ЛЕСОВЕДЕНИЕ, 2015, № 1, с. 52-62
ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
УДК 631.445.2:631.417:630*231 (470.1)
ВЛИЯНИЕ ПОЖАРА В СЕВЕРОТАЕЖНОМ ЕЛЬНИКЕ НА ОРГАНИЧЕСКОЕ ВЕЩЕСТВО ПОЧВЫ*
© 2015 г. А. А. Дымов, Ю. А. Дубровский, Д. Н. Габов, Е. В. Жангуров, Н. А. Низовцев
Институт биологии Коми научного центра Уральского отделения РАН 167982 Сыктывкар, ул. Коммунистическая, 28 E-mail: aadymov@gmail.com Поступила в редакцию 14.03.2014 г.
Приведены результаты изучения морфологических свойств почвы и растительности 9-летнего постпирогенного лиственного молодняка, сформировавшегося после верхового пожара в северотаежном ельнике. Показано, что в почве постпирогенного фитоценоза морфологические пиро-генные признаки проявляются до глубины 20-30 см, подстилки менее кислые, характеризуются высоким содержанием обменного кальция. Существенных пирогенных изменений в запасах углерода и азота в почвах не выявлено, однако происходит возрастание запасов углерода и азота в минеральных горизонтах при уменьшении вклада подстилок. Показано, что пожары являются одним из основных факторов, приводящих к увеличению концентраций полициклических углеводородов в почвах. Возрастание происходит преимущественно за счет двух- и трехъядерных полиаренов, наибольший вклад в увеличение вносит нафталин. В почве, формирующейся в геохимически подчиненном положении по отношению к участку, пройденному пожаром, наблюдается возрастание концентрации легких полиароматических углеводородов в срединных минеральных горизонтах профиля, вероятно, это определяется латеральной миграцией соединений. Лабильное органическое вещество изучаемых почв имеет близкое соотношение амфифильных фракций.
Лесные почвы, пожары, почвенное органическое вещество, ПАУ, амфифильные свойства ПОВ, Печоро-Илычский заповедник.
ВВЕДЕНИЕ
Пожары являются одним из основных естественно циклических факторов, способствующих изменению и современной эволюции таежных ландшафтов [31]. Они могут оказывать различное влияние на экологическое состояние таежных биогеоценозов - от стимулирующего эффекта, влияющего на продуктивность отдельных древесных пород, до полного уничтожения современных фитоценозов и существенной деградации ландшафтов. Для регионов России, расположенных в таежной зоне, в том числе и Республики Коми, включающей около 50% лесопокрытых земель Европейского северо-востока России, пожары яв-
* Работа выполнена при поддержке гранта Президента РФ для молодых кандидатов наук (МК-1027.2013.4), РФФИ (проект № 13-04-00570а) и программы Президиума РАН (№ 12-П-4-1018).
ляются одним из основных факторов, определяющих экологическое состояние экосистем. Общее число пожаров в течение пожароопасного сезона и площади, пройденные пожаром, в существенной степени зависят от ряда факторов, важнейшими из которых являются климатические условия летнего периода. В отдельные годы лесные площади, подвергающиеся воздействию пожаров, сравнимы с территориями проведения промышленных рубок [17].
Общепризнанной является значительная роль бореальных лесов в поддержании баланса углерода на Земле. При этом пул углерода почв существенно возрастает в бореальных ландшафтах и в среднем составляет от 40 до 60% запасов органического углерода, накапливаемого в биогеоценозах [15, 38]. Необходимо отметить, что большинство исследований, направленных на изучение изменений фитоценозов и почв под воздействи-
ем пожаров, проведены для территории Сибири [1, 2, 27, 28]. На европейском севере России изучению лесных пожаров посвящено значительно меньшее число работ, в основном преобладают исследования динамики растительности в ходе постпирогенных сукцессий [3, 6, 9]. Несмотря на большое число исследований, посвященных оценке влияния пирогенного фактора на таежные экосистемы, работы, посвященные влиянию пожаров на почвы и почвенное органическое вещество (ПОВ) в еловых сообществах, практически отсутствуют. Вероятно, это связано с тем, что еловые леса горят в меньшей степени по сравнению с сосновыми и лиственничными древостоя-ми. Особую роль пожары играют на особо охраняемых природных территориях (ООПТ) зоны тайги, которые служат эталонами современного состояния таежных экосистем и характеризуются высокой комплексностью почвенного [26] и растительного [18] покровов. Согласно исследованиям С.В. Дёгтевой [8] и В.В. Елсакова с соавт. [13], на крупнейших ООПТ западного макросклона Урала послепожарные мелколиственные леса занимают значительные площади. Учитывая современные прогнозы изменения климата [35], можно предположить существенные изменения водно-теплового баланса в темнохвойных лесах Севера России, и, как следствие, усиление в них пирогенного влияния.
В связи с этим цель работы заключалась в изучении изменений морфологических и физико-химических свойств почв темнохвойных фитоценозов, запасов и амфифильных свойств ПОВ, концентраций полиароматических углеводородов (ПАУ) в почвах фитоценозов, пройденных пожаром.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
Исследования проводили на ключевых участках, расположенных в северной тайге (Троицко-Печорский муниципальный район, Республики Коми, Печоро-Илычский биосферный заповедник). Полевые исследования и отбор образцов почв были произведены в августе 2009 г. Исследуемые участки расположены в верхнем течении р. Илыч. Согласно схеме почвенно-географиче-ского районирования ЕТР, территория исследований располагается в предгорном увалистом районе глееподзолистых и торфянисто-подзоли-сто-глееватых почв северной тайги [7]. В зоне влияния пожара было заложено два разреза -в центре участка, подвергшегося пожару (разрез 25-СУ), и на участке, не испытывавшем прямого воздействия огня, расположенном на окраине
пройденного пожаром древостоя в геохимически подчиненном ландшафте на склоне к р. Золотой ёль (разрез 24-СУ). В качестве условно-фонового был подобран участок, формирующийся в схожих ландшафтных условиях с близким составом растительности и типом почв (разрез 22-СУ).
Описания растительности выполняли с применением стандартных для геоботаники и лесной типологии методик [14]. Классификацию сообществ проводили с использованием эколого-фитоценотического подхода [10, 24]. На участке, подвергшемся пожару, произведен сплошной перечет деревьев на трех пробных площадях (400 м2). Классификационное положение почв и диагностику генетических горизонтов определяли согласно [22] с рекомендациями по выделению пирогенных признаков [16, 25]. Отбор образцов почв проводили из опорных разрезов. Для расчета запасов элементов измеряли мощность горизонтов в 10 прикопках, определение объемного веса подстилок и минеральных горизонтов проводили в 5-кратной повторности. Образцы почв готовили к качественному химическому анализу по стандартной методике [29]. Количественный химический анализ почв выполняли в экоаналитической лаборатории "Экоаналит" Института биологии Коми научного центра УрО РАН, аккредитованной в Системе аккредитации аналитических лабораторий (центров) Росстан-дарта России (аттестат РОСС RU.0001.511257 от 16 апреля 2009 г.). Общее содержание углерода и азота определяли на анализаторе EA-1100 (Carlo Erba), обменные катионы - вытеснением NH4Cl с последующим определением на ICP Spectro Gros, рН - потенциометрически со стеклянным электродом, гранулометрический состав почв -по методу Качинского. Содержание ПАУ определяли методом высокоэффективной жидкостной хроматографии на хроматографе "Люмахром" (ООО "Люмэкс") со спектрофлуориметрическим детектором "Флюорат-02-Панорама". Для изучения амфифильных компонентов гумусовых веществ (ГВ) почв использовали жидкостную хроматографию гидрофобного взаимодействия. Хроматографическое фракционирование проводили на колонке размером 1 на 10 см с гидрофо-бизированным гелем агарозы (Octyl Sepharose СЬ-4В, Pharmacia) на хроматографе BioLogic LP (BioRad, USA) согласно методике Е.Ю. Миланов-ского [21]. Относительное содержание фракций гумусовых веществ определяли по площади каждой хроматографической фракции, выраженной в процентах от общей площади пиков, с помощью программы обработки хроматографических данных "МультиХром" (Амперсенд, Россия). Хро-
матографическое фракционирование позволяет разделить гумусовые вещества на 5 молекулярно-гомогенных фракций, которые в определенной доле встречаются во всех исследованных образцах. Степень гидрофильности (DH) гумусовых веществ определяли как отношение суммы площадей гидрофильных компонентов (фракций 1 и 2) к сумме площадей гидрофобных компонентов (фракций 3-5).
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Еловые леса являются одной из доминирующих лесных формаций европейской территории России. В Республике Коми они занимают более половины лесопокрытой площади. Основные массивы ельников сосредоточены в подзонах средней и северной тайги. В северной тайге преобладают спелые и перестойные леса при высокой доле ельников зеленомошной группы типов (около 35%). Они произрастают на ровных и слабовозвышенных участках водоразделов, занимая хорошо дренированные элементы рельефа и являясь в засушливые сезоны пожароопасными типами леса [15]. Пожары в ельниках по сравнению с пожарами в сосняках имеют более катастрофические последствия, что связано с развитием поверхностных корневых систем и физиологически слабой устойчивостью ели к высоким температурам.
В качестве условного фона использован ельник чернично-зеленомошный (Еф) (ассоциация Piceetum myrtilloso-hylocomiosum), формирующийся на пологом склоне (крутизной 2-3°), на левом берегу р. Илыч, в 200 метрах от русла. В составе древостоя преобладает ель (Picea obovata Ledeb.). Общая сомкнутость крон 0.5-0.7. Высота деревьев первого яруса 20-24 м, диаметр 28-32 см, сомкнутость крон 0.2-0.4. В составе данного яруса в равных долях представлены ель и кедр (Pinus sibirica Du Tour) с примесью березы (Betula pubescens Ehrh.). Второй ярус древостоя, в составе которого абсолютно доминирует ель, также достаточно сомкнут (0.2-0.4). Высота деревьев 14-18 м, диаметр 16-22 см. Наиболее активно возобновляется ель, регулярно встречаются молодые особи кедра. Подлесок представлен редкими деревцами рябины (Sorbus sibirica Hedl.). Общее проективное покрытие (ОПП) травяно-кустарничков
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.