Soil and Vegetation Heterogeneity in Postagrogenic Restorative Succession in the Middle Taiga Subzone

E. N. Nakvasina; Наквасина Е. Н.; T. A. Parinova; Паринова Т. А.; A. G. Volkov; Волков А. Г.; L. V. Golubeva; Голубева Л. В.

doi:10.31857/S0367059723010080

Soil and Vegetation Heterogeneity in Postagrogenic Restorative Succession in the Middle Taiga Subzone

Authors: Nakvasina E.N.¹, Parinova T.A.¹, Volkov A.G.¹, Golubeva L.V.²
Affiliations:
1. Northern (Arctic) Federal University
2. Arkhangelsk Pedagogical College
Issue: No 1 (2023)
Pages: 22-34
Section: Articles
URL: https://journals.rcsi.science/0367-0597/article/view/139158
DOI: https://doi.org/10.31857/S0367059723010080
EDN: https://elibrary.ru/HAWHYD
ID: 139158

Cite item

Full Text

Open Access
Restricted Access

Access granted
Restricted Access

Subscription Access

Abstract
About the authors
References
Supplementary files
Statistics

Abstract

The specific features of the soil–vegetation heterogeneity at the early stages of restorative succession have been studied. These features are determined by biotic and bioinert conditions that were influenced by anthropogenic factors during long-term plowing on azonal carbonated soils in the middle taiga subzone (Kargopol district, Arkhangelsk Oblast, Russia). In total, 25 full-profile soil sections, 500 soil samples, 125 sites for counting tree and shrub species, 25 standard geobotanical plots, and 250 plots for counting herbaceous species have been studied and analyzed. During the first 15 years of restorative succession on fallow agricultural land, herbaceous vegetation has the highest phytocenotic significance. On the residual calcareous soils of the forest zone, the specialization of ecological properties, i.e., the confinement of species to certain factors is weakly pronounced only in some herbaceous species. The mosaic structure of vegetation cover on a 15-yearold fallow is determined not by the variability of soil properties and the influence of growing tree and shrub species, but by the biological properties of herbaceous plants and their specific requirements for environmental factors. Soil fertility and soil moisture are the main factors that determine the variations of vegetation at this stage.

Keywords

heterogeneity, succession, fallow land, abandoned arable land, soil cover, vegetation cover, elemental composition of the plow horizon, middle taiga subzone

References

Сукцессионные процессы в заповедниках России и проблемы сохранения биологического разнообразия / Под ред. Смирновой О.В., Шапошникова Е.С. СПб.: РБО, 1999. 549 с.
Ettema Ch.H., Wardle D.A. Spatial soil ecology // Trends in ecology & evolution. 2002. V. 17. № 4. P. 177–183. https://doi.org/10.1016/S0169-5347(02)02496-5
Zhou Z., Sun O.J., Luo Z. et al. Variation in small-scale spatial heterogeneity of soil properties and vegetation with different land use in semiarid grassland ecosystem // Plant and Soil. 2008. V. 310. № 1. P. 103–112. https://doi.org/10.1007/s11104-008-9633-1
Townsend D.E., Fuhlendorf S.D. Evaluating relationships between spatial heterogeneity and the biotic and abiotic environments // The American Midland Naturalist. 2010. V. 163. № 2. P. 351–365. https://doi.org/10.1674/0003-0031-163.2.351
Лебедева В.Х., Ипатов В.С., Тиходеева М.Ю. Неоднородность пространственной структуры живого напочвенного покрова в лесных сообществах // Вестник СПбГУ. Сер. 3. Биология. 2015. № 2. С. 32–46.
Moreira E.F., Boscolo D., Viana B. Spatial Heterogeneity Regulates Plant-Pollinator Networks across Multiple Landscape Scales // PLoS ONE. 2015. V. 10. № 4. P. 1–19. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0123628
Медведев В.В. Неоднородность как закономерное проявление горизонтальной структуры почвенного покрова // Грунтознавство. 2010. Т. 11. № 1–2. С. 6–15.
Медведев В.В., Мельник А.И. Неоднородность агрохимических показателей почвы в пространстве и во времени // Агрохимия. 2010. № 1. С. 20–26.
Мирин Д.М. Внутрифитоценозные элементы неоднородности растительного покрова // Изв. Самарского НЦ РАН. 2012. Т. 14. № 1(5). С. 1320–1323.
Витковская С.Е. Особенности пространственной неоднородности агрохимических показателей почвы и массы растений в полевом опыте // Плодородие. 2009. № 5. С. 8–9.
Гончаров В.М., Фаустова Е.В. Новые подходы к исследованию пространственной агрофизической неоднородности почвенного покрова // Вестник Оренбургского гос. ун-та. 2011. № 12 (131). С. 181–183.
Басевич В.Ф. Почвенные сукцессии и их связь с неоднородностью подзолистых почв // Вестник Московского ун-та. Сер. 17. Почвоведение. 2011. № 3. С. 38–42.
Юркевич М.Г. Горизонтальная структура агроценозов Южной Карелии // Экология и география почв / Под ред. Красильникова П.В. Петрозаводск, 2009. С. 105–115.
Al-Rowaily S., El-Bana M., A.R. Al-Dujain F. Changes in vegetation composition and diversity in relation to morphometry, soil and grazing on a hyper-arid watershed in the central Saudi Arabia // Catena. 2012. V. 97. P. 41–49. https://doi.org/10.1016/j.catena.2012.05.004
ванов А.И., Конашенков А.А., Хомяков Ю.В. и др. Оценка параметров пространственной неоднородности показателей плодородия дерново-подзолистых почв // Агрохимия. 2014. № 2. С. 39–49
Ntasin A., Sompongchaiyakul P., Singhruck P. Soil Nutrients in heterogeneities land use in Haui-Luang Headwater Area of the Mekong River // Journal of Environmental Management and Tourism. 2017. V. 8. № 5. P. 1006–1012. https://doi.org/10.14505//jemt.v8.5(21).04
Сидорова В.А. Изменение пространственной вариабельности почвенных свойств в результате антропогенного воздействия // Экология и география почв / Под ред. Красильникова П.В. Петрозаводск, 2009. С. 30–47.
Paz-González A., Vieira S.R., Taboada Castro M.T. The effect of cultivation on the spatial variability of selected properties of an umbric horizon // Geoderma, 2000. V. 97. P. 273–292.
Литвинович А.В. Пространственная неоднородность агрохимических показателей пахотных дерново-подзолистых почв // Агрохимия. 2007. № 5. С. 89–94.
Okayasu T., Okuro T., Jamsran U., Takeuchi K. Degraded rangeland dominated by unpalatable forbs exhibits large-scale spatial heterogeneity // Plant Ecology. 2012. V. 213. № 4. P. 625–635. https://doi.org/10.1007/s11258-012-0027-3
Dechesne A., Badawi N., Aamand J., Smets B.F. Fine scale spatial variability of microbial pesticide degradation in soil: scales, controlling factors, and implications // Frontiers in Microbiology. 2014. V. 5. № 667. https://doi.org/10.3389/fmicb.2014.00667
Seabloom E.W., Bjørnstad O.N., Bolker B.M., Reichman O.J. Spatial signature of environmental heterogeneity, dispersal, and competition in successional grasslands // Ecological Monographs. 2005. V. 75. № 2. P. 199–214. https://doi.org/10.1890/03-0841
Kumar S., Tohlgren T.J., Chong G.W. Spatial heterogeneity influences native and nonnative plant species richness // Ecology. 2006. V. 87. № 12. P. 3186–3198. https://www.jstor.org/stable/20069347
DeAngelis D.L., Yurek S. Spatially explicit modeling in ecology: a review // Ecosystems. 2017. V. 20. № 2. P. 284–300. https://doi.org/10.1007/s10021-016-0066-z
Смирнова О.В., Алейников А.А., Семиколенных А.А. и др. Пространственная неоднородность почвенно-растительного покрова темнохвойных лесов в Печоро-Илычском заповеднике // Лесоведение. 2011. № 6. С. 67–78.
Wang L., Okin G.S., D’Odorico P. et al. Ecosystem-scale spatial heterogeneity of stable isotopes of soil nitrogen in African savannas // Landscape Ecology. 2013. V. 28. № 4. P. 685–698. https://doi.org/10.1007/s10980-012-9776-6
Chen P., Chu Y., Gu F. et al. Spatial heterogeneity of vegetation and soil characteristics in oasis-desert ecotone // The Journal of Applied Ecology. 2003. V. 14. № 6. P. 904–908.
Schooley R.L. Spatial heterogeneity and characteristic scales of species-habitat relationships // BioScience. 2006. V. 56. № 6. P. 533–537. https://doi.org/10.1641/0006-3568(2006)56[533:shacso]-2.0.co;2
Davies K.F., Chesson P., Harrison S. et al. Spatial heterogeneity explains the scale dependence of the native-exotic diversity relationship // Ecology. 2005. V. 86. № 6. P. 1602–1610. https://www.jstor.org/stable/3450785
Zhukov A., Gadorozhnaya G. Spatial heterogeneity of mechanical impedance of atypical chernozem: the ecological approach // Ekológia (Bratislava). 2016. V. 35. № 3. P. 263–278. https://doi.org/10.1515/eko-2016-0021
Солодовников А.Н., Рожков В.А. Исследование влияния древесной породы на почву методом дискриминантного анализа // Бюлл. Почвенного института им. В.В. Докучаева. 2019. Вып. 96. С. 22–38. https://doi.org/10.19047/0136-1694-2019-96-221-46
Москаленко С.В., Бобровский М.В. Расселение лесных видов растений из старовозрастных дубрав на брошенные пашни в заповеднике “Калужские засеки” // Изв. Самарского НЦ РАН. 2012. Т. 14. № 1(5). С. 1332–1335.
Vellend M., Verheyen K., Kathryn M. et al. Homogenization of forest plant communities andweakening of species–environment relationships via agricultural land use // J. of Ecology. 2007. V. 95. № 3. P. 565–573. https://doi.org/10.1111/j.1365-2745.2007.01233.x
Macdonald D.V., Crabtree J.R., Wiesinger G. et al. Agricultural abandonment in mountain areas of Europe: environmental consequences and policy response // J. of Environmental Management. 2000. V. 59. № 1. P. 47–69. https://doi.org/10.1006/jema.1999.0335
Розанов Б.Г. Морфология почв: Учебное пособие для вузов по спец. “Почвоведение и агрохимия”. М.: Изд-во МГУ, 1983. 320 с.
Дмитриев Е.А. Глава из неоконченной книги “Неоднородность почвы” // Масштабные эффекты при исследовании почв. М.: Изд-во МГУ, 2001. С. 8–38.
Горячкин С.В. Почвенный покров Севера (структура, генезис, экология, эволюция). М.: ГЕОС, 2010. 414 с.
Geypens M., Vanongeval L., Vogels N., Meykens J. Spatial variability of agricultural soil fertility parameters in a gleyic podzol of Belgium // Precision Agriculture. 2004. V. 1. P. 319–326. https://doi.org/10.1023/A:1009977109430
Черепанов С.К. Сосудистые растения России и сопредельных государств (в пределах бывшего СССР). СПб.: Мир и семья, 1995. 992 с.
Понятовская В.М., Сырокомская И.В. Опыт сравнительной оценки участия вида в строении лугового сообщества // Труды БИН АН СССР. Сер. III.Геоботаника. Л.: АН СССР, 1960. Вып. 12. С. 127–139.
Смирнова О.В., Ханина Л.Г., Смирнов В.Э. Эколого-ценотические группы в растительном покрове лесного пояса Восточной Европы // Восточно-европейские леса: история в голоцене и современность / Под ред. Смирновой О.В. СПб., 2004. Кн.1. С. 165–175.
Тиходеева М.Ю., Лебедева В.Х. Практическая геоботаника (анализ состава растительных сообществ). СПб.: Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2015. 166 с.
McCune B., Mefford M.J. PC-ORD Multivariate Analysis of Ecological Data, Version 6. Gleneden Beach, Oregon: MjM Software Design. 2011. 28 p.
Цыганов Д.Н. Фитоиндикация экологических режимов в подзоне хвойно-широколиственных лесов. М.: Наука, 1983. 196 с.
Грохлина Т.И., Ханина Л.Г. О компьютерной обработке геоботанических описаний по экологическим шкалам // Математическое моделирование в экологии: Мат-лы 4-й нац. науч. конф. с международн. участием. Отв. ред. Комаров А.С. Пущино, 2015. С. 63–64.
Oksanen J., Blanchet F., Friendly M. et al. 2017. vegan: Community Ecology Package. R package version 2.4-4.
Витковская С.Е. Методы оценки неоднородности почвенного покрова при планировании и проведении полевых опытов. СПб.: Агрофизический институт, 2011. 52 с.
Басевич В.Ф., Тетенькин В.Л. Неоднородность подзолистых почв и пестрополье // Вестник Московского ун-та. Сер. 17. Почвоведение. 2010. № 2. С. 35–42.
Лебедева В.Х., Тиходеева М.Ю. О неоднородности лесной и болотной растительности Нижне-Свирского заповедника // Бот. журн. 2017. Т. 102. № 6. С. 746–767.
Тиходеева М.Ю., Лебедева В.Х., Панфиловская К.А. Классификация типов зарастания суходольных лугов // Сборник научных трудов ГНБС. 2016. Т. 143. С. 242–248.
Орлова М.А., Лукина Н.В., Камаев И.О. и др. Мозаичность лесных биогеоценозов и продуктивность почв // Лесоведение. 2011. № 6. С. 39–48.
Роль почвы в формировании и сохранении биологического разнообразия / Отв.ред. Добровольский Г.В., Чернов И.Ю. М.: Тов-во научн. изд. КМК, 2011. 273 с.
Разнообразие почв и биоразнообразие в лесных экосистемах средней тайги / Отв. ред. Федорец Н.Г. М.: Наука, 2006. 287 с.