Российские исследователи подробно описали изменения в химическом составе почвы, происходящие в процессе естественного восстановления лесов на заброшенных сельскохозяйственных территориях.
Исследования показали, что с возрастом леса в верхнем гумусовом слое почвы увеличивается содержание элементов, необходимых для питания растений, таких как углерод, азот, фосфор и сера, а также марганец. В то же время, с течением времени в гумусе снижается уровень подвижных соединений щелочноземельных металлов, таких как кальций, магний и стронций. Эти изменения происходят из-за прекращения внесения удобрений в почву и повышения ее кислотности. Полученные данные могут быть полезны для разработки стратегий восстановления земель, истощенных в результате интенсивного сельского хозяйства.
Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Science of the Total Environment.
Во всем мире, включая Россию, часть сельскохозяйственных угодий по разным причинам перестает возделываться и со временем приходит в естественное состояние. Этот процесс сопровождают изменения в химическом и микробном составах почв, влияющие на состояние растительного покрова и благополучие всей экосистемы.
Ранее исследователи определили, что микробный состав почв на заброшенных пахотных землях способен вернуться к исходному состоянию только спустя 60 лет. Кроме того, при завершении аграрной деятельности потенциально может меняться подвижность тяжелых металлов и соединений, необходимых для растений — углерода, азота и фосфора. Подвижность веществ определяет, насколько легко они перемещаются из почвы в растения и в воду и далее по пищевым цепям, попадая в организм животных и человека. Но то, как именно меняется доступность этих веществ на разных этапах естественного восстановления лесов, ранее было неизвестно.
В новом исследовании эксперты из Центра по проблемам экологии и продуктивности лесов имени А.С. Исаева РАН (Москва), Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова (Москва) и Национального исследовательского университета «Высшая школа экономики» (Москва) исследовали почвы на территории национального парка «Смоленское Поозерье». Авторы выбрали для исследования 27 площадок, соответствующих 8 стадиям восстановления елово-широколиственных лесов на месте бывших пахотных земель: от современных сельскохозяйственных угодий и лугов до лесов с возрастом деревьев до 135 лет.
На каждой площадке учёные исследовали почвенные разрезы глубиной примерно до одного метра и отбирали пробы для химического анализа. Пробы брали из верхнего гумусового горизонта, далее из осветлённого горизонта вымывания веществ (эллювиального), ещё глубже — из тёмного горизонта, где эти вещества накапливаются (иллювиального), и из почвообразующей породы на глубине около метра.
В каждом образце измерялось содержание 27 элементов, разделённых на четыре группы: первая — элементы, которые хорошо растворяются и доступны растениям; вторая — элементы, крепко удерживаемые почвой; третья — связанные с органическими веществами; четвёртая — связанные с гидроксидами железа и марганца. При этом один и тот же элемент, например марганец, может находиться в разных почвенных соединениях и, следовательно, попадать в разные группы.
«С восстановлением лесного покрова на химический состав почв перестает оказывать влияние антропогенный фактор, в частности, неравномерность внесения удобрений. При этом увеличивается роль природных свойств почв — кислотности, содержания гумуса и доступных калия и фосфора», — поясняет участник проекта, поддержанного грантом РНФ, Полина Енчилик, кандидат географических наук, младший научный сотрудник географического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова.
Показано, что по мере возобновления лесного покрова наиболее существенно изменяются характеристики верхнего гумусового горизонта почвы, где накапливаются значительные количества элементов, связанных с органическим веществом — азота, фосфора и серы, а также марганца, свинца и алюминия. Поскольку после прекращения распашки удобрения в почву не вносились, кислотность гумусового горизонта возрастала по мере восстановления лесного покрова. Это ускоряло вымывание из гумусового слоя подвижных форм кальция, магния и стронция.
В нижележащем эллювиальном горизонте изменения были менее выражены: снизились лишь концентрации доступных для растений форм калия и фосфора. В ещё более глубоких иллювиальном горизонте и почвообразующей породе авторы значительных преобразований не зафиксировали.
«Результаты исследования показывают, что, несмотря на многовековую распашку, существенному воздействию со стороны человека подвергается лишь гумусовый горизонт почв и в меньшей мере — элювиальный. Поэтому при управлении земельными ресурсами на заброшенных сельскохозяйственных угодьях в первую очередь необходимо уделять внимание свойствам этих горизонтов. Повышение кислотности почвы в ходе восстановления лесного покрова может негативно сказаться на содержании питательных веществ и росте растений, привести к загрязнению близлежащих рек и озер макро- и микроэлементами из-за их вымывания из почв. Это особенно опасно в Смоленском Поозерье, где многие озера бедны элементами питания. Снижение содержания элементов питания указывает на необходимость восполнения их запасов для сохранения качества почв и здоровья смешанных лесов», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Иван Семенков, кандидат географических наук, старший научный сотрудник географического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова, заведующий лабораторией ЦЭПЛ РАН.
Источник: пресс-служба Российского научного фонда.
На заглавном фото - коллектив на площадке в старовозрастном лесу. Источник: Анна Гераськина.