ИЗВЕСТИЯ РАИ. СЕРИЯ БИОЛОГИЧЕСКАЯ, 2008, № 1, с. 84-93
= ЭКОЛОГИЯ =
УДК 631.4:630*4:595.787(571.51)
ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ ПОЧВ В ОЧАГАХ РАЗМНОЖЕНИЯ СИБИРСКОГО ШЕЛКОПРЯДА В ЮЖНОЙ ТАЙГЕ СРЕДНЕЙ СИБИРИ
© 2008 г. Ю. Н. Краснощекое, И. Н. Безкоровайная
Институт леса им. ВН. Сукачева СО РАН, 660036 Красноярск, Академгородок
E-mail: Institute@forest.akadem.ru Поступила в редакцию 10.11.2006 г.
Анализируются данные экспериментальных исследований вклада зоогенного опада в трансформацию свойств почв южной тайги Средней Сибири. Показано, что по сравнению с контролем, вынос водорастворимого углерода из лесных подстилок после инвазии шелкопряда был выше на 21-26%, а через год снижался до 14%. Установлено, что при выжигании шелкопрядника (участок леса, погибший из-за полной дефолиации сибирским шелкопрядом) изменяется запас и качественный фракционный состав подстилки, актуальная кислотность и зольный химический состав, происходит практически полное уничтожение подстилочного комплекса беспозвоночных, который начинает восстанавливаться только через два года после пожара.
Почвенный покров и почвы темнохвойных лесов в южно-таежных ландшафтах Средней Сибири формируются под влиянием периодически повторяющихся инвазий сибирского шелкопряда. По масштабности воздействия сибирский шелкопряд является вторым по значимости после пожаров природным фактором инициации таежных сукцессий. За период с 1878 г. по 1997 г. на территории Красноярского края действовали очаги девяти вспышек. Во время последней вспышки 1989-1997 гг. шелкопрядом дефолиировано около 1 млн га темнохвойных лесов (БагапеЫкоу, Коп<Закоу, 1997).
Сведения о закономерностях трансформации почв под участками пихтового леса, уничтоженного сибирским шелкопрядом, представлены отдельными фрагментарными исследованиями (Керженцев, 1975; Красеха и др., 1985; Корсунов и др., 1988; Краснощеков, Вишнякова, 2003). Анализ немногочисленных опубликованных материалов свидетельствует, что периодически повторяющиеся сукцессии лесной растительности в южно-таежной подзоне Средней Сибири, связанные с инвазиями шелкопряда, являются активным почвообразовательным фактором. Резко изменяется гидротермический режим в приземном слое воздуха и почв, возрастает общая продуктивность живого напочвенного покрова и, как следствие этого, напряженность биологических и биогеохимических процессов в почвах. В очагах массового размножения сибирского шелкопряда в результате увеличения поступления зоогенного опада и осветления лесного полога существенно повышаются деструкционные процессы в лесной подстилке. Последующие низовые пожары, в зависимости от их интенсивности, уничтожают ее полностью
или приводят к образованию поверхностного специфического пирогенного органогенного горизонта (Ор1г), который по химическим и физико-химическим параметрам и биологическому круговороту элементов очень сильно отличается от "неизмененных" аналогов. Поверхностные органогенные горизонты почв аккумулируют в себе все прямые и косвенные воздействия в начале шелкопряда, а затем пожара, дольше всех компонентов биогеоценоза сохраняют следы совместного воздействия этих факторов, изменяя лесорасти-тельные их свойства.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Исследования проводили в Усольском лесхозе Красноярского края. Пробные площади были заложены в 35 км на восток от пос. Тасеево на вы-положенной части водораздела с небольшим уклоном (2-4°) северной экспозиции, 340-350 м над ур. моря. Пробная площадь 1 (ПП 1) (контроль) заложена под пологом пихтарника травяно-зеленомошного, состав: 7 пихт, 2 березы, 1 кедр (7П2Б1К), полнота 0.7, возраст 150-160 лет. ПП 2 заложена на участке леса, полностью засохшего вследствие дефолиации сибирским шелкопрядом в 1996 г. ПП 3 - на участке после контролируемого выжигания шелкопрядника площадью 6.2 га. ПП 4 представляет собой 10-летнюю гарь шелкопрядника, полностью заросшую травянисто-кустарниковой растительностью. В почвенном покрове пробных площадей распространены дерново-глубокоподзолистые со вторым гумусовым горизонтом тяжелосуглинистые почвы.
При проведении исследований использовали учет видового состава, биомассы наземных расте-
ний, мощности, запаса, фракционного состава подстилки, определение ее зольного химического состава по Родину с соавт. (1968). Свойства почвы определяли общепринятыми методами (Аринуш-кина, 1970). Почвенные образцы отбирали два раза за летний сезон - в середине июня и в конце августа. На контрольном и экспериментальных участках проведен учет почвенных микроартро-под: коллембол (Со11етЬо1а), панцирных (ОпЬа1е1) и гамазовых (вата8та) клещей. Пробы отбирали в июне и августе 2002-2003 гг. буром (й = 5 см) в подстилке, 0-5 и 5-10-сантиметровых минеральных слоях почвы в 10-кратной повторности. Выгонку проводили с помощью эклекторов Тулгре-на (Дунгер, 1987). Определение морфо-экологи-ческих групп орибатид - по Криволуцкому (1965; 1995), коллембол - по Стебаевой (1970). Для исследования лизиметрических вод использованы лизиметры конструкции Шиловой (Скрыннико-ва, 1977). Лизиметры были установлены под горизонтом лесной подстилки на контроле (ПП 1) и в шелкопряднике (ПП 2), а на участке контролируемого выжигания (ПП 3) под горизонтом Ор1г. Отбор растворов из бутылей проведен в конце августа 2001 г. и 2002 г. и весной 2002 г. и 2003 г. после таяния снега.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Особое место в сукцессионной динамике нарушенных лесных экосистем занимают шелкопряд-ники. При отсутствии механических повреждений почвы и на фоне резкого изменения светового ре-
жима в подстилку поступает от 4.5 до 10 т/га абсолютно сухой массы органических веществ в виде зоогенного опада (Баранчиков, Харитонченко, 1983). Это определяет дальнейший физиономический облик растительного покрова свежих шел-копрядников.
По данным Перевозниковой и Баранчикова (2002) в первый год после дефолиации наиболее существенные изменения происходят в надземной фитомассе напочвенного покрова. Резко возрастает масса травостоя (в пихтарнике - 66.3 г/м2, в шелкопряднике - 275.8 г/м2), в его составе доминируют крупные травы. Доля их в структуре фи-томассы резко увеличилась и в совокупности составила 61%, в то время как в контроле - 28%.
Отличительный состав наземной растительности приводит к формированию в шелкопрядниках своеобразных подстилок. Помимо того, что подстилки аккумулируют в себе огромное количество дополнительного органического материала и зольных элементов, они в значительной степени определяют биохимические и биологические особенности почв (Краснощеков и др., 2003).
Экскременты сибирского шелкопряда при поступлении на поверхность почвы, в лесную подстилку, из расчета 4.5 т/га воздушно-сухой массы содержали значительное количество биофиль-ных элементов (табл. 1). Часть поступивших элементов усваивается растительностью, животными и микроорганизмами, часть в виде твердого стока и в растворенном состоянии выносится поверхностным жидким стоком, а часть проникает в
Таблица 1. Запасы углерода, азота и зольных элементов в экскрементах гусениц сибирского шелкопряда, подстилке и лизиметрических водах, кг/га
Показатель В экскрементах В подстилке В лизиметрических водах
на контрольном участке с экскрементами осень 2001 г. весна 2002 г.
осень 2001 г. весна 2002 г. на контрольном участке с экскрементами на контрольном участке с экскрементами
С 2092.0 3220.0 3720.0 3657.1 25.2 200.1 1.7 3.1
N 49.5 173.0 187.0 177.9 3.1 9.6 0.6 0.7
Са 75.1 140.0 184.0 175.2 5.8 6.1 0.5 2.4
Mg 3.8 8.0 8.2 7.5 0.8 1.5 0.1 0.1
Бе 1.4 18.0 20.1 20.6 - - - -
А1 1.0 1.2 2.4 2.3 - - - -
Мп 0.9 4.8 8.4 7.2 - - - -
Р 9.5 16.5 25.6 22.6 1.4 - - -
К 29.9 22.0 20.0 17.8 0.1 23.1 0.1 0.4
№ 1.1 1.2 2.0 1.8 6.3 0.1 0.01 0.02
рН 4.2 4.5 7.0 6.6
Примечание. "-" - не определяли.
%
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
В 1 0 2 Ш 3 И 4 □ 5 Н б ■ 7
2002 2004 2002 2004 2002 2004 2002 2004 Годы
ПП1 ПП2 ПП3 ПП4
Рис. 1. Динамика фракционного состава подстилок: 1 - сучья, 2 - хвоя, 3 - листья, 4 - мох, 5 - трава, 6 -труха, 7 - уголь. ПП - пробная площадь (для рис. 1-6).
нижние почвенные горизонты, закрепляется здесь или выносится в грунтовые воды за пределы этих ландшафтов. Анализ лизиметрических вод, собранных через 2 мес. (в начале сентября) показал, что из подстилки с экскрементами гусениц шелкопряда вынос элементов более значителен по сравнению с контролем (табл. 1). Следует отметить, что по составу лизиметрические воды относятся к гидрокарбонатно-кальциевому типу. Это обусловлено исключительным участием в формировании химического состава вод органического вещества и, прежде всего, новообразованных "молодых" продуктов гумификации, что способствует относительному обогащению подстилки и верхних органо-минеральных горизонтов более устойчивыми формами. Наиболее кислая реакция среды отмечена в растворах, фильтрующихся через подстилку с экскрементами сибирского шелкопряда (рН = 4.5), тогда как на контрольном участке рН растворов равен 6.3.
Экскременты представляют собой очень мобильный субстрат для биологической трансформации органогенных горизонтов почв. Они оказывают существенное влияние на скорость разложения и, в первую очередь, выноса водорастворимых органических продуктов. В подстилке травяно-зе-леномошного пихтарника запас общего углерода был равен 3220 кг/га, после внесения экскрементов сибирского шелкопряда он составил 5312 кг/га. Через 2 мес. общий запас углерода в подстилке стал равен 3720 кг/га, потеря на разложение составила 1592 кг/га или 30% от исходного запаса углерода. Вынос в водорастворимой форме за это время был 3.7% от исходного или 12.6% от потерянного углерода. В подстилке же на контроле на водорастворимый углерод приходилось лишь 0.78% от исходного запаса углерода. За исследуемый период вынос водорастворимого азота составил 4.3% от исходного или 27.1% от потеренного. В
контроле водорастворимый азот составляет 1.8%. На основании проведенных исследований можно построить ряд выноса некоторых химических элементов в водорастворимой форме из лесных подстилок, трансформированных сибирским шелкопрядом: K > № > Mg > N > Ca > С
В южно-тае
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.