научная статья по теме МАССА ПОДСТИЛКИ И ИНТЕНСИВНОСТЬ ЕЕ РАЗЛОЖЕНИЯ В 40-ЛЕТНИХ КУЛЬТУРАХ ОСНОВНЫХ ЛЕСООБРАЗУЮЩИХ ПОРОД СИБИРИ Сельское и лесное хозяйство

Текст научной статьи на тему «МАССА ПОДСТИЛКИ И ИНТЕНСИВНОСТЬ ЕЕ РАЗЛОЖЕНИЯ В 40-ЛЕТНИХ КУЛЬТУРАХ ОСНОВНЫХ ЛЕСООБРАЗУЮЩИХ ПОРОД СИБИРИ»

ЛЕСОВЕДЕНИЕ, 2014, № 1, с. 42-50

_ ОРИГИНАЛЬНЫЕ _

СТАТЬИ

УДК 630*114.35: 630*228.7

МАССА ПОДСТИЛКИ И ИНТЕНСИВНОСТЬ ЕЕ РАЗЛОЖЕНИЯ В 40-летних КУЛЬТУРАХ ОСНОВНЫХ ЛЕСООБРАЗУЮЩИХ

ПОРОД СИБИРИ

© 2014 г. Э. Ф. Ведрова, Т. В. Решетникова

Институт леса им. В.Н. Сукачева СО РАН 66003 г. Красноярск, Академгородок E-mail: biosoil@ksc.krasn.ru

Поступила в редакцию 26.07.2013 г.

Приведены данные о запасе, составе, интенсивности разложения подстилки и высвобождения водорастворимого органического вещества в 40-летних культурах кедра, сосны, ели, лиственницы, березы и осины. Культуры формируются с 2-3-летнего возраста в едином экологическом местообитании на почве, исходные физико-химические свойства которой детально изучены и зафиксированы. Показано изменение приведенных параметров по сравнению с оценками, полученными для культур в 25-летнем возрасте.

Подстилка, фракционный состав, удельная скорость разложения, подстилочные растворы, водорастворимое органическое вещество.

Лесная подстилка исполняет важнейшую роль в обмене веществом и энергией между элементами системы "древостой почва". Процессы ее трансформации в значительной мере определяют характер почвообразования и плодородия почв. Являясь результатом сложного взаимодействия живого и косного вещества, лесная подстилка представляет собой особый горизонт профиля почв в лесных экосистемах. Отмирание растительных органов (опад, отпад) и их деструкция обусловливают формирование периодически обновляющегося органического вещества (ОВ), обладающего относительно постоянной величиной [3, 9]. Верхняя часть лесной подстилки (Ь) ежегодно обновляется за счет опадающих фракций фитомассы, нижняя последовательно трансформируется в подгоризонты ферментации (Б) и гумификации (Н) [3, 4, 7, 9, 11]. Аккумуляция органического материала и содержащихся в нем зольных элементов и азота формирует ближайший резерв элементов питания для растительного полога и энергетических ресурсов, "под влиянием которых изменяются как отдельные компоненты биогеоценозов, так и биогеоценозы в целом. Эти изменения происходят в результате постепенного накопления почвами новых признаков и свойств" [9].

К настоящему времени накоплен обширный и разносторонний материал по сопряженному исследованию леса и почвы. Это позволяет в общем виде охарактеризовать взаимосвязь и взаимообусловленность лесорастительного и почвообразовательного процессов. Однако многократная смена древостоев за время жизни почвы, отсутствие синхронности в развитии лесо- и почвообразовательных процессов приводит к тому, что, исследуя взаимодействие леса и почвы, свойства последней рассматриваются обычно как результат исторического развития с нулевым отсчетом от момента образования почвы. Представленные ниже данные получены на участке многолетнего эксперимента, заложенного по инициативе профессора Н.В. Орловского в 1971-1972 гг. с целью выявления роли отдельных эдификаторов лесных экосистем в процессах почвообразования. Особенностью эксперимента является формирование древостоев кедра, сосны, лиственницы, ели, осины и березы в едином экологическом местообитании на почве, с детально изученными и зафиксированными физико-химическими свойствами [13]. В настоящее время древостои достигли 40-летнего возраста. Наблюдения, проведенные за период от посадки до 25-28-летнего возраста культур, позволили получить количественные оценки комплекса параметров, характеризующих

начальный этап взаимодеиствия в системе древостой -м- почва" [1, 2, 6, 7, 13, 14, 18-21]. После 10-летнего перерыва на участке культур возобновились исследования, призванные оценить изменение ранее полученных параметров.

Задачей данной работы является анализ массы, состава, интенсивности разложения подстилки и высвобождения водорастворимого органического вещества в 40-летних культурах в сравнении с оценками этих параметров, ранее полученными для культур 25-летнего возраста.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ

Экспериментальный участок лесных культур площадью 1.7 га расположен на территории Кем-чугской возвышенности (56о с.ш., 92о в.д.; терраса р. Кача, левобережного притока р. Енисей). В почвенном покрове территории доминируют серые почвы. Перед посадкой лесных культур на опытном участке выравнивалась мощность гумусового горизонта: верхний слой (0-20 см) был снят бульдозером и перемещен за границы участка. Нижняя иллювиальная толща рыхлилась фрезой до глубины 60 см, после чего на поверхности этой толщи размещался перемешанный гумусовый горизонт [13, 19]. Морфологические особенности профиля этой плантажированной почвы, изменение некоторых физико-химических свойств показаны в ранее опубликованных работах [20].

Для отбора образцов подстилки (п = 10) в насаждении каждого лесообразователя использовался шаблон площадью 0.031 м2. Отбирался весь органический материал растительного происхождения. Границей раздела "подстилка - минеральная часть профиля" служило начало гумусово-аккумулятивного горизонта, с содержанием не более 20% органического вещества, прочно связанного с минеральным скелетом почвы. Отобранная растительная масса разделялась на три слоя. Морфологически хорошо сохранившийся, слабо затронутый разложением материал древесного и травянистого опада предыдущих 2-3 лет диагностировался как слой Ь подстилок. Оставшаяся масса просеивалась через набор сит с размером ячей от 7 до 0.5 мм. Хрупкие темноокрашенные, в разной степени затронутые разложением растительные остатки с сит ё > 3 мм представляют собой компоненты слоя ферментации (Б), а остатки ё < 3 мм - слоя гумификации (Н) подстилки. Опад учитывался на площадках (п = 5) площадью 0.12 м2 и разбирался по следующим фракциям: хвоя (листья), кора, ветви, шишки, мох, остатки трав, прочий растительный материал.

Полученные фракции опада и подстилки взвешивались, определялась их влажность и рассчи-

тывалась сухая масса. Для каждой фракции из 5 образцов опада и 10 образцов подстилки, отобранных в насаждении каждой из древесной породы, готовился средний образец, в котором определялось содержание углерода, азота, фосфора, калия, кальция и магния. Определение проводилось при использовании измерительного комплекса PSCO/ISI IBM-PC 4250, работающего на основе диффузного отражения в ближней инфракрасной области спектра [5].

Подстилочные растворы отбирали с помощью гравиметрических лизиметров системы Шиловой [17], с площадью приемной поверхности 30 х 40 см, установленных в 3-кратной повторно-сти на участке каждой лесообразующей породы. Отбор проб воды производили по мере поступления с начала до конца вегетации растений и весной после снеготаяния. В свежесобранных растворах определяли рН потенциометрически, Сорг - бихроматным методом, плотный осадок и его минеральный состав - после сжигания органического вещества.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Основным источником формирования подстилки служит древесный опад. Его интенсивность в культурах хвойных видов изменяется от 635 до 229 г м-2 год-1 с максимумом в кедровом насаждении и минимумом в ельнике. Основная часть поступает в подстилку с осенним хвоепадом (рис. 1). В составе опада в кедровнике около 90% массы приходится на хвою, в сосняке, лиственничнике и ельнике 40-50% составляет хвоя, а 20-45% -веточки (d < 1 см). В березняке и осиннике масса опада - соответственно, 202 и 298 г м-2 год-1 - на 70-74% представлена листьями и на 21-29% -веточками.

500

400

св S 300

С

О л 200

и

а S 100

0

Л?

-eN

Лесообразующие породы □ 2

Рис. 1. Интенсивность поступления опада в 40-хлетних культурах лесообразующих пород по периодам года: 1 - 23.05. -11.11.2010 г.; 2 - 12.11.2010-25.04.2011 г. Примечание: X± т - среднее значение и его ошибка.

Таблица 1. Запасы подстилки в 40-летних культурах лесообразующих пород, г м 2

Слой подстилки Лесообразующая порода

кедр сосна лиственница ель береза осина

Ь 438±64 1521±167 1161±183 705±101 437±35 573±51

Б 2795±192 1694±242 1319±208 2708±189 661±71 439±46

Н 135±24 242±41 158±34 297±44 83±10 112±16

Всего 3368±239 3457±219 2638±295 3709±288 1180±100 1124±76

Примечание: X ± т - среднее значение и его ошибка.

В свежеопавшем растительном материале на поверхности почвы максимально сконцентрирована активность почвенной биоты по переработке легкодоступных источников углерода и азота.

Весенний (23.05.2010 г.) учет запаса и состава подстилки показал, что в культурах хвойных пород ее масса в 2-3 раза превышает таковую в березняке и осиннике (табл. 1).

Растительные остатки в процессе биохимической трансформации проходят все стадии разложения: опад ^ Ь ^ Б ^ Н, характеризуясь определенным временем пребывания в каждой из стадий. В составе подстилки культур сосны, лиственницы, березы и осины на растительный материал подгоризонта Ь, слабо измененный разложением, приходится от 37 до 51% массы, кедра и ели - 17 и 19%. Половина массы подгоризонта (55%) на участке кедра состоит из хвои, под остальными хвойными на нее приходится 19-23%. В березняке и осиннике до 30% массы слоя Ь сосредоточено в листьях, остальная масса состоит из ветвей (ё < 10 мм), коры, шишек, цветков, чешуек и др. Доля ветвей максимальна в подстилке лиственничника и осинника - 32-33%, в сосняке и березняке ветви составляют 21%. Очень незначительно их участие в составе подстилки на участках с кедром (4%) и елью (6%).

Преобладающим в составе подстилки всех пород является подгоризонт ферментации (Б). Он состоит из неполностью разложившихся, морфологически достаточно идентифицируемых, хотя и хрупких, темноокрашенных растительных остатков.

Почти полностью разложившийся органический материал растительного происхождения под-горизонта гумификации (Н) не превышает 10% общего запаса подстилки. Максимум его отмечен в осиннике (10%), менее всего его содержится в подстилке кедровника (4%).

Морфологически хорошо сохранившаяся масса растительных остатков слоя Ь подстилок под сосной и елью эквивалентна трех-, под лиственни-

цей - двухлетнему опаду, под кедром составляет 70% от массы годичного опада (табл. 2). Наиболее трансформированная процессами разложения, с заметно более низким соотношением углерод- и азотсодержащих соедин

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.

Показать целиком