Что происходит с заброшенными сельскохозяйственными землями?

Какие изменения происходят в химическом составе почв при естественном восстановлении лесов на заброшенных сельскохозяйственных землях? Исследование, проведённое российскими учёными, отвечает на этот вопрос.

Чем старше лес, тем больше в верхнем гумусовом горизонте почв элементов, необходимых для питания растений — углерода, азота, фосфора и серы, — а также марганца. А по мере старения леса в гумусе снижается содержание подвижных соединений щелочноземельных металлов — кальция, магния и стронция.

Такие изменения связаны с тем, что в почву перестают вносить удобрения, и её кислотность увеличивается.

Эти наблюдения помогут разрабатывать стратегии восстановления обедневших из-за активного сельского хозяйства земель. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Science of the Total Environment.

Во всём мире, в том числе в России, часть сельскохозяйственных угодий по разным причинам перестаёт возделываться и со временем возвращается в естественное состояние. Этот процесс сопровождается изменениями в химическом и микробном составах почв, которые влияют на состояние растительного покрова и благополучие всей экосистемы.

Ранее учёные определили, что микробный состав почв на заброшенных пахотных землях возвращается к исходному состоянию только спустя 60 лет. Кроме того, при прекращении сельскохозяйственной деятельности потенциально может меняться подвижность тяжёлых металлов и соединений, необходимых для растений — углерода, азота и фосфора.

Подвижность веществ определяет, насколько легко они перемещаются из почвы в растения и в воду, а далее по пищевым цепям — в организм животных и человека. Однако то, как меняется доступность этих веществ на разных этапах естественного восстановления лесов, ранее было неизвестно.

В новой работе специалисты 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 27 площадок, которые соответствовали восьми 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 разрезы почв глубиной до одного метра, из которых взяли образцы для химического анализа. При этом пробы отбирали из самого верхнего гумусового горизонта, нижележащего осветлённого горизонта вымывания веществ (элювиального), ещё более глубокого тёмного горизонта, где эти вещества накапливаются (иллювиального), и почвообразующей породы на глубине около метра.

В каждом образце авторы определили содержание 27 элементов, разделённых на четыре группы. В первую вошли хорошо растворимые и усваиваемые растениями соединения. Вторая группа была представлена соединениями элементов, прочнее удерживаемыми почвой. Третья включала связанные с органическим веществом элементы, а четвёртая — связанные с гидроксидами железа и марганца. При этом один и тот же элемент, например марганец, находится в составе разных соединений почвы и, соответственно, попадает в разные группы соединений.

«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 Полина Енчилик, кандидат географических наук, младший научный сотрудник географического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова.

Оказалось, что по мере восстановления лесного покрова сильнее всего меняются характеристики самого верхнего гумусового горизонта почв, где накапливается большое количество связанных с органическим веществом элементов — азота, фосфора и серы, а также марганца, свинца и алюминия. При этом из-за того, что после прекращения распашки в почву не вносили удобрения, кислотность её гумусового горизонта по мере восстановления лесного покрова увеличилась. Это ускорило вымывание из него подвижных соединений кальция, магния и стронция.

В нижележащем элювиальном 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 вовсе не обнаружили значимых преобразований.

«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 озёр 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 Иван Семенков, кандидат географических наук, старший научный сотрудник географического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова,
заведующий лабораторией ЦЭПЛ РАН.