Пространственная изменчивость гумуса почв и продуктивности лугов аласов Центральной Якутии (на примере стационарного Аласа ИБПК СО РАН)

Взаимодействие почвенного и растительного покровов – главный механизм биосферы в создании фитомассы, являющейся основой гетеротрофной жизни вообще и человека особенно [3]. Некоторые характеристики этого взаимодействия отдельно или в сочетании рассматриваются в качестве параметров почвенного плодородия. Наиболее важным критерием в системе параметров оценки плодородия почв является гумус – источник углерода, азота, фосфора, серы и многих микроэлементов, необходимых для роста и развития растений. Накопление и динамика гумуса в почвах в значительной степени определяются общими биоклиматическими и конкретными экологическими (в т.ч. хозяйственными) условиями его формирования.

Интересным объектом для изучения пространственной изменчивости гумуса почв и биомассы лугов являются аласы. Разрозненно структура почвенного и растительного покровов аласов достаточно изучена, однако комплексные исследования

гумуса почв и продуктивности лугов ала-сов ранее не проводились. В данной работе приводятся результаты изучения пространственной изменчивости гумуса почв, ботанического состава и продуктивности лугов стационарного аласа ИБПК СО РАН в 2000-2002 годы.

Алас расположен в 70 км восточнее г. Якутска на пятой надпойменной (Тюнгю-люнской) террасе р. Лены. Длина лугового пространства 240 м, ширина 150 м. Глубина вреза по отношению к межаласному пла-кору составляет около 14 м. Площадь безлесной поверхности 11,7 гектаров, а общая площадь аласной котловины несколько больше этой территории. Со всех сторон олуговелое днище до подножия склонов занято лесом шириной до 30-70 м. По склонам южной экспозиции полосой 10-30 м произрастают травянистые изреженные березово-лиственничные леса, а под склонами северной экспозиции более широкую полосу занимают брусничные и моховоголубичные лиственничники. Днище ровное, имеет слабый наклон в сторону озера, последнее расположено чуть западнее центра аласа. Вокруг озера сформированы пояса влажных, настоящих и остепненных лугов. По краю леса, по всему периметру аласа, выделяется самостоятельная пространственная структура – полоса опушечных разнотравных лугов. Почвенный покров представлен аласной торфянисто- глеевой (влажный луг), аласной луговой (настоящий луг), аласной остепненной (ос-тепненный луг) и аласной луговой переходной (опушка леса) типами почв.

Для обобщенной характеристики гумуса почв использовали систему показателей гумусного состояния, предложенную Л.А. Гришиной и Д.С. Орловым [1]. Максимальное содержание и очень высокий запас гумуса характерны для торфянистоглеевых почв под влажными лугами: в слое 0-20 см 334 т/га, 0-50 см - 689 т/га и в слое сезонного протаивания (0-70 см) -755 т/га. Явно выраженный гидроморфизм, низкие температуры обусловливают неблагоприятные условия для деятельности почвенной биоты, слабую степень гумификации органического вещества и значительную его оторфованность. Состав гумуса в верхней половине профиля фульватно-гуматный (С_гк:С ф _к - 2,0-1,3) и гуматно-фульватный - в нижней (С_гк:С ф _к - 0,6-0,7).

Среди гуминовых кислот значительно преобладает фракция ГК-3, связанная с глинистыми минералами и малоподвижными полуторными окислами (11,1-20,3% от Собщ), что значительно превышает содержание фракций ГК-1 (3,3-1,3%) и ГК-2 (2,5-8,6%).

В господствующих по площади луговых почвах запасы гумуса в слоях 0-20 и 050 см в 3-4 раза ниже торфянисто-глеевых и оцениваются как низкие (97 т/га и 158 т/га). Запас гумуса в слое 0-100 см составляет 243 т/га, в слое сезонного протаивания (150 см) -317 т/га. Благоприятные гидротермические условия создают интенсивную микробиологическую деятельность, высокую степень гумификации органического вещества (45,0-25,4%) и формирование гуматного и фульватно-гуматного типов гумуса в преобладающей части профиля луговых почв (С_гк:С ф _к колеблется в пределах 3,8-1,1). В составе гуминовых кислот по сравнению с торфянисто-глеевыми почвами существенно выше содержание всех фракций, в особенности фракции ГК-2 (12,8-15,2% от С_общ), что объясняется большей насыщенностью луговых почв как биогенным, так и минеральным кальцием [4].

Наименьшие запасы гумуса сосредоточены в остепненных почвах: в слоях 0-20 см - 60т/га, 0-50 см - 107т/га, 0-100 см -260т/га и в слое сезонного протаивания (160 см) - 369т/га. Чередование периодов увлажнения и относительной сухости способствуют глубокому разложению органического вещества и накоплению максимального количества гуминовых кислот. Степень гумификации органического вещества в горизонте А очень высокая (59%), тип гумуса гуматный (С_гк:С ф _к - 2,8). Среди гуминовых кислот увеличивается доля участия ГК-1 до 11% и ГК-2 до 22% ^от С общ .

Дерново-луговые переходные почвы на опушечной части аласа по показателям гумусного состояния занимают промежуточное положение между торфянистоглеевыми и луговыми почвами. Запасы гумуса высокие: в слое 0-20 см - 175 т/га, 050 см - 374 т/га и в слое сезонного протаивания (0-90 см) - 393 т/га. Высокий запас гумуса объясняется наличием поверхностного и погребенного органогенного горизонтов озерных отложений LD [2] и слабой минерализацией органического вещества в связи с затененностью территории окружающим лесом. Степень гумификации органического вещества в верхних горизонтах средняя (23,6-28,6%), гумус фульват-но-гуматный (С_гк:С ф _к - 1,7-1,3).

Таблица 1. Запасы гумуса в почвах аласа

Типы почв Площадь, га Запас гумуса на всю площадь, * т торфянистоглеевая 1,32 440,4 997,0 луговая 4,46 431,3 1413,4 остепненная 2,87 171,6 1059,0 дерноволуговая переходная 1,34 234,0 526,5 всего: 10,87 1277,3 4024,2 * Примечание: над чертой - для слоя 0-20 см, под чертой - для слоя сезонного протаива- ния.

Для оценки общих запасов гумуса в почвах стационарного аласа за основу были приняты средние данные площадей лугов за 1988-2006 гг., т.к. площади и формы ареалов пространственных структур аласа в зависимости от условий внешней среды по годам существенно менялись (табл. 1).

По результатам картирования в 2000 г. площадь водного зеркала озера составляла 5,8 га, настоящего луга – 2,2 га, ос-тепненного – 1,5 га и опушечных фитоценозов – 2,2 га. В 2001 г. доля озера уменьшилась до 3,2 га. Площадь влажного луга составила 1,7 га, настоящего луга увеличилась до 3,1 га. Площади остепненного луга (1,6 га) и опушечных пространств под склонами северной и южной экспозиций (2,1 га) остались на том же уровне. В 2002 г. доля озера сократилась до 3,0 га, влажного луга – до 1,5 га, остепненного – до 1,3 га. Доля настоящего луга и мезофитных фитоценозов опушки немного повысилась до 3,5 и 2,3 га соответственно.

Наиболее продуктивными фитоценозами аласа являются влажные (лисохвост-ные) луга. Надземная биомасса их в 2001 г. составила 42,3 ц/га, в 2002 г. – 47,8 ц/га (за 2000 г. данные отсутствуют в связи с увеличением зеркала озера). В ботаническом составе злакового фитоценоза насчитывается от 13 до 16 видов растений. Доминан-том является лисохвост тростниковидный (Alopecurus arundinaceus Poir.). Значительным участием в общей фитомассе отличалась болотница болотная (Eleocharis palus-tris (L.) Roem. et Schult.). Также в сложении травостоя принимали участие из злаков – бекмания восточная (Beckmannia syzigachne (Steud.) Fern.), бескильница тонкоцветковая (Puccinellia tenuiflora (Griseb.) Scrib. et Merr.), из разнотравья – лапчатка гусиная (Potentilla anserina L.), горец сибирский (Polygonum sibiricum Laxm.), млечник морской (Glaux maritima L.), лютик ядовитый (Ranunculus sceleratus L.). Средняя высота растительности 35-45 см, максимальная – 70-80 см; проективное покрытие составила 70-80%.

Второе место занимают настоящие (бескильницевые) луга с продуктивностью 35,1 ц/га в 2000 г., 25,2 ц/га – 2001 г., 28,0 ц/га – 2002 г. В видовом составе гос- подствует бескильница тонкоцветковая со значительным участием млечника морского и горца сибирского. Кроме того, в формировании травостоя мезофитного луга принимают участие соссюрея горькая (Saussurea amara (L.) DC.), одуванчик ро-гоносный (Taraxacum ceratophorum (Ledeb.) DC.), мятлик луговой (Poa praten-sis L.), лисохвост тростниковидный, пырей ползучий (Elytrigia repens (L.) Nevski). Всего в формировании травостоя принимают участие от 8 до 11 видов. Проективное покрытие – 75-80 %, средняя высота растений – 30-35 см, максимальная может достигать 45-55 см.

Менее продуктивными являются ос-тепненные (полынно-осочково-ячменные) луга. Их продуктивность в 2000 г. равна 21,3 ц/га, в 2001 г. – 14,7 ц/га, в 2002 г. – 11,1 ц/га. Ботанический состав травостоя остепненного луга разнообразен и насчитывает от 25 до 36 видов растений. Доминирующими видами являются из злаков – ячмень короткоостистый (Hordeum bre-visubulatum (Trin.) Link.), пырей ползучий, из осок – осока твердоватая (Carex durius-cula C. A. Mey.), из видов разнотравья – полынь замещающая (Artemisia commutata Bess.), лихнис сибирский (Lychnis sibirica L.). Кроме того, в сложении травостоя принимают участие много видов из лугового разнотравья, такие как вероника серая (Veronica incana L.), льнянка остролопастная (Linaria acutiloba Fisch. ex Reichenb), одуванчик рогоносный, подмаренник настоящий (Galium verum L.), соссюрея горькая и др. Проективное покрытие растительности – 65-70 %, средняя высота травостоя – 20-30 см.

Продуктивность фитоценозов опушечных пространств (осоково-разнотравно-злаковых) в 2000 г. составила 16,1 ц/га, в 2001 г. – 18,6 ц/га, в 2002 г. – 15,1 ц/га. В этих сообществах основную роль в формировании травостоя выполняют васи-листник простой (Thalictrum simplex L.), лапчатка гусиная, осока прямоколосая (Carex atherodes Spreng.), лисохвост тростниковидный, ячмень короткоостистый. Также участвуют вейник незамечаемый (Calamagrostis neglecta (Ehrh.) Beauv.), мятлик луговой, болотница болотная, лапчатка прилистниковая (Potentilla stipu-laris L.) и др. Всего насчитывается от 23 до 42 видов. Проективное покрытие 70-80 %, средняя высота травостоя 30-40 см.

По показателям общей продуктивности за вышеуказанные годы наблюдений первое место занимают фитоценозы настоящих лугов, второе – влажные луга, третье – фитоценозы опушки и последнее – остепненные луга (табл. 2).

Таблица 2. Показатели общей продуктивности фитоценозов аласа, ц

Типы лугов	2000 год	2001 год	2002 год
настоящий	77,1	78,1	98,0
влажный	-	71,9	71,7
фитоценозы опушки	35,4	39,1	34,7
остепненный	32,0	23,5	14,4
всего:	144,5	212,6	218,8

Выводы: анализ данных показал, что запасы гумуса и продуктивность фитоценозов изученного аласа меняются закономерно условиям увлажнения почв и в общих чертах вполне сопоставимы.