Soil fertility transformation of abandoned soils along a catena in the Krasnoyarsk forest-steppe | Оценка трансформации плодородия почвы залежи на катене в Красноярской лесостепи

English. The aim of the study was to assess the transformation of some abiotic factors and soil fertility indicators, as well as erosion progress in the post-agrogenic dark-gray glei soil, undergoing spontaneous revegetation after abandonement, and after it was once again putt into agricultural use (ploughed)on a catena in the Krasnoyarsk forest-steppe. Location and time of the study. The study was conducted in the Krasnoyarsk forest-steppe in 2017-2019 using 1) abandoned dark-gray glei soil and 2) the same abandoned soil after it was again put into agricultural use and tilled. The studied land, abandoned for 18 years prior to the beginning of the study, reached the quasi-steady state of succession with grasses, forbs and herbs, forming rhioms, turfs and bunches. In 2016 a portion of the abandoned land was ploughed, i.e. again turned into arable land. Methods. Catenary approach to soil studies was used: at the east-exposed slope with 1.8˚ inclination a catena was chosen, composed of a summit, backslope and footslope. The abandoned land consisted of two sites: 1) abandoned land, AS, and 2) abandoned land that was again used as an arable one (ASA). At each catenary position soil profile morphology was described, genetic horizons characterized, soil bulk density and structural composition determined, the latter based on the agronomically valuable fractions (AVF). Soil temperature and moisture were measured in 0-10 and 10-20 cm soil layers from May till August. Mobile mineral nitrogen forms (N-NО3 and exchangeable N-NH4) were also measured. Using the so-called soil traps the possibility of water erosion flow and of the processes of fine earth and biota accumulation downward the catena was assessed. Soil samples were collected in triplicates, and all analyses were also performed with three replicates. Results. All catenary position displayed fully developed soil profiles at the AS.  The soil was identified as dark gray post-agrogenic weakly podzolized glei clay soil, developed on the brown clay. The former arable layer (the so-called ploughed sole) could be clearly seen, thus confirming the post-agrogenic stage of land development. The ASA was found to be better heated due to less covered soil surface. At the summit the temperature was higher as compared with other positions of the catena. Soil water content over three years at the ASA site was significantly higher as compared with the AS one. High humus content and AVF share resulted in very small fraction of silt. Mechanical tillage of the abandoned soil (i.e. at the ASA site) did not decrease the lumpy fraction. The structure of all studied soils according to their AVF fraction could be characterized as good or excellent. The AVF were found to increase downward the ASA catena. Due to heavier granulometric composition at the AS accumulative position the soil there was denser. After the AS site was ploughed, soil bulk density somewhat decreased at the transit and accumulative positions. The exchangeable N_NH4 content at both sites was rather low and did not differ. After ploughing the AS site, which had low nitrate content, the nitrate content increased by 1-2 grades at the ASA site. Judging by the coefficients of soil transfer and accumulation, the former was much less at the ASA site. The backslope was characterized by higher soil mass accumulation as compared with the summit and the footslope. The biota share was rather high, especially at the AS backslope. Conclusions. The difference in abiotic factors and fertility indicator of the dark-gray glei soil at the abandoned site and the adjacent site ploughed again is determined by the relief position. The maximal intensity of soil processed and regimes, as well as soil properties transformation, are characteristic for the foot slope of the abandoned land and the back slope of the abandoned and then ploughed land. So the set of soil fertility properties of the post-agrogenic dark-gray glei soil in the Krasnoyarsk forest steppe showed the possibility to turn the long-term abandoned land into arable.

Russian. Цель исследования. Оценить трансформацию некоторых абиотических факторов и показателей плодородия, а также развитие эрозионных процессов в постагрогенной тёмно-серой глееватой почве естественной залежи и при её повторном освоении в пашню на сопряженных частях склона катены в условиях Красноярской лесостепи. Место и время проведения. Исследования проведены в Красноярской лесостепи в 2017–2019 гг. на постагрогенной тёмно-серой глееватой почве неосвоенных и введённых в пашню залежей. Залежь находилась в корневищно-дерновинной стадии сукцессии, её возраст составлял 18 лет. Экспериментальные распаханные участки этой залежи введены в пашню в 2016 г., то есть являлись вновь освоенными. Методы. Использовали катенарный метод почвенных исследований. На склоне восточной экспозиции крутизной 1,8˚ заложили катену, по геоморфологическому профилю которой выделили три части склона, сопряженные между собой: вершина, выположенная середина и подножие. Массив залежи разбили на два граничащих между собой участка: необработанная и повторно введенная в сельскохозяйственное освоение залежь. На каждой позиции катены провели морфологическое описание почвенных профилей, дали характеристику основных свойств генетических горизонтов, определили плотность сложения, структурный состав, рассчитав содержание агрономически ценных фракций (АЦФ). В динамике (с мая по август) провели измерение температуры и влажности почвы в слоях 0–10 и 10–20 см, а также определили содержание подвижных минеральных форм азота: обменного аммония (N-NH4) и нитратного азота (N-NО3). С помощью «почвенных ловушек» установили возможность проявления эрозионного стока, процессов аккумуляции мелкозёма и биоты по склону. Повторность отбора образцов и всех определений трёхкратная. Основные результаты. По морфологическому описанию почв в разрезах на трёх частях склона катены необработанной залежи установили, что почвенные профили полноразвитые. Почва – тёмно-серая постагрогенная слабооподзоленная глееватая тяжёлосуглинистая на коричнево-бурой глине. Отчётливо выделяется бывший пахотный слой, свидетельствующий о постагрогенной стадии развития почв («плужная подошва»). На распаханном участке по сравнению с необработанной залежью установлена более сильная прогреваемость почвы за счёт теплоемкой оголенной поверхности массива. Почва на вершине склона, относительно других точек, практически всегда характеризовалась более высокой температурой. Содержание влаги в верхних слоях почвы на обработанной залежи за три года исследований существенно выше, чем на необработанной. При высоком содержании гумуса и большой доли АЦФ в структурном составе почвы обоих объектов исследования очень мала доля пылеватой фракции. За счёт механической обработки при освоении залежи практически не снижается доля глыбистой фракции. Структурное состояние почвы всех объектов исследования по содержанию АЦФ характеризуется как отличное или хорошее. Содержание этих фракций несколько возрастает в почве всех частей склона на обработанной залежи. Более высокой плотностью сложения отличается почва в нижней аккумулятивной точке катены за счёт утяжеления гранулометрического состава. После распашки залежи плотность сложения почвы несколько снижается в середине и у подножия склона.  Коэффициенты варьирования плотности сложения почвы очень низкие, что говорит о слабой пространственной пестроте этого показателя на всем массиве. Содержание аммонийного азота в почве обоих участков залежей в течение всех периодов вегетации низкое или среднее, статистически не различающееся. Обеспеченность почвы необработанной залежи нитратным азотом очень низкая или низкая. После распашки залежи и её сельскохозяйственного использования степень обеспеченности нитратным азотом повышается на один-два класса. При этом существенно увеличивается суммарное содержание подвижных минеральных форм азота, оценивающееся как повышенное, что статистически подтверждается. Коэффициенты сноса и аккумуляции почвенной массы свидетельствуют о значительно меньшей подверженности её переносу на необработанной залежи. Аккумулирующая функция свойственна середине склона на обработанной залежи по сравнению с вершиной и подножием. Доля биоты в эрозионном стоке достаточно высокая, особенно в середине склона необработанной залежи. Установлена слабая пространственная неоднородность эрозионной почвенной массы во всех частях склона в катене на залежи с существенным увеличением «пестрополья» при её распашке, особенно в середине и подножие склона. Заключение. Различия абиотических факторов и изменение комплекса показателей плодородия тёмно-серой глееватой почвы на необработанной и повторно введённой в пашню залежи определяются положением частей склона в катене. Максимальная интенсивность протекания почвенных режимов и процессов, трансформации почвенных свойств характерны для подножия склона необработанной залежи и середины склона освоенной залежи. По комплексу показателей плодородия тёмно-серой постагрогенной слабооподзоленной глееватой почвы Красноярской лесостепи установлена возможность введения в пашню залежи, находящейся в корневищно-дерновинной стадии сукцессии.