Для условий южной тайги Среднего Урала успешно апробирована Европейская морфофункциональная классификация форм гумуса, базирующаяся на детальном описании морфологии верхних почвенных горизонтов. Показано, что под действием промышленного загрязнения спектр форм гумуса лесных почв смещается от зоогенных мюль-типов к незоогенным мор-типам. Учитывая высокую информативность, надежность и небольшую трудоемкость анализа спектров форм гумуса, рекомендовано его использование как эффективного инструмента экологического мониторинга
Европейская морфофункциональная классификация форм гумуса (Zanella et al., 2011) основана на детальном описании морфологии верхних горизонтов почв (лесной подстилки и гумусового горизонта) и отражает состав и активность сапротрофного комплекса почвенной биоты. Классификация активно разрабатывается последние 15 лет, а в ее основу положена таксономия форм гумуса, которая создавалась на протяжении ХХ века. К настоящему времени Европейская морфофункциональная классификация доведена до уровня подробных руководств. За рубежом она успешно применяется для решения многих задач. Например, спектр форм гумуса рассматривается как индикатор скорости биологического круговорота и биоразнообразия в зависимости от изменений климата, почвообразующих пород, состава древесного и травяно-кустарничкового ярусов, возраста древостоя. Классификацию форм гумуса применяли для оценки восстановления почв после различных нарушений как природного (ураганы, лавины, пожары), так и антропогенного (рубки леса, применение пестицидов и удобрений) характера. Однако в России Европейская морфофункциональная классификация форм гумуса ранее не использовалась. Несмотря на то, что она разрабатывалась для широкого диапазона природных условий (от северной тайги Скандинавии до Средиземноморья, включая высокогорья), был открыт вопрос о ее применимости в географически удаленных от Европы регионах с более континентальным климатом. Нами была проведена апробация Европейской классификации для хвойных южнотаежных лесов Среднего Урала, которая продемонстрировала ее применимость для этих условий.
Проведена диагностика форм гумуса в зонах с разным уровнем загрязнения от атмосферных выбросов Среднеуральского медеплавильного завода: в фоновой (30-20 км от СУМЗ), буферной (7 км и 4-5 км) и импактной (3-0,5 км) зонах; всего описано 23 площадки. Для перевода качественной информации о строении органогенных горизонтов в количественную шкалу использован индекс гумуса, представляющий собой порядковый номер формы в упорядоченном ряду по критерию изменения роли крупных почвенных сапрофагов в деструкции органического вещества и изменения интенсивности деструкции. В автоморфных почвах возможно выделение следующих форм гумуса (с соответствующими индексами): Eumull=1, Mesomull=2, Oligomull=3, Dysmull=4, Hemimoder=5, Eumoder=6, Dysmoder=7, Hemimor=8, Humimor=9, Eumor=10.
В градиенте загрязнения представлен почти весь спектр вариантов форм гумуса в ряду биологической активности почв от Mesomull до Eumor (за исключением самой зоогенной формы Eumull). По мере приближения к источнику выбросов происходит смена форм гумуса от мюль-типа до мор-типа: индекс гумуса увеличивается от фоновой зоны к импактной, при этом спектры форм крайних зон не пересекаются (рис. 1). Различия между зонами по медианам индекса, рассчитанным для площадок, значимы (H (3, n=23)=17.71, р<0.0005).
Рисунок 1– Спектры форм гумуса в разных зонах загрязнения
В фоновой зоне превалируют формы мюль-типа, характеризующиеся быстрым разложением опада при доминирующей роли в этом процессе крупных сапрофагов (дождевых червей), вовлечением частично гумифицированного органического вещества в состав агрегатов органо-минерального горизонта, зоогенная структура которого хорошо выражена (рис. 2). В 7 км от завода найдено большое разнообразие форм гумуса – от зоогенных форм мюль-типа до низко активной формы мор-типа. На этом удалении чаще, чем в других зонах встречались формы модер-типа, появление OH-горизонта в которых означает замедление скорости разложения опада по сравнению с мюль-типом, но при этом почвенные беспозвоночные (эпигейные виды червей, микроартроподы, энхитреиды) остаются основными деструкторами органических остатков. По мере приближения к заводу формы мюль- и модер-типа полностью исчезают. В 4 км характерна форма мор-типа Humimor, в которой признаки зоогенной трансформации опада проявляются лишь в нижней части подстилки. Формы гумуса импактной зоны также относятся к мор-типу, причем преобладает крайний вариант (Eumor), характеризующийся накоплением слабо разложившихся растительных остатков. Эта форма свидетельствует о самой низкой скорости деструкции при преимущественном участии грибов в отсутствии крупных почвенных беспозвоночных. Деструктуризация (потеря зоогенной структуры) гумусовых горизонтов почв в импактной зоне привела к ухудшению физических свойств почв – увеличению общей плотности и уменьшению порозности, что, в свою очередь, это стало одной из причин развития техногенного оглеения в почвах и появлению гидроморфных форм гумуса (Hydromor), нетипичных для аналогичных лесных биотопов на фоновой территории.
Рисунок 2 – Строение верхних частей почвенных профилей с разными формами гумуса в разных зонах загрязнения
Выявлена тесная положительная связь между величиной индекса гумуса и содержанием тяжелых металлов в подстилке (для разных металлов (Cu, Zn, Cd, Pb) коэффициент корреляции Кендалла составил от 0.37 до 0.75, p = 0.04541–0.00002).
Замещение мюль-форм на мор-формы четко связано с изменениями в обилии и структуре сообществ крупных почвенных беспозвоночных: установленное ранее для этой территории резкое падение численности дождевых червей и энхитреид в 4 км от завода совпадает с исчезновением в этой зоне мюль- и модер-типов, а их элиминация в импактной зоне – с достижением индексом максимальных значений.
По сравнению с другими методами оценки биологической активности почвы индекс гумуса обладает высокой информативностью, надежностью, малой затратностью, что позволяет рекомендовать его в качестве индикатора воздействия промышленного загрязнения на почвенную биоту и эффективного инструмента для экологического мониторинга.