ЛЕСОВЕДЕНИЕ, 2013, № 3, с. 38-45
ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
УДК 630*35+630*114.6+630*232(470.22)
ИЗМЕНЕНИЕ СВОЙСТВ ПОЧВ КАРЕЛИИ В ПРОЦЕССЕ ИСКУССТВЕННОГО ЛЕСОВОССТАНОВЛЕНИЯ
© 2013 г. О. Н. Бахмет, М. В. Медведева
Институт леса Карельского научного центра РАН, 185910 Петрозаводск, ул. Пушкинская, 11, Е-шаИ: obahmet@mail.ru Поступила в редакцию 01.03.2012 г.
В статье рассмотрены результаты анализа состояния почв Карелии, находящихся на различных стадиях искусственного лесовосстановления (свежая вырубка, культуры сосны 7-, 20- и 40-летнего возраста). Исследованы химические (рН, степень насыщенности основаниями, содержание Собщ и ^общ), биохимические (состав углеводов), микробиологические (численность микроорганизмов важнейших эколого-трофических групп) свойства почв. Установлено, что после полного удаления древостоя наиболее сильные изменения претерпевает лесная подстилка. В почвах, сформировавшихся под молодыми 7-летними культурами сосны, интенсивность процессов деструкции органического вещества возрастает, отмечается более глубокая трансформация мортмассы. По мере роста и развития древостоя изменяется характер и интенсивность поступления на поверхность почвы растительного материала, в соответствии с этим меняется темп и направленность трансформации органического вещества. Выявлено, что восстановление рассматриваемых свойств почв происходит спустя 40 лет после полного удаления древостоя.
Рубки, лесовосстановление, лесные почвы, биохимические и микробиологические свойства, органическое вещество почв.
Леса имеют доминирующее значение в динамике наземного углеродного баланса. Они содержат 86% углерода Земли, а лесные почвы включают в себя 73% углерода, имеющегося во всех почвах планеты [29]. По данным Центра по проблемам экологии и продуктивности лесов РАН из 34 млрд. т углерода наземной биомассы российских лесов 25 млрд. т приходится на хвойные леса [10], почвы которых содержат в 5 раз больше углерода по сравнению с наземной биомассой [30]. Поэтому бореальные экосистемы России, занимающей значительную часть территории Северной Евразии, играют ключевую роль в глобальном цикле углерода [8, 12]. В связи с этим даже относительно небольшие изменения в почвенном покрове данного региона на фоне антропогенного воздействия могут оказаться достаточно значимыми в глобальном масштабе.
Одной из наиболее радикальных форм эксплуатации лесных ресурсов является заготовка древесины, т.е. рубки главного пользования. Масштабы
лесозаготовок, в частности в Карелии, достаточно впечатляющие - площадь вырубок второй половины XX в. оценивается в 0.7 от всей лесной территории региона [6]. Преобладающие в таежных лесах сплошные концентрированные рубки оказывают большое влияние на физико-химические и биологические свойства почв [17, 20, 25, 28]. Несмотря на имеющиеся отдельные публикации [22, 26], недостаточно исследованным остается вопрос качественного состава органического вещества почв вырубок, участия микроорганизмов в процессах его трансформации антропогенно преобразованных лесных экосистем. В связи с этим целью работы являлось исследование трансформации органического вещества почв, находящихся на различных стадиях искусственного лесовозобновления. Данная цель предусматривала решение следующих основных задач: 1) исследовать химические свойства почв в сукцессион-ном ряду лесовосстановления; 2) изучить состав углеводов органического вещества почв транс-
формированных экосистем; 3) исследовать эко-лого-трофическую структуру микробоценоза почв вырубок разного возраста.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
Исследования проводились в среднетаеж-ной подзоне Карелии (62°16' с.ш. и 33°59' в.д.). Район исследований входит в состав Балтийской природной страны и является репрезентативным в целом для таежной территории Северо-Запада России. Этот регион, находящийся в юго-восточной краевой части Балтийского (Фенноскан-динавского) кристаллического щита [5], отличается от равнинной части России отсутствием мощных толщ осадочных пород. Среди почво-образующих пород преобладают ледниковые и водно-ледниковые отложения последнего позд-невалдайского скандинавского покровного оледенения, иногда они перекрываются более молодыми озерными, морскими, аллювиальными и эоловыми песчано-глинистыми отложениями и биогенным торфом [7].
Климат региона умеренно-континентальный с чертами морского. Преобладание на протяжении всего года воздушных масс атлантического и арктического происхождения, близость к Балтийскому, Белому и Баренцеву морям, а также своеобразие местных природных условий (обилие озер и болот, рельеф и др.) обусловили следующие климатические особенности: невысокую среднегодовую температуру воздуха (3 °С), продолжительную, но мягкую зиму (число дней со снежным покровом 145-155), короткое прохладное лето (продолжительность периода со средней суточной температурой воздуха выше 15 °С 40-45 дней), высокую относительную влажность воздуха (60-90%), значительное количество осадков (550-600 мм) [15].
Преобладающим типом растительности являются хвойные леса: сосновые леса занимают 63.8% лесопокрытой площади, еловые - 25.2, березовые - 10.1, осиновые - 0.7 и сероольшани-ки - 0.2% [18].
Почвенный покров Карелии образован макро-и мезосочетаниями почв, принадлежащих к подзолистому, буроземному, болотно-подзолистому и болотному типам [14]. Разнообразие форм рельефа и почвообразующих пород обусловливает высокую пестроту почвенного покрова и сложные сочетания почв.
Исследования состояния почв после антропогенного воздействия выполнены на пяти пробных площадях (пр. пл.), представляющих собой
хронологический ряд вырубок. При закладке пробных площадей соблюдался принцип единообразия, предполагающий их однородность по климатическим условиям, позиции в ландшафте, почвообразующей породе, типу почв. Пр.пл. 1 представляла собой свежую вырубку после проведения сплошной рубки сосновых древостоев, пр. пл. 2-4 - это участки с культурами сосны 7-, 15- и 40-летнего возраста соответственно. В качестве контрольной была выбрана пр. пл. 5, заложенная в спелом сосняке брусничном (170 лет) в буферной зоне заповедника "Кивач".
На всех пробных площадях закладывались полнопрофильные почвенные разрезы, проводилось их детальное морфологическое описание, отбирались образцы почв из каждого генетического горизонта. Анализ почвенных образцов включал определение кислотности (рНкс1), степени насыщенности основаниями общепринятыми методами [1], общего углерода и валового азота с помощью СНК-анализатора. Для биохимического анализа образцы лесных подстилок отбирались во второй половине сентября (в конце периода вегетации растений). Определение биохимического состава органического вещества проводили по методике Н.И. Ястрембовича и Ф.Л. Калинина [21] в модификации Г.И. Софроновой с соавт. [19]. Содержание углеводов пере считывало сь в абсолютно сухое беззольное вещество.
В отобранных свежих образцах почвы определяли содержание основных эколого-трофичес-ких групп микроорганизмов по традиционной в почвенной микробиологии методике посева почвенной суспензии на твердые питательные среды [13]. Учитывали следующие группы микроорганизмов: бактерии, утилизирующие органические соединения азота (на мясопептонном агаре), минеральные соединения азота (на крахмало-амми-ачном агаре), олигонитрофилы (на среде Эшби), олиготрофы (на почвенном агаре), целлюлозораз-рушающие микроорганизмы (на среде Гетчинсо-на). Все расчеты численности микроорганизмов выполнены для абсолютно сухой почвы. Полученные данные по численности микроорганизмов основных эколого-трофических групп методом посева пересчитаны в тыс. г-1 почвы. Определение актуальной целлюлозолитической активности почв проводили методом аппликации по разности масс исходного и экспонированного в почве (в течение вегетационного периода - с конца мая до конца октября) материала.
Статистический анализ полученных данных выполняли с использованием стандартного пакета программ Ехсе1.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Морфологические свойства почв. Для исследуемых участков характерными являлись маломощные подзолы иллювиально-железистые, сформировавшиеся на песчаных флювиогляциальных отложениях, со следующим морфологическим строением: 0-Е-ВГ-В2-ВС-С. Органогенный горизонт (лесная подстилка) включал два подгори-зонта: OL и OF+OH.
После проведения сплошной вырубки древостоя (пр. пл. 1) выявлены изменения морфологического строения верхней части профиля почв: лесная подстилка была практически полностью содрана, минеральная толща обнажена. При сжигании порубочных остатков она превращалась в плотную темную корочку с углями, фрагментарно представленную на пробной площади. Таким образом, антропогенно нарушенный органогенный горизонт (Оапй.) имел прерывистый характер и не образовывал сомкнутого покрова. Мощность данного горизонта составляла в среднем 0.5 см, т.е. много ниже, чем на контрольном участке (среднее значение 5.5 см) (рис. 1). Кроме того, на пр. пл. 1 отмечалась высокая зольность органогенного горизонта, что связано как с значительным антропогенным воздействием при проведении рубки древостоя, так и с небольшой мощностью оставшейся лесной подстилки.
Процессы почвообразования генетически связаны с сукцессией растений напочвенного покрова. Так, при появлении в напочвенном покрове травянистых растений в культурах сосны 7-летнего возраста (пр. пл. 2) в верхней части профиля почвы образовалась дернина. Это свидетельствует об изменении направленности почвообразования: дерновый процесс становится ведущим на данном этапе развития лесного сообщества. Зольность органогенного горизонта на этой пробной площади также была высокой, что связано с проведением посадок культур сосны.
По мере роста и развития соснового древостоя кроны деревьев смыкались, возрастало количество хвойного опада, менялся и состав напочвенного покрова - травянистые растения вытеснялись вечнозелеными кустарничками и зелеными мхами, что привело к изменению морфологического строения лесной подстилки. На пробной площади в культурах сосны 20-летнего возраста мощность верхнего органогенного горизонта была еще сравнительно невелика (около 3
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.