ЛЕСОВЕДЕНИЕ, 2013, № 6, с. 10-16
_ ОРИГИНАЛЬНЫЕ _
СТАТЬИ
УДК 630*114.261:630*116.28
ВОЗДЕЙСТВИЕ ВЫБОРОЧНЫХ РУБОК НА СОДЕРЖАНИЕ АЗОТА В ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВАХ СОСНЯКОВ КРАСНОЯРСКОЙ ЛЕСОСТЕПИ*
© 2013 г. Безкоровайная И. Н.1,2, Антонов Г. И.1, Пономарева Т. В.1, Климченко А. В.1
1 Институт леса им. В.Н. Сукачева СО РАН 660036 Россия, Красноярск, Академгородок, 50/28
2 Сибирский федеральный университет 660041 Россия, Красноярск, просп. Свободный, 79 E-mail: egoan@yandex.ru Поступила в редакцию 11.12.2012 г.
Рассматривается влияние выборочных рубок разной интенсивности в сосняках Красноярской лесостепи на азот дерново-подзолистых почв. В первый год после проведения рубок отмечено снижение содержания легкогидролизуемых азотсодержащих соединений и увеличение концентрации минерального азота. При этом способность к минерализации снижается, что в большей степени выражено в подстилках пасечных участков рубок. Выявленная в первый год после рубок различная направленность процессов азотного метаболизма обусловлена не только интенсивностью рубки, но и типом технологического участка и локальными условиями исследованных местообитаний.
Сосняки, выборочная рубка, фракционный состав азота, минерализация азота.
В Красноярском крае ежегодно вырубается около 50 тыс. га лесов [6]. Только за 2003-2007 гг. в регионе было вырублено свыше 250 тыс. га леса [5]. Интенсивное освоение лесных богатств сопровождается возрастанием антропогенной нагрузки, нарушающей динамическое равновесие в биогеоценозах. Рубки инициируют сукцессион-ные изменения и могут рассматриваться как мощный экзогенный фактор динамики лесных биогеоценозов.
Выборочные рубки, проводимые с целью улучшения породного состава и продуктивности дре-востоев, неизбежно меняют характер взаимодействия между почвой и растительностью, особенно на тех технологических участках, где идет мощное физическое воздействие на напочвенный покров. Удаление древесной растительности, уничтожение живого напочвенного покрова и трансформация подстилки отражаются прежде всего на биологических свойствах почв [18, 19].
Азот в лесных почвах является основным компонентом органического вещества, лимитирую-
* Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проекты № 09-04-98013 и 10-04-00337).
щим плодородие [18, 19]. Необходимость оценки состояния азотного фонда почв лесных биогеоценозов, а также динамики азотсодержащих соединений под влиянием экзогенных факторов обусловлена проблемой сохранения лесорасти-тельных свойств почв на фоне возрастающего антропогенного воздействия [9, 10]. По мнению Н.Д. Сорокина [19] оценка состояния азотного фонда почвы после проведения рубок помогает установить ее общее биологическое состояние и уровень эффективного плодородия.
Цель исследований - оценить влияние выборочных рубок разной интенсивности в сосняках Красноярской лесостепи на азотный фонд дерново-подзолистых почв.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДИКА
Данная работа является частью комплексных биогеоценотических исследований, проводимых в сосняках экспериментального хозяйства "Погорельский Бор" Института леса СО РАН. Погорельский бор - интразональный участок Красноярской лесостепи (N 56°22' E 92°57'). Состав древостоев - 10С, возраст - 100-120 лет, II-III классы бонитета. Пробные площади пред-
ВОЗДЕЙСТВИЕ ВЫБОРОЧНЫХ РУБОК НА СОДЕРЖАНИЕ АЗОТА
11
ставлены сосняком бруснично-разнотравным (полнота - 1.0; густота - 397 шт. га-1; запас древесины - 532 м3. га-1), сосняком разнотравно-зе-леномошным (полнота - 0.8; густота - 311 шт. га-1; запас древесины - 448 м3. га-1) и сосняком брусничным (полнота - 0.8; густота - 470 шт. га-1; запас древесины - 435 м3. га-1) [2].
По данным В.В. Иванова [13] процесс естественного возобновления под пологом высокопол-нотных древостоев Погорельского бора протекает слабо, а появление всходов и самосева блокируется мощным (15-25 см) моховым покровом и высокой сомкнутостью материнского полога древостоя. Поэтому в целях создания оптимальных условий для лесовозобновления необходимо проводить разреживание полога.
Обязательным условием при проведении несплошных рубок является разбивка лесосек на технологические участки: пасеки и пасечные волоки. По правилам несплошных рубок волоки занимают не более 20% от площади лесосеки. Ширина пасек составляет 35-40 м. Когда пасечный волок разработан на 20-25 м, на лентах пасеки производится выборочная рубка. Для обеспечения более быстрого передвижения и устойчивости лесозаготовительной техники, снижения эрозионной опасности волоки укрепляются порубочными остатками [7, 13].
В сосняках Погорельского бора в 2008-2009 гг. были проведены экспериментальные выборочные рубки разной интенсивности: в сосняке бруснич-но-разнотравном - 42% по запасу (26% по числу стволов), полнота сократилась до 0.6, густота -до 294 шт. га-1, запас - до 309 м3. га-1; в сосняке брусничном - 40% (по числу стволов - 34%), полнота сократилась до 0.5, густота - до 310 шт. га-1, запас - до 261 м3 . га-1; в сосняке разнотравно-зеленомошном - 27% (по числу стволов - 30%), полнота сократилась до 0.6, густота - до 218 шт. га-1, запас - до 327 м3 . га-1 [2].
Почвенный покров экспериментальных участков представлен дерново-подзолистой супесчаной почвой на четвертичных озерно-аллювиальных отложениях [4].
Запасы и фракционный состав подстилок до и после проведения рубок определяли общепринятыми в биогеоценотических исследованиях методами [12, 15]. Для анализа почв использовали объединенные пробы. На каждом экспериментальном участке из 5 прикопок отбирали точечные пробы по слоям 0-5, 5-10 и 10-30 см. Точечные пробы, отобранные на одном участке, смешивали и получали объединенную почвенную пробу для каждого исследуемого слоя [11].
Анализ физико-химических свойств почвы (содержание гумуса, валовый азот, подвижные формы азота, фосфора и калия, гидролитическая кислотность и сумма обменных оснований) проводился с использованием компьютеризированной аналитической системы PSCO/ISI IBM - PC 4250 методом ближней инфракрасной спектроскопии [3]. Метод основан на использовании ближней инфракрасной области спектра (БИК). Для исключения влияния неоднородности состава почвенных образцов (в том числе подстилок) на полученные результаты образцы предварительно хорошо перемешивают и измельчают до консистенции пудры. Образец помещают в кювету из прозрачного оргстекла и освещают излучением с длинами волн, лежащими в БИК-области спектра. Анализ включает в себя снятие спектра анализируемого образца и обработку полученных результатов при помощи внешнего компьютера. В данной работе использованы калибровочные уравнения, полученные для дерново-подзолистых почв песчаного и супесчаного гранулометрического состава.
Фракционный состав азота определялся титри-метрическим методом с помощью ступенчатого щелочного гидролиза по методу Корнфильда: в чашках Конвея из почвы последовательно извлекались трудногидролизуемые соединения азота с помощью 6-нормального раствора NaOH, а затем с помощью однонормального раствора NaOH -легкогидролизуемые соединения [8]. Потенциальную минерализационную активность оценивали по накоплению аммонийного азота (N-NH4) после 2-недельного компостирования образцов почвы в оптимальных условиях температуры (28 °С) и влажности (60%) с последующим коло-риметрированием с реактивом Несслера [16, 17]. Минерализацию выражали в процентах от гидро-лизуемой фракции азота.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Анализ основных физико-химических свойств дерново-подзолистой почвы сосняков показал, что почвы характеризуются достаточно высоким содержанием гумуса: в 0-30 см минеральной части профиля оно составляет в среднем 9-12% (табл. 1). Высокое содержание гумуса в верхней части (0-5 см) серогумусового горизонта может быть связано с биогенным перемешиванием нижнего подгоризонта подстилки с верхней минеральной частью почвы. Содержание гумуса и доступных форм элементов питания, накопление обменных оснований в верхней (0-10 см) части профиля может свидетельствовать о специфическом проявлении биогенно-аккумулятивных
почвенных процессов и интенсивности разложения органического вещества в почвах исследуемых сосняков Красноярской лесостепи.
Гидролитическая кислотность исследуемой почвы изменяется от 11.4-21.4 (для слоя 0-5 см) до 5.4-5.5 моль-экв 100 г-1 почвы (для слоя 1030 см). Сумма обменных оснований так же, как и содержание гумуса, резко падает на глубине 10 см и изменяется с 25-30 до 10.3-16.5 моль-экв 100 г-1 почвы. Почвы характеризуются низкой актуальной и обменной кислотностью (рНводн 5.65.7; рНсол 4.8-4.9), также уменьшающейся вниз по профилю.
В сосняках Погорельского бора, по данным Д.А. Семенякина [1], участки с сильно минерализованной поверхностью почвы приурочены к трелевочным волокам, и нарушенность поверхности почвы (подстилка перемешана с минеральными горизонтами) во всех сосняках составляет 19-24%.
Изменчивость микроклиматических характеристик чаще всего обусловлена различиями в структуре растительного покрова и характере трансформации в них лучистой солнечной энергии и ветрового режима.
Запасы травянистого яруса через год после выборочной рубки в зависимости от интенсивности разреживания полога увеличились с 25-89 г м-2 до 75-150 г м-2 (рис. 1). Трансформация температурного и светового режимов после рубок, нали-
Таблица 1. Основные физико-химические показатели дерново-подзолистых почв Красноярской лесостепи
Тип леса Горизонт Глубина, см Гумус, % рН Гидролитическая кислотность Сумма обменных оснований Подвижные, мг 100 г-1
водный солевой Р205 К20
моль-экв 100 г 1
Сосняк бруснич- О Подстилка 43.0* 5.6 4.7 33.2 - - 53.2
но-разнотравный ЛУ 0-5 9.8 5.1 5.0 11.4 25.7 5.4 9.8
5-10 7.6 5.6 4.2 7.0 24.5 6.8 8.7
ЛЕЬ 10-30 2.5 6.0 4.6 4.0 10.5 16.3 8.9
Сосняк бруснич- О Подстилка 42.5* 5.2 4.4 30.0 _** -** 51.9
ный ЛУ 0-5 14.3 4.8 4.2 21.4 22.5 20.9 19.0
5-10 7.2 5.7 5.3 7.3 27.6 13.2 11.9
ЛЕЬ 10-30 2.7 5.9 4.9 3.6 16.5 11.6 11.1
Сосняк разно- О Подстилка 39.3* 4.9 4.0 27.5 -** -** 49.2
травно-зелено- ЛУ 0-5 15.2 5.2 4.6 20.3 28.3 13.4 17.4
мошный 5-10 8.4 5.6 5.3 8.4 31.8 7.7 9.9
ЛЕЬ
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.