Молодые учёные ТГУ провели исследование влияния деревьев на почвы севера лесной зоны Западной Сибири


      Северная тайга Западной Сибири представляет собой природную подзону, где эдификаторная роль древесных пород ослабляется, снижаются высоты и сомкнутость древостоев (рис. 1). На песчаных почвообразующих породах часто встречаются редины и медленно зарастающие раздувы. Ареал западносибирских подзолов расположен в суровых континентальных климатических условиях и находится под прессингом постоянных пожаров и гидроморфизма. Но и в столь суровых условиях древостой способен изменять профили почв. Биокосные взаимодействия имеют большой потенциал в суровых климатических условиях.
     Для оценки воздействия популяционной динамики древостоя на морфогенез почв применены методы морфологии, что позволило различить факторы формирования различных почвенных морфологических элементов (морфонов), составляющих общий рисунок почвенных профилей (рис. 2). Были выделены морфологические элементы, обязанные своим происхождением как криогенным, так и биогенным процессам. Обратная задача по подсчёту встречаемости этих морфонов позволит оценить вклад биогенного морфогенеза в строение почв.
      В северной тайге на песчаных породах преобладают подзолы иллювиально-железистые, в них описаны следующие элементы морфологического строения: языки, карманы, псевдоморфозы, вихревые полиморфоны, пятнистые полиморфоны и котлы. Описаны основные механизмы их формирования: биогенный, элювиально-иллювиальный и криогенно-конвективный. Чаще всего в формирование того или иного морфона принимают участие два, либо сразу три механизма. Условно морфоны и текстуры можно разделить на биогенные и криогенно-конвективные. И те, и другие корректируются влиянием элювиально-иллювиальных процессов. К биогенным текстурам относятся карманы и языки. Языки достигают глубин 130–160 см, ширина языков в средней части 5–7 см, а отношение длины к ширине равно 20–30. У карманов глубина от 45 см реже до 1 м, ширина в средней части больше 7 см, отношение длины к ширине меньше 10. К криогенно-конвективным текстурам можно отнести вихри и вихревые мозаики, а также извилистые языки с вихревыми текстурами в обрамлении (рис.3). 
      Рисунок 1 – Северная тайга, сосняк кустарничково-лишайниковый       Рисунок 2 – Вертикальный и горизонтальный срезы через язык подзола иллювиально-железистого       Рисунок 3 – Вихревой полиморфон в почве трещины полигонального микрорельефа

      Для различных геоморфологических условий характерны свои формы границы горизонтов E и BF. Гаврилова и Долгова (1972) отмечали, что при более глубоком залегании грунтовых вод лучше развиты языки, что связано, по мнению авторов, с различиями в возрасте геоморфологических уровней и условий для осуществления конвекции, которая зависит от условий увлажнения. На наш же взгляд эту закономерность логичнее связывать с регулированием водным режимом почв глубин проникновения корней. В изученных нами почвах также отмечена зависимость между формой границы E–BF и геоморфологическими условиями. По окраинам плоских междуречий преобладают подзолы с карманной границей, иногда встречаются подзолы, имеющие парцеллярно-мозаичную верхнюю часть гор. BF. Мелкокарманную форму граница приобретает в подзолах глеевых с горизонтами BF или Ort на 1-й надпойменной террасе с близким залеганием грунтовых вод. Проведенные исследования показали, что на междуречьях преобладают подзолы с карманно-мозаичными и языковатыми границами, формирующимися под воздействием вывалов. Размыто-пильчатую границу можно наблюдать в подзолах с горизонтом BF/Ort на террасах с близким залеганием грунтовых вод.
      Почвенный морфологические элементы криогенно-конвективного происхождения всегда сопровождаются текстурами вязкого течения, без них их быть не может. Но в ряде случаев эти текстуры могут сопровождать и ветровальную структуру, если она заложена во влажных условиях. Описаны подобные карманы и пятнистые полиморфоны (рис. 4). Языки элювиально-иллювиального происхождения диагностировать сложнее. Тут нужно учитывать следующее. Причиной формирования языков с нарушением исходной слоистости (литологической текстуры) во внутренней части является корневой ход с ветровалом или без него. И такие языки нами встречены, ещё часть языков имеют нарушенную слоистость в верхней своей части и ненарушенную в нижней.
Выявлена широтная зависимость встречаемости морфонов разного генезиса. Для границы северной тайги и лесотундры характерны морфоны сформировавшиеся в результате крио-конвективных и солифлюкционных деформаций, диагностика ветровала удалась по углям только для наиболее дренированной почвы. Для южной границы подзоны преобладающими являются морфоны имеющие биогенное происхождение.
      Подзолы бедны элементами питания. Песок не в состоянии вступать с питательными элементами во взаимодействия, способные противостоять силам выщелачивания. Верхний подзолистый горизонт испытывает наибольшее влияние агентов разрушения железистых пленок, таких как кислые растворы, формирующиеся благодаря взаимодействию осадков с растительными остатками на поверхности почвы. Так же свой вклад  в вымывание элементов питания из почвенного профиля вносит сезонное переувлажнение, ведущее к образованию анаэробной обстановки, когда под воздействием специфических бактерий создается восстановительная обстановка и оксид железа приходит в мобильное состояние. Растениям ничего не остается, как тянуться корнями к боле плотному, но содержащему большее количество питательных веществ иллювиальному горизонту (рис. 5). 
      Рисунок 4 – Погребенный Е горизонт, основа для формирования будущего кармана.       Рисунок 5 – Корни в текстурном горизонте подзола.
      Стоит обратить внимание на влияние ветровалов в сфере обеспечения почв питательными элементами. Здесь сыграла свою роль бедность подзолов. Их профиль, имея крайне слабую насыщенность следами биоты, позволяет выделить наиболее желанные для растений участки почвенного профиля, среди которых оказалось множество ветровальных морфонов. 
      В отличие от ветровалов более южных территорий, северные ветровалы имеют совершенно другую экологическую роль. Ветровалы южных лесов заглубляют питательные вещества и выносят более бедные горизонты к поверхности, ветровальный почвенный комплекс на время становится очагом повышенного уплотнения и увлажнения. Со временем почвенная биота разрушает эти признаки. Ветровалы подзолов наоборот создают более благоприятные условия. На их месте формируются участки с пониженной плотностью, нижние более насыщенные горизонты поднимаются к поверхности. Так же происходит замешивание в профиль углей с поверхности, которые берут на себя роль гумуса, сорбируя многие питательные элементы. В таких котлах с замешанными углями встречается большое количество корней растений (рис. 6). Подобные механизмы можно наблюдать на антропогенно-преобразованных почвах Южной Америки терра прета. Ввиду пониженной плотности в ветровальном котле формируются преимущественные пути миграции влаги, а на дне котла наблюдаются очаги накопления выносимых с поверхности профиля растворенных веществ, где наблюдалось большое количество корневых волосков (рис. 7, 8). Кроме железа, путем рентген-флуоресцентного анализа, было установлено повышенное содержание фосфора, который в коллоидных формах усваивается растениями (D Montalvo и др., 2015). 
      Рисунок 6 – Корни растений в ветровальном котле с замешанными углями.По периметру котла области с повышенным содержанием железа.       Рисунок 7 – Корневые волоски в местах аккумуляции железа.       Рисунок 8 – Корневые волоски в местах аккумуляции железа. Снимок сделан электронным сканирующим микроскопом

      На двух ключевых участках была произведена оценка площади занимаемой ветровальными почвенными комплексами и степень их влияния на почвенный покров. Площади занимаемые вывалами составили 0,8% для первого и 0,6% для второго участка. Большая часть ветровалов затрагивает текстурный горизонт, а средняя глубина нарушений  составила 45 см. Максимальные же глубины, затронутые отдельными корнями доходили до 120 см. Стоит отметить что ветровальные признаки в подзолах сохраняются многие тысячи лет и могут быть нарушены лишь следующим ветровалом. По приблизительным подсчетам за период голоцена (12000 лет) ветровалами могло быть пройдено от 40 до 64% площади занимаемой лесом. Но учитывая, что в исследованных лесах находится большое количество взрослого древостоя, потенциально способного выпасть в ближайшее время, полученные проценты можно увеличить не менее, чем в два раза.
      Изучая лесные сообщества, следует принять во внимание влияние ветровального морфогенеза. Так в большинстве случаев даже небольшой случайно взятый на лесной территории почвенный разрез будет содержать ветровальные признаки, и для исключения неверного толкования морфологической картины следует учитывать этот мощный биогенный фактор.