два слоя не совпадали друг с другом). В задачи работы входило:
– охарактеризовать морфологическое строение почв трансект, провести описательную статистику свойств почв;
– выявить и оценить особенности латерального варьирования свойств почв в трансектах;
– провести картографирование почвенного покрова ключевого участка и охарактеризовать особенности его строения.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
Участок Бондарев находится на юге Среднерусской возвышенности в Краснояружском районе Белгородской области вблизи границы с Курской и Сумской областями. Климат территории умеренно континентальный; согласно метеостанции, расположенной в аэропорту г. Белгорода (82 км к Ю–В от участка исследования), среднегодовая температура составляет +8.6°С, среднегодовое количество осадков – 582 мм/год (за период с 2012 по 2020 гг.). Гидротермический коэффициент Селянинова составляет 1.24, участок расположен в наиболее влажной части лесостепи Среднерусской возвышенности.
Участок представлен выровненной субгоризонтальной поверхностью с небольшим уклоном к югу (<2°). На участке расположена меридионально-ориентированная лесополоса шириной 40 м, состоящая из 12 сдвоенных рядов деревьев; доминирует ясень обыкновенный (Fraxinus excelsior); дополнительно встречаются вяз малый (Ulmus minor) и клен ясенелистный (Acer negundo). Возраст древостоя лесополосы составляет около 60 лет (определен подсчетом годичных колец буровых колонок). На прилегающих сельскохозяйственных полях выращивают зерновые и технические культуры, используют плужную обработку почв с оборотом пласта и дискование. Возраст пашни составляет не менее 170 лет [16]. На момент проведения исследования на поле, расположенном к западу от лесополосы, выращивалась кукуруза, к востоку – пшеница. Почвообразующие породы представлены карбонатными лёссовидными суглинками, глубина залегания грунтовых вод – более 8 м [13].
На ключевом участке были заложены три трансекты (расстояние между трансектами 10 м), протяженностью по 240 м, перпендикулярные лесополосе (рис. 1). Опробование почв проводили каждые 10 м на сельскохозяйственных полях (по 30 точек на каждом поле, прилегающем к лесополосе) и каждые 6 м под лесополосой (15 точек). Глубина буровых скважин варьировала от 1.5 до 3 м в зависимости от расположения слоя с морфологически выраженными карбонатными новообразованиями. Индексация точек опробования включает номер трансекты (1 – северная, 2 – центральная, 3 – южная), особенности расположения относительно лесополосы (Л – лесополоса, З – к западу от лесополосы, В – к востоку от лесополосы) и номер точки в трансекте (номера даны с запада на восток отдельно для каждого поля, лесополосы). Например, разрез 2В-4 сделан на центральной трансекте к востоку от лесополосы в 30 м от ее края (то есть точка 4 в трансекете на поле к востоку от лесополосы).
Отбор образцов проводили из верхнего слоя гумусового горизонта (глубины 0–20) для определения содержания органического углерода (75 образцов) методом Тюрина [1]. Углерод карбонатов определяли в 90 образцах, отобранных на границе вскипания почвы от 10% HCl, и в слое обнаружения педогенных карбонатов (как правило, граница вскипания соответствовала верхней границе слоя обнаружения педогенных карбонатов, поэтому в большинстве случаев отбирался один образец на анализ) хроматографически через 1 ч после начала реакции почвенной навески с 10%-ным раствором HCl, прилитой в избытке в сосуды, плотно закрытые резиновыми пробками. Классификация и диагностика почв проводилась согласно Классификации и диагностике почв России [7].
Статистическую обработку данных выполняли в программе Statistica; рассчитывали основные статистические параметры, проверили гипотезы о нормальности и лог-нормальности распределения исследованных свойств почв (на основании критериев Колмогорова–Смирнова и Уилка–Шапиро), провели корреляционный анализ Спирмена. Почвенную карту составляли экспертным методом с применением методики, описанной в работе [25]. Проведение границ между почвенными ареалами, в том числе базировалось на результатах наложения карт мощности гумусового профиля и глубины вскипания (построены методом крикинга).
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Морфологическое строение почв. Исследованные почвы характеризуются следующим строением почвенного профиля: под маломощной (не более 3 см) лесной подстилкой (только на поверхности почв лесополосы), встречается агротемногумусовый горизонт PU. Этот горизонт имел темно-серый цвет, был гомогенным, глыбистым в почвах пашни и комковатым в почвах под лесополосой (признак ра, горизонт PUpa). Нижняя часть горизонта PU очень плотная, с признаками горизонтальной делимости), подстилается хорошо оструктуренным комковато-зернистым темно-серым темногумусовым горизонтом AU. В разрезах (1Л-4, 2З-1, 2З -5, 2З -8, 3З -4, 3З-9) нижняя часть горизонта AU вскипает при реакции с 10%-ной HCl и может содержать нитевидные карбонатные налеты (признак lc). Темногумусовый горизонт подстилается переходными к срединному, глинисто-иллювиальному BI (разрезы 1З-2, 1З-3, 1З-7, 3З-1, 3З-2, 1Л-2, 1В-4, 1В-5, 1В -8, 2В-1, 3В-2) или аккумулятивно-карбонатному BCA (в остальных разрезах). Горизонт BI, в отличие от горизонта BCA, не содержит карбонатов, для него характерно наличие тонких пленок на поверхности педов (придающих более темный цвет поверхности педов в отличие от внутрипедной массы). Общей особенностью этих горизонтов является сильная степень перерытости материала почвенными животными (слепышами), что проявляется в неоднородной окраске горизонтов, наличии пятен более темного (материал гумусового горизонта) и более светлого (материал нижележащих горизонтов) цветов, изменении плотности (от рыхлого до плотного) в пределах горизонта. Под глинисто-иллювиальным горизонтом, как правило, залегает аккумулятивно-карбонатный горизонт (разрезы 1Л-2, 1В-4, 1В-5, 1В-8, 2В-1), реже квазиглеевый горизонт Q (разрезы 1З-7, 3З-1, 3З-2 и 3В-2) или почвообразующая порода (разрезы 1З-2 и 1З-3). Горизонт Q имеет оливковую окраску, охристые пятна вблизи мелких пор и трещин, иногда карбонатные новообразования в виде белоглазки. Под горизонтами BCA и Q идет почвообразующая порода.
Таким образом, с учетом перечисленных диагностических горизонтов и признаков почвы трансект относятся к трем типам – агрочерноземам (64 точки; Haplic Chernozem (Aric, Loamic, Pachic)), агрочерноземам глинисто-иллювиальным (7 точек (Luvic Chernozem (Aric, Loamic, Pachic), Luvic Chernic Phaeozem (Aric, Loamic, Pachic)), агрочерноземам глинисто-иллювиальным квазиглеевым (4 точки (Luvic Stagnic Chernic Phaeozem (Aric, Loamic, Pachic)) – и восемью подтипам – агрочерноземам глинисто-иллювиальным Pu–AU–BI–C(ca), агрочерноземам (постагрогенным) глинисто-иллювиальным мицелярно-карбонатным PU(pa)–AU-ВI–BCAmc-Cca, агрочерноземам (постагрогенным) мицелярно-карбонатным PU(pa)–AU–BCAmc–Cca, агрочерноземам (постагрогенным) миграционно-мицелярным PU(pa)–AU–AUlc–BCAmc–Cca и агрочерноземам глинисто-иллювиальным квазиглеевым PU–AU–BI–Q–Cq. В терминах Классификации и диагностики почв СССР [8], описанные на ключевом участке агрочерноземы соответствуют черноземам типичным, агрочерноземы глинисто-иллювиальные – черноземам выщелоченным, агрочерноземы квазиглеевые – лугово-черноземным почвам; слабоконтрастные сочетания и пятнистости черноземов типичных, выщелоченных и лугово-черноземных почв являются типичным для агроландшафтов Среднерусской возвышенности [2, 18–20, 22, 24], а исследованный участок, таким образом, – представительным.
Статистические параметры гумусового и карбонатного профилей почв. Гумусовые профили почв образуют агротемногумусовые горизонты (PU(pa)), темногумусовые горизонты (AU) и горизонты, переходные от темногумусовых к срединным (AUb,i и BIyu, AUb,ca и BCAyu); гумусовые горизонты соответствуют мощности агротемногумусового (PU(pa)) и темногумусового горизонта (AU). В табл. 1 приведены статистические параметры свойств почв.
Таблица 1.
Статистические параметры свойств гумусового и карбонатного профилей агрочерноземов ключевого участка
Свойство | Выборка | Статистические параметры | |||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
размер выборки | среднее | медиана | min | max | cтандратное отклонение |
||
Мощность гумусового горизонта, см | Все точки | 75 | 58.5 | 60 | 25 | 120 | 16.4 |
Агрочерноземы | 64 | 56.7 | 55 | 25 | 100 | 14.8 | |
Агрочерноземы глинисто-иллювииальные | 7 | 55.7 | 60 | 50 | 60 | 5.3 | |
Агрочерноземы глинисто-иллювиальные квазиглеевые | 4 | 92.5 | 85 | 80 | 120 | 18.9 | |
Пашня (к З от ЛП) | 30 | 61.0 | 60 | 35 | 120 | 18.1 | |
Пашня (к В от ЛП) | 30 | 57.3 | 55 | 25 | 80 | 17.5 | |
Почвы под ЛП | 15 | 56.0 | 50 | 40 | 70 | 9.1 | |
Мощность гумусового профиля, см | Все точки | 75 | 104.6 | 110 | 55 | 150 | 20.2 |
Агрочерноземы | 64 | 104.4 | 110 | 55 | 130 | 19.1 | |
Агрочерноземы глинисто-иллювиальные | 7 | 91.4 | 90 | 70 | 120 | 16.78 | |
Агрочерноземы глинисто-иллювиальные квазиглеевые | 4 | 129.7 | 134 | 100 | 150 | 24.22 | |
Пашня (к З от ЛП) | 30 | 113.1 | 120 | 70 | 150 | 18.89 | |
Пашня (к В от ЛП) | 30 | 98.0 | 100 | 55 | 130 | 21.28 | |
Почвы под ЛП | 15 | 100.7 | 100 | 80 | 130 | 14.86 | |
Сорг, % | Все точки | 75 | 5.56 | 5.57 | 3.83 | 9.92 | 0.88 |
Агрочерноземы | 64 | 5.58 | 5.58 | 3.83 | 9.92 | 0.928 | |
Агрочерноземы глинисто-иллювиальные | 7 | 5.14 | 5.22 | 4.14 | 5.71 | 0.479 | |
Агрочерноземы глинисто-иллювиальные квазиглеевые | 4 | 5.93 | 5.91 | 5.64 | 6.25 | 0.250 | |
Пашня (к З от ЛП) | 30 | 5.49 | 5.59 | 3.83 | 6.65 | 0.664 | |
Пашня (к В от ЛП) | 30 | 5.34 | 5.34 | 4.16 | 6.46 | 0.601 | |
Почвы под ЛП | 15 | 6.11 | 5.76 | 4.51 | 9.92 | 1.420 | |
Глубина залегания карбонатов*, см | Все точки | 71 | 79.0 | 80 | 30 | 170 | 27.6 |
Агрочерноземы | 64 | 74.0 | 72 | 30 | 120 | 22.0 | |
Агрочерноземы глинисто-иллювиальные | 6 | 123.3 | 110 | 100 | 170 | 55.2 | |
Агрочерноземы глинисто-иллювиальные квазиглеевые | 1 | 150 | 150 | 150 | 150 | – | |
Пашня (к З от ЛП) | 27 | 73.7 | 60.0 | 30 | 170 | 32.3 | |
Пашня (к В от ЛП) | 29 | 84.0 | 90.0 | 35 | 150 | 24.7 | |
Почвы под ЛП | 15 | 80.0 | 90 | 40 | 100 | 23.3 | |
СО2 карб в горизонте вскипания, %* | Все точки | 71 | 2.4 | 2.0 | 0.2 | 5.3 | 1.26 |
Агрочерноземы | 64 | 2.3 | 1.9 | 0 | 5.3 | 1.25 | |
Агрочерноземы глинисто-иллювиальные | 6 | 3.7 | 3.6 | 2.4 | 4.4 | 0.73 | |
Агрочерноземы глинисто-иллювиальные квазиглеевые | 1 | 1.9 | 1.9 | 1.9 | 1.9 | – | |
Пашня (к З от ЛП) | 27 | 2.3 | 2.0 | 0.2 | 5.3 | 1.42 | |
Пашня (к В от ЛП) | 29 | 2.7 | 2.6 | 1.1 | 5.3 | 1.13 | |
Почвы под ЛП | 15 | 2.1 | 1.8 | 1.0 | 5.0 | 1.17 | |
СО2 карб в горизонте проявления новообразований, %* | Все точки | 71 | 2.9 | 2.9 | 0.7 | 5.3 | 1.26 |
Агрочерноземы | 64 | 2.9 | 2.9 | 0.7 | 5.3 | 1.29 | |
Агрочерноземы глинисто-иллювиальные | 6 | 3.7 | 3.6 | 2.4 | 4.4 | 0.73 | |
Агрочерноземы глинисто-иллювиальные квазиглеевые | 1 | 1.9 | 1.9 | 1.9 | 1.9 | – | |
Пашня (к З от ЛП) | 27 | 3.0 | 2.9 | 0.7 | 5.3 | 1.23 | |
Пашня (к В от ЛП) | 29 | 3.0 | 3.1 | 1.1 | 5.9 | 1.19 | |
Почвы под ЛП | 15 | 2.8 | 2.9 | 1.0 | 5.3 | 1.50 |
Почвы ключевого участка характеризуются большой мощностью гумусового горизонта, достигающей в некоторых случаях 120 см, при большом разбросе значений (от 25 до 120 см), коэффициент вариации (Cv) составляет 28.0%. Мощность гумусового профиля почв достигает 150 см, Cv 19.3%, что свидетельствует о меньшей степени латерального варьирования мощности гумусового профиля по сравнению с латеральным варьированием мощности гумусового горизонта. Аналогичные результаты – меньшие коэффициенты вариации для мощности гумусового профиля по сравнению с мощностью гумусового горизонта черноземов – были получены Фридландом с соавт. [24] при изучении черноземов Ямской степи. В работе Сорокиной [19] для черноземных почв Курской опытной станции Почвенного института им. В.В. Докучаева выявлена обратная тенденция. Положение границ гумусового горизонта и гумусового профиля в рассматриваемых ситуациях определяется рядом локальных факторов, в том числе интенсивностью зоопедотурбаций, приводящих к нарушению естественного залегания почвенных горизонтов [5, 33]. Поэтому можно предположить, что наблюдаемые различия в степени латерального варьирования мощности гумусового горизонта и мощности гумусового профиля в исследованных почвах и по данным из литературных источников, могут быть обусловлены разной интенсивностью деятельности почвенных животных-землероев [6].
Средние и медианные значения мощности гумусового горизонта и гумусового профиля агрочерноземов, агрочерноземов глинисто-иллювиальных, а также почв лесополосы и пашни, в целом, близки и находятся в пределах 55–60 (гумусовый горизонт) и 90–110 см (гумусовый профиль). Повышенной мощностью явно выделяются агрочерноземы квазиглеевые – средняя мощность гумусового горизонта в них превышает 90 см, профиля – 129 см. Несмотря на небольшой объем выборки агрочерноземов квазиглеевых (4 точки), эти почвы характеризуются максимальным коэффициентом вариации для мощности гумусового горизонта (20.5%) и сопоставимым с агрочерноземами (64 точки опробования) для мощности гумусового профиля (соответственно 19.1 для агрочерноземов и 18.7% для агрочерноземов квазиглеевых). Сходные результаты – относительно повышенная мощность гумусового горизонта, гумусового профиля и максимальные значения коэффициентов вариации для лугово-черноземных почв (соответствуют черноземам квазиглеевым по [7]) – выявлены Сорокиной для почв Курской опытной станции [19]. Там они, соответственно, равны, 95 и 143 см при вариации в 19.5 и 13.3%.
Для почв под лесополосой по сравнению с почвами пашни характерен меньший коэффициент вариации мощности гумусового горизонта (16.3% против 29.7 и 30.4%) и гумусового профиля (14.8% против 16.7 и 21.7%). Аналогичная тенденция выявлена для почв лесополосы и прилегающих пашен другого ключевого участка Белгородской области (Губкинской район), при исследовании которых соблюдался одинаковый шаг опробования почв пашен и лесополосы, в каждой выборке было по 10 [14]. По-видимому, древесная растительность способствовала гомогенизации рассматриваемых свойств почв.
Средние значения содержания органического углерода в исследованных почвах находятся в пределах 5.1–6.1%, Cv 16%. Это несколько меньшие значения по сравнению с усредненными показателями содержания Сорг (6.2%) для агрогоризонтов почв Среднерусской возвышенности [12]. Максимальные значения содержания органического углерода среди исследованных почв характерны для почвенных разностей под лесополосой и агрочерноземов квазиглеевых, что может быть связано с их формированием в условиях более благоприятных для гумусонакопления по сравнению с другими почвами участка. Позитивными факторами в этом случае могут быть функционирование черноземов квазиглеевых в несколько более влажных условиях [31], способствующих закреплению органического вещества в почвах из-за его замедленного разложения [16].
Глубина залегания педогенных карбонатов в исследованных почвах варьирует в значительных пределах, от 30 до более, чем 250 см. Глубина их обнаружения увеличивается от агрочерноземов к агрочерноземам глинисто-иллювиальным и агрочерноземам квазиглеевым; в последних карбонаты обнаружены только в одной точке из четырех исследованных. Почвы пашни, расположенной к западу от лесополосы, характеризуются более близким к поверхности залеганием педогенных карбонатов и большим коэффициентом вариации (64.7%) по сравнению с почвами под лесополосой и на пашне к востоку от лесополосы, для которых Cv = 29 и 43.4% соответственно. В среднем педогенные карбонаты обнаруживаются в почвах на глубинах в 60–90 см, их содержание варьирует от 1 до 3%. Глубина залегания педогенных карбонатов в исследованных почвах превышает таковую для черноземов типичных Центрально-Черноземной области (по усредненным данным), где она составляет 40–60 см. Кроме того, ни в одной из точек опробования исследованного участка карбонаты не залегали с поверхности, что не типично для почвенного покрова Среднерусской возвышенности [19, 27]. Наблюдаемые особенности могут быть вызваны расположением ключевого участка в наиболее влажной части Среднерусской возвышенности с гидротермическим коэффициентом Селянинова, равным 1.24.
Гистограммы значений мощностей гумусового горизонта, гумусового профиля и глубины обнаружения карбонатов не подчиняются нормальному и логнормальному распределению; содержания Сорг и CO2 соответствуют нормальному закону распределения, поэтому использование корреляционного анализа Спирмена является обоснованным. Результаты анализа показали наличие прямой значимой (p = 0.01) связи между мощностью гумусового горизонта и мощностью гумусового профиля (коэффициент корреляции 0.59), глубиной обнаружения педогенных карбонатов (коэффициент корреляции 0.43). Содержание Сорг в слое 0–20 см положительно связано (p = 0.05) с мощностью гумусового горизонта (коэффициент корреляции 0.28) и гумусового профиля (коэффициент корреляции 0.25). Выявлено, что, чем глубже залегает слой педогенных карбонатов в почвах, тем меньше содержание карбонатов в слое с их выраженными новообразованиями (p = 0.01, коэффициент корреляции –0.33).
Латеральное варьирование свойств агрочерноземов. Графики изменения свойств почв в трансектах (рис. 2) позволяют заметить тенденцию периодического (то есть смены повышенных значений на пониженные) изменения мощности гумусового горизонта и гумусового профиля, глубины обнаружения карбонатов, содержания Сорг и CO2 карбонатов вдоль трансект с периодом, равным шагу опробования (6–10 м). Аналогичная периодичность, но с несколько большим шагом в 15–25 м, была выявлена в работе Фомина [21] при изучении содержания органического углерода и углекислоты карбонатов в черноземах опытных полей Курского НИИ агропромышленного производства (отбор проб проводили в трансектах через каждые 5 м). Для черноземов южных [15] показано, что квазипериодичность в содержании Сорг наблюдается с протяженности исследованного участка, большей чем 800 м; при этом шаг опробования 150 м. Поскольку пространственная вариабельность свойств может быть выявлена на разных масштабных уровнях [29], считаем, что полученные данные не противоречат данным Сидоровой и Красильникова [15], а характеризуют вариабельность содержания органического углерода в разных пространственных масштабах. Кроме того, полагаем, что при увеличении протяженности исследованных трансект возможно выделение периодичности с шагом большим, чем 6–10 м, соответствующим появлению в составе почвенного покрова черноземов квазиглеевых с повышенной мощностью гумусового профиля и часто выщелоченных от карбонатов.
Согласно работам [2, 4, 19, 22, 24, 26, 27, 30, 31], посвященным детальной съемке почвенного покрова различных участков Среднерусской возвышенности, для этой территории характерна смена на коротких расстояниях черноземов типичных карбонатных, типичных, выщелоченных с разными параметрами карбонатного и гумусового профилей. Выбранная сеть опробования (шаг в 6–10 м) примерно соответствует протяженности элементарных почвенных ареалов в пределах водораздельных пространств Среднерусской возвышенности [18, 20, 22, 31], что может объяснять выявленные тенденции периодического изменения свойств гумусового и карбонатного профилей почв исследованных трансект. Лугово-черноземные почвы, характеризующиеся повышенной мощностью гумусового горизонта и часто отсутствием карбонатов в пределах профиля, приурочены к днищам крупных западин и ложбин; они встречаются существенно реже, чем обозначенные выше черноземы типичные карбонатные, черноземы типичные и выщелоченные, и присутствие лугово-черноземных почв в составе почвенного покрова проявляется с более протяженной пространственной периодичностью (через 100–300 м).
На рис. 3 отображены значения коэффициентов вариации исследованных морфологических и химических свойств почв. Для определения коэффициентов вариации были сформированы выборки, каждая из которых содержит три точки (по одной точке из северной, центральной и южной трансект), образующие ряд, перпендикулярный направлению трансект. Всего на ключевом участке выделено 25 рядов.
Рис. 3.
Значения коэффициентов вариации свойств почв в рядах, перпендикулярных трансектам (каждый коэффициент вариации рассчитан для выборки из трех точек). Разрывы линий соответствуют почвам, расположенным в 30 м к западу от края лесополосы (вторичные карбонаты отсутствуют в двух точках из трех).

На графиках видна согласованность изменения коэффициентов вариации исследованных свойств почв; то есть при высокой вариабельности какого-либо одного из свойств (например, мощности гумусового горизонта), наблюдается большая вариабельность для остальных исследованных свойств (мощности гумусового профиля, глубины вскипания, содержания Сорг и углекислоты педогенных карбонатов). При этом обнаруживается, что различия между близко расположенными точками трансект больше для параметров карбонатного профиля почв, чем для гумусового. Преобладание коэффициентов вариации меньше 20% характерно для содержания органического углерода (наблюдается для 22 рядов из 25); для остальных параметров коэффициент <20% наблюдается только для 6–11 рядов. Коэффициенты вариации >60% наблюдаются для пяти рядов в случае содержания углекислоты карбонатов в слое обнаружения педогенных карбонатов, четырех рядов для глубины обнаружения карбонатов, по одному ряду – для мощности гумусового горизонта и содержания углекислоты карбонатов в слое вскипания. Большинство значений коэффициентов вариации приходятся на интервал 20–60% (за исключением содержания органического углерода в почвах).
Почвенный покров ключевого участка. На рис. 4 представлена почвенная карта ключевого участка. Основной фон занимают агрочерноземы мицелярно-карбонатные, полосами встречаются другие подтипы агрочерноземов. Площади, занимаемые почвенными ареалами, уменьшаются в следующем порядке: агрочерноземы мицелярно-карбонатные – агрочерноземы постагрогенные мицелярно-карбонатные – агрочерноземы миграционно-мицелярные – агрочерноземы глинисто-иллювиальные – агрочерноземы глинисто-иллювиальные квазиглеевые – агрочерноземы глинисто-иллювиальные мицелярно-карбонатные – агрочерноземы постагрогенные миграционно-мицелярные – агрочерноземы постагрогенные глинисто-иллювиальные мицелярно-карбонатные. Рисунок почвенного покрова простой; ареалы, как правило, соседствуют не более чем с двумя другими компонентами почвенного покрова.
Рис. 4.
Почвенная карта ключевого участка. ЧМК – агрочерноземы мицелярно-карбонатные, ЧММ – агрочерноземы миграционно-мицелярные, ЧГИ – агрочерноземы глинисто-иллювиальные, ЧКВГ – агрочерноземы глинисто-иллювиальные квазиглеевые, ${\text{Ч}}_{{{\text{МК}}}}^{{{\text{ГИ}}}}$ – агрочерноземы глинисто-иллювиальные мицелярно-карбонатные, ${\text{Ч}}_{{{\text{МК}}}}^{{{\text{ПА}}}}$ – агрочерноземы постагрогенные мицелярно-карбонатные, ${\text{Ч}}_{{{\text{ММ}}}}^{{{\text{ПА}}}}$ – агрочерноземы постагрогенные миграционно-мицелярные, ${\text{Ч}}_{{{\text{ПАМК}}}}^{{{\text{ГИ}}}}$ – агрочерноземы постагрогенные глинисто-иллювиальные мицелярно-карбонатные.

В целом полученная почвенная карта ключевого участка соответствует существующим представлениям о почвенном покрове Среднерусской возвышенности [2, 4, 19, 22, 24, 26, 27, 30, 31]. Размеры ключевого участка не позволяют охарактеризовать структуру почвенного покрова в полной мере. Вместе с тем можно предположить, что такой тип почвенного покрова может быть охарактеризован как слабоконтрастные сочетания и пятнистости водно-миграционного генезиса агрочерноземов, занимающих фоновые пространства, и агрочерноземов глинисто-иллювиальных, агрочерноземов глинисто-иллювиальных квазиглеевых преимущественно неупорядоченно-пятнистойформы.
Проведенное исследование показывает, что произрастание древесной растительности на агрочерноземах в течение 60 лет приводит к появлению в составе почвенного покрова новых постагрогенных подтипов агрочерноземов, отличающихся на качественном уровне от пахотных аналогов улучшением структуры гумусового горизонта, на количественном – большей мощностью гумусового горизонта и содержания в нем Сорг.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
На основании проведенного в Белгородской области изучения почв водораздельной поверхности в трех параллельных трансектах (расстояние между трансектами 10 м, шаг опробования 6–10 м, общее количество точек 75), пересекающих в центре лесополосу 60-летнего возраста, выявлены следующие параметры латерального варьирования свойств агрочерноземов:
– степень латерального варьирования морфологических свойств почв возрастает в следующем ряду: мощность гумусового профиля – мощность гумусового горизонта – глубина обнаружения педогенных карбонатов; степень латерального варьирования химических свойств почв возрастает в ряду: содержание Сорг в слое 0–20 см – содержание CO2 карбонатов в слое с карбонатными новообразованиями и слое вскипания. При этом параметры гумусового профиля характеризуются меньшими коэффициентами вариации (<30%), чем параметры карбонатного профиля почв (>50%).
– латеральное варьирование мощности гумусового горизонта, гумусового профиля, глубины обнаружения педогенных карбонатов, содержания Сорг в слое 0–20 см и содержания углекислоты карбонатов (в слое вскипания и слое с выраженными карбонатными новообразованиями) носит периодический характер с шагом в 6–10 м.
– в результате шестидесятилетнего произрастания лесных насаждений в почвенном покрове под древесной растительностью появились новые классификационные компоненты: агрочерноземы постагрогенные, характеризующиеся меньшим латеральным варьированием свойств почв по сравнению с почвами пашни. Преобладающими почвами на участке являются агрочерноземы (в 64 точках опробования), встречаются агрочерноеземы глинисто-иллювиальные (в 7 точках опробования) и черноземы глинисто-иллювиальные квазиглеевые (в 4 точках опробования).
– исследованный на опробованном участке почвенный покров в плане особенностей его структуры может быть охарактеризован как состоящий из слабоконтрастных сочетаний и пятнистостей водно-миграционного генезиса агрочерноземов, занимающих фоновые пространства, и агрочерноземов глинисто-иллювиальных, агрочерноземов глинисто-иллювиальных квазиглеевых преимущественно неупорядоченно-пятнистой формы.
Список литературы
Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1970. 490 с.
Афанасьева Е.А. Черноземы Средне-Русской возвышенности. М.: Наука, 1966. 224 с.
Белеванцев В.Г., Чендев Ю.Г. Картографический анализ социальных и природных явлений на территории Белгородской области в XVIII, XIX и XX вв. // Проблемы природопользования и экологическая ситуация в Европейской России и сопредельных странах. Белгород: Политерра, 2015. С. 6–16.
Денисова Н.В. Почвенный покров Курской опытной станции // Научн. тр. Курской с.-х. опытной станции. Курск, 1967. Т. 1. С. 27–31.
Дмитриев П.П., Худяков О.И. Педогенез в поселениях млекопитающих-землероев. М.: КМК, 2018. 250 с.
Жидкин А.П., Геннадиев А.Н. Количественная оценка интенсивности вертикальной транслокации твердофазного вещества почв с помощью метода магнитного трассера // Почвоведение. 2016. № 7. С. 785–793.
Классификация и диагностика почв России. Смоленск: Ойкумена, 2004. 342 с.
Классификация и диагностика почв СССР. М.: Колос, 1977. 221 с.
Княжнева Е.В., Надежкин С.М., Фрид А.С. Пространственная неоднородность уровня плодородия выщелоченного чернозема в пределах поля // Почвоведение. 2006. № 9. С. 1120–1129.
Козловский Ф.И. Теория и методы изучения почвенного покрова. М.: ГЕОС, 2003. 534 с.
Кураченко Н.Л. Пространственно-временная динамика агрохимических показателей чернозема в условиях минимальной обработки // Проблемы современной аграрной науки. 2018. С. 42–45.
Лебедева И.И. Гумусовые и карбонатные аккумуляции как диагностические критерии в черноземах Восточной Европы // Бюл. Почв. ин-та им. В.В. Докучаева. 2011. № 68. С. 3–18.
Лукин С.В. Агроэкологическое состояние и продуктивность почв Белгородской области. Белгород: Константа, 2016. 344 с.
Смирнова М.А., Геннадиев А.Н., Чендев Ю.Г., Ковач Р.Г. Влияние полезащитных лесных насаждений на локальное разнообразие почв (Белгородская область) // Почвоведение. 2020. № 9. С. 1041–1052.
Сидорова В.А., Красильников П.В. Почвенно-географическая интерпретация пространственной вариабельности химических и физических свойств поверхностных горизонтов почв степной зоны // Почвоведение. 2007. № 10. С. 1168–1178.
Семенов В.М., Когут Б.М. Почвенное органическое вещество. М.: Геос, 2015. 233 с.
Соколов И.А. Теоретические проблемы генетического почвоведения. Новосибирск: Наука, Сибирская издательская фирма, 1993. 232 с.
Сорокина Н.П. Динамика почвенного покрова распаханного склона Курской опытной станции за 20-летний период // Региональные модели плодородия почв как основа совершенствования зональных систем земледелия. М.: Почв ин-т им. В. В. Докучаева, 1988. С. 163–171.
Сорокина Н.П. Применение статистических методов при уточнении диагностики черноземов // Крупномасштабная картография почв. М.: Наука, 1971. С. 123–132.
Сорокина Н.П. Элементарные почвенные структуры на полях Курской опытной станции // Крупномасштабная картография почв и ее значение в сельском хозяйстве черноземной зоны. М.: Почв. ин-т им. В.В. Докучаева, 1976. С. 155–173.
Фомин Д.С. Пространственные закономерности распределения органического, карбонатного углерода в агроландшафте (Курский НИИ АПП) // Почвоведение: горизонты будущего. 2017. С. 76–81.
Фишман М.И. Черноземные комплексы и их связь с рельефом на Среднерусской возвышенности // Почвоведение. 1977. № 5. С. 17–30.
Фридланд В.М. Структура почвенного покрова. М.: Мысль, 1972. С. 424.
Фридланд В.М., Белобров В.П., Дайнеко Е.К. Опыт статистического анализа морфологических свойств черноземов целинной степи // Почвоведение. 1969. № 4. С. 12–24.
Хитров Н.Б. Создание детальных почвенных карт на основе интерполяции данных о свойствах почв // Почвоведение. 2012. № 10. С. 1045–1046.
Хитров Н.Б., Лойко С.В. Структура почвенного покрова плоских водораздельных пространств Каменной Степи // Почвоведение. 2010. № 12. С. 1411–1423.
Целищева Л.К., Дайнеко Е.К. Очерк почв стрелецкого участка центрально-черноземного заповедника // Тр. Центрально-черноземного государственного заповедника им. В.В. Алёхина. 1966. Вып. 10.
Hartemink A.E., Gennadiyev A.N., Bockheim J.G., Bero N. Short-range variation in a Wisconsin soilscape (USA) // Eurasian Soil Science. 2017. V. 50. № 2. P. 198–209.
Heuvelink G.B.M., Webster R. Modelling soil variation: past, present, and future // Geoderma. 2001. V. 100. № 3–4. P. 269–301.
Khitrov N., Smirnova M., Lozbenev N., Levchenko E., Gribov V., Kozlov D., Rukhovich D., Kalinina N., Koroleva P. Soil cover patterns in the forest-steppe and steppe zones of the East-European plain // Soil Sci. Annual. 2019. V. 70(3). P. 198–210. https://doi.org/10.2478/ssa-2019-0018
Lozbenev N., Yurova A., Smirnova M., Kozlov D. Incorporating process-based modeling into digital soil mapping: A case study in the virgin steppe of the central Russian upland // Geoderma. 2021. V. 383. P. 114733. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2020.114733
McBratney A.B., Webster R. Spatial dependence and classification of the soil along a transect in northeast Scotland // Geoderma. 1981. V. 26. № 1–2. P. 63–82.
Wilkinson M.T., Richards P.J., Humphreys G.S. Breaking ground: Pedological, geological, and ecological implications of soil bioturbation // Earth-Sci. Rev. 2009. V. 97. P. 254–269. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2009.09.005
Zhang Y., Hartemink A.E. Quantifying short-range variation of soil texture and total carbon of a 330-ha farm // Catena. 2021. V. 201. P. 105200.
Дополнительные материалы отсутствуют.