Фосфор и калий играют роль ключевых элементов минерального питания растений и являются обязательными для поддержания плодородия почв. Особенно в регионах Нечерноземья обеспечение культур этими макроэлементами критически важно для стабильных урожаев. Недостаток фосфора и калия может негативно сказаться на росте и развитии сельскохозяйственных растений, а поэтому они обычно вносятся с удобрениями. Новое исследование, в котором приняли участие сотрудники Географического факультета МГУ, ЦЭПЛ РАН и Тяньцзиньского университета, пролило свет на то, как содержание и распределение этих элементов меняется после прекращения сельскохозяйственного использования земель.
Уникальный природный эксперимент в Смоленском Поозерье
Эта научная работа была реализована на территории национального парка «Смоленское Поозерье» — уникального уголка природы, расположенного в северо-западной части Смоленской области. В ходе прошлого столетия здесь постепенно сокращались площади сельскохозяйственных земель, и заброшенные поля начали возвращаться природе. На освободившиеся участки активно пришли леса: первыми закреплялась сосна, преимущественно на бедных песчаных почвах, а ель предпочитала более питательные и влажные почвы легкосуглинистого и супесчаного типов. Благодаря этому в одном регионе можно проследить все этапы естественного восстановления леса — от только что оставленных полей до вековых хвойных древостоев.
Семь стадий возвращения природы: методика и масштаб исследования
Для достижения наибольшей объективности работавшие коллективы выбрали 45 участков, охватывающих полную хронологическую цепочку восстановления экосистем. Было выделено семь стадий последовательной смены растительности — от свежераспаханных полей и молодых лугов до древних хвойных лесов, не тронутых человеком свыше 100 лет. На каждом из этих участков проводился почвенный разрез, в результате чего для химических анализов всего было собрано 366 проб почвы.
Подход как к выбору участков, так и к анализу почвы позволил выявить четкие закономерности изменений содержания фосфора и калия, а также их вертикального распределения в разрезе разных стадий естественной сукцессии.
Динамика содержания фосфора и калия: от пашни к лесу
Согласно результатам, в одних и тех же условиях Смоленского Поозерья заметна устойчивая тенденция к снижению запасов доступного растениям фосфора и калия в поверхностном — гумусовом — горизонте по мере того, как почвы переходят от пашен и залежей к старым хвойным лесам. Причины такой динамики заключаются в прекращении поступления удобрений, смене типа растительного опада и выносе элементов осадками.
Самый резкий спад концентрации макроэлементов отмечен в поверхностном слое (0-5 см от поверхности) — именно этот слой дольше всего остаётся насыщенным после сельхозиспользования, но спустя десятилетия запасы здесь заметно ниже. Такой вывод подтвердил магистрант Павел Чеченков, подчеркнув, что агроценозы способны поддерживать более высокий уровень этих элементов, чем леса на последующих стадиях восстановления.
Отличия в поведении фосфора и калия
Анализ показал, что фосфор и калий демонстрируют различные закономерности распределения между слоями почвы в зависимости от стадии восстановительных процессов. Фосфор быстрее других элементов выносится из почвы благодаря своей подвижности в составе анионов, тогда как калий, будучи катионом, задерживается дольше. В начальные годы после отказа от обработки в почве сохраняется высокий уровень фосфора в верхних горизонтах. Однако спустя 10-30 лет содержание элемента становится более равномерным по всему профилю, а позднее возникает обратная градация — гумусовый слой начинает уступать по концентрации минеральным слоям ниже него.
Как уточнила младший научный сотрудник Полина Енчилик, калий ведёт себя стабильнее: изменения его содержания оказываются менее выраженными и зависят в первую очередь от типа пород леса и кислотности почвы, а не только от возраста экосистемы. При этом катионный калий остаётся сосредоточенным ближе к поверхности, хотя его количество постепенно уменьшается с течением времени после прекращения земледелия.
Практическое значение результатов и перспективы
Результаты исследования носят не только фундаментальный, но и прикладной характер. Старший научный сотрудник и руководитель проекта Иван Семенков отметил, что теперь удаётся более обоснованно выбирать сценарии использования так называемых постагрогенных ландшафтов. Данные об изменениях фосфора и калия помогут решать: стоит ли запускать повторную распашку бывших сельскохозяйственных земель или же выгоднее ориентироваться на лесовосстановление.
Более того, понимание специфики вымывания биогенных элементов важно для долгосрочного экологического моделирования. Например, это позволит делать прогнозы по биогенному стоку — выносу питательных веществ из почвы в поверхностные и грунтовые воды, что чрезвычайно значимо для дальнейшего сохранения природных экосистем региона.
Международное сотрудничество и вклад в будущее науки
Этот масштабный проект объединил специалистов с разных площадок: МГУ, ЦЭПЛ РАН и Тяньцзиньского университета, что позволило взглянуть на процессы почвенных изменений с разных научных позиций. Никогда прежде характерные именно для зонального ландшафта Смоленского Поозерья этапы почвенных изменений не анализировались столь детально европейскими и российскими географами.
Полученные результаты позволяют делать обоснованные экологические прогнозы, разрабатывать рекомендации для рационального управления территорией и сохранять баланс между сельским хозяйством и природоохранной деятельностью. Оптимистичный пример того, как сотрудничество крупнейших научных центров, поддержанное Российским научным фондом, приводит к новым открытиям на стыке почвоведения, экологии и природопользования.
