ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2008, № 8, с. 973-982
ХИМИЯ ПОЧВ
УДК 631.4
ИНТЕНСИВНОСТЬ ДЕСТРУКЦИИ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА СЕРЫХ ПОЧВ В ЛЕСНЫХ ЭКОСИСТЕМАХ ЮЖНОЙ ТАЙГИ
ЦЕНТРАЛЬНОЙ СИБИРИ*
© 2008 г. Э. Ф. Ведрова
Институт леса им. ВН. Сукачева СО РАН, 660036, Красноярск, Академгородок
e-mail: biosoil@forest.akadem.ru Поступила в редакцию 07.09.2007 г.
Для экосистем лиственных (березняки) и хвойных (пихтарники) древостоев восстановительных сук-цессий темнохвойных насаждений южной тайги приведены оценки пула углерода органического вещества серых почв, интенсивности процессов деструкции его компонентов и участия последних в формировании минерализационного потока углерода в атмосферу. Пул углерода изменяется от 139.7 до 292.7 т/га и распределяется между фитодетритом, подвижным и стабильным гумусом как 32, 19 и 49%. Интенсивность минерализационного потока углерода в атмосферу составляет 3.93-4.13 т С/га в год. В его формировании основная роль принадлежит фитодетриту. За счет минерализации новообразованного гумуса формируется 4-6%, гумуса почвы в березняках - 2-6% (или 0.1-0.2% запаса в слое почвы 0-20 см), в пихтарниках минерализующийся гумус компенсируется гумусовыми веществами, синтезированными в процессах гумификации разлагающегося фитодетрита.
В последние два десятилетия в исследованиях особенностей лесного почвообразования заметно утверждается новый аспект: кроме оценок участия продуктов жизнедеятельности лесной растительности в формировании морфологического и химического облика почвенного профиля накапливаются данные об эколого-биосферных функциях органического вещества лесных почв, в том числе о его участии в балансе углекислоты биосферы [10, 18, 19, 21, 22, 35, 36, 41-43, 45]. Соотношение интенсивности процессов изъятия атмосферного углерода путем фотосинтетической ассимиляции и его возврата в атмосферу позволяет количественно характеризовать статус лесов в биосфере, как фактора поддержания и стабилизации газового состава атмосферы.
Обратный (минерализационный) поток углерода в атмосферу формируется, главным образом, при разложении органического вещества почвы (С орг). Гетерогенность последнего по генезису и структуре определяет разную устойчивость его составляющих к биоразложению и обусловливает различный вклад высвобождающегося углерода в суммарную интенсивность потока углекислоты. Для разделения массы С орг по этому признаку предлагается целый ряд методов и приемов: физические (гранулометрическое, ден-симетрическое, гранулоденсиметрическое фракционирование) [30, 31], химические (экстракция
* Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ, гранты 03-04-20018 БНТС_а, 06-04-90596 БНТС_а.
специфических и неспецифических соединений водой, растворами кислот, щелочей и солей) [12, 27, 33], биологические [15] и биокинетическое фракционирование [24]. Вслед за исследованиями [8, 12, 14, 16, 26, 32, 37 и др.] мы подразделяем пул С орг на две фракции: активную и относительно устойчивую (стабильную) к разложению. Легкоминерализуемая (активная) фракция включает мертвые органические остатки растительного (фитодетрит: сухостой, валеж, пни, лесная подстилка, корневой детрит) и животного (зоо- и микробобиомасса) происхождения на поверхности и в толще почвы и подвижные органические продукты. Подвижные формы характеризуют ближайший резерв органического вещества почвы для микробиологической трансформации. Стабильная фракция С орг представлена специфическими гумусовыми веществами, прочносвя-занными с минеральной частью почвы.
Разложение органического вещества почвы объединяет такие одновременно протекающие процессы, как минерализация и гумификация фитодетрита, минерализация и аккумуляция нового гумуса, минерализация подвижного гумуса почвы. Целью данной работы явилась оценка интенсивности процессов разложения органического вещества серых почв южной тайги и вклада его компонентов в формирование минерализационного потока углерода в атмосферу.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
Наблюдения проводятся с 2003 г. на шести пробных площадях, заложенных на территории Большемуртинского лесхоза Красноярского края (57° с.ш., 93° в.д.) Кеть-Чулымского лесорасти-тельного округа. Рельеф территории представляет собой Чулымо-Енисейское плоскохолмистое плато, являющееся приподнятой юго-восточной частью Западно-Сибирской равнины [25]. Климат характеризуется относительно умеренно морозной зимой (среднегодовая температура воздуха января составляет -18.. .-23°С) и умеренно теплым летом (температура июля 14-17°С). Среднегодовая температура воздуха колеблется от -1.8 до 1.9°С. Число дней с температурой выше 10°С составляет 85-110, а сумма температур за этот период - 1200-1300°С. Безморозный период длится 65-85 дней. Годовая сумма осадков 400-500 мм, за май-август месяцы выпадает 200-240 мм [1]. Специфической чертой климата является снежность зим. Устойчивый снежный покров формируется раньше устойчиво низких отрицательных температур, поэтому почвы в лесу промерзают на небольшую (не более 60-90 см) глубину. В отдельные годы в темнохвойных лесах южной тайги Чу-лымо-Енисейского плато почвы вообще не промерзают или промерзают только в конце весеннего периода до глубины 10-20 см [17].
Растительность Большемуртинского лесхоза отражает свойственную темнохвойным лесам южной тайги мозаику экосистем ненарушенных, естественно развивающихся, и трансформированных хозяйственной деятельностью и природными процессами (пожары и гибель от энтомо-вредителей), находящихся на различных стадиях разных типов сукцессий. По учету лесного фонда на 1 января 2005 г., из 447 тыс. га общей лесопо-крытой площади лесхоза 49% занято насаждениями ели сибирской (Picea obovata), пихты сибирской (Abies sibirica) и кедра сибирского (Pinus si-birica). Среди хвойных пород преобладает пихта, среди мелколиственных - береза (Betula pendula).
Пробные площади закладывались в лесных экосистемах, характеризующих два варианта восстановления коренных темнохвойных лесов, расстроенных хозяйственной деятельностью. Три из них заложены в коренных насаждениях: пихтарник разнотравно-осочковый в возрасте 170 лет представляет собой пример тех разновозрастных древостоев, которые были вырублены или уничтожены шелкопрядом [20], пихтарники зелено-мошные (возраст 50 и 90 лет) формируются после 30-летних рубок с сохранением подроста. Остальные три пробные площади характеризуют производные березняки. В 60- и 65-летних березняках осочково-разнотравных второй ярус только намечается или начал формироваться лишь в последние 20 лет. В 100-летнем березняке осочково-
зеленомошном в первый ярус вместе с березой вышел кедр, а пихта и ель сформировали второй ярус.
В почвенном покрове фоновым является тип серых почв, подтип - серых со вторым гумусовым горизонтом [9, 13, 17]. Они характеризуются средне- и тяжелосуглинистым гранулометрическим составом, насыщенностью поглощающего комплекса кальцием и магнием (на 64-75% в верхней и 82-97% в нижней частях почвенного профиля), слабо- и среднекислой реакцией водной вытяжки в верхней части профиля с переходом к нейтральной и (или) слабощелочной в нижней. Для внутрипрофильного распределения углерода характерна повышенная концентрация в гумусово-аккумулятивном горизонте с последующим снижением в нижележащей толще. Второй гумусовый горизонт, как правило, совмещен с гу-мусово-элювиальным и (или) с субэлювиальным горизонтами. Отчетливо выраженный морфологически, он не всегда выделяется повышенным содержанием гумуса относительно выше- и нижележащей толщи. Наличие второго гумусового горизонта четко диагностируется по внутрипро-фильному изменению аккумуляции углерода гумуса в единице объема почвенного мелкозема: его запасы или увеличиваются по сравнению с вышележащим горизонтом или очень постепенно снижаются над глинисто-иллювиальным горизонтом. По сравнению с последним запасы углерода гумуса в единице почвенной массы в толще мощностью 40-50 см выше в 2-4 раза.
Содержание азота в серогумусовом горизонте изменяется в пределах от 0.35 до 0.63%. Его меж-горизонтное перераспределение соответствует изменению гумуса. Отношение С/К в почвенной толще не превышает 10-13. Средние запасы углерода и азота в толще 0-100 см почв пробных площадей составляют соответственно 147.5 ± 36.7 (V = 26%) и 18 ± 1.4 (V = 25%) т/га.
В составе фитодетрита масса сухостоя рассчитывалась по материалам таксации древостоев. Сплошной учет валежа и пней (отдельно по лиственным и хвойным породам) с классификацией по трехбалльной шкале разложения проводился внутри ленты (размер ленты около 10% от пробной площади), заложенной по диагонали пробной площади. У валежа измеряли длину и диаметры двух противоположных концов, объем надземной части пней рассчитывали на основании обмеров диаметра корневой шейки, места спила и высоты. Для измерения плотности и влажности древесины пней, валежа и отмершего веточного материала, отбирались образцы (п = 10-15) для каждого класса разложения. Плотность древесины валежа и пней разных классов разложения определяли методом измерения выталкивающей силы образцов, погруженных в воду [23]. Слой парафина на поверхности образца предотвращал проникнове-
ние жидкости в пустоты древесины более поздних стадий [38].
Массу опадающих древесных органов, участвующих в биокруговороте, учитывали на опадо-уловителях размером 0.25 м2 (п = 10 на каждой пробной площади), лесной подстилки (п = 10) - используя шаблон площадью 0.031 м2, корневой детрит (п = 20) - отмыванием из почвенных монолитов объемом 20 х 20 х 20(40) см [7].
Скорость разложения лесной подстилки и корневого детрита в почве определена в трехлетнем полевом эксперименте. Средние образцы подстилки и подземного фитодетрита (по 5 повтор-ностей на каждой пробной площади) готовили, исходя из фракционного состава массы подстилки и корневого детрита на пробной площади. Принимая, что разложение растительных остатков следует кинетике первого порядка и описывается уравнением Сг/С0 = е-кг , где С{ и С0 - масса образца в конце и начале эксперимента, г; I - длительность эксперимента, лет, рассчитывалась константа скорости разложения (к, год1) [3, 5, 37]. Интенсивность разложения (
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.