ЛЕСОВЕДЕНИЕ, 2007, № 6, с. 107-113
УДК 630*114.3:581.55
ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
ПОЧВЕННЫЙ ПОКРОВ И ПАРЦЕЛЛЯРНАЯ СТРУКТУРА ЛЕСНОГО БИОГЕОЦЕНОЗА*
© 2007 г. Л. О. Карпачевский1, Т. А. Зубкова1, Л. Н. Ташнинова2, Р. Н. Руденко1
1 Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова Факультет почвоведения 119892 Москва, Воробьевы горы 2 Калмыцкий институт социально-экономических и прикладных исследований 358000 Калмыкия, Элиста, ул. Маяковского, 63 Поступила в редакцию 23.04. 2007 г.
Лесные экосистемы распространены во всех природных зонах. Для них характерна парцеллярная структура, которая определяет неоднородность почвенного покрова в лесах. Около деревьев формируются тессеры, в которых по направлению от ствола дерева изменяется содержание гумуса, обменных катионов, рН, запасы подстилки, мощности горизонта А1 и Е. Формирование тессер в лесах подтверждается данными по строению почвенного покрова в искусственных насаждениях, где они образуются возле посаженного дерева.
Парцеллярная структура, тессера, неоднородность почвенного покрова в лесу.
В 1960-х годах Н.В. Дылисом и А.И. Уткиным [7] было сформулировано учение о горизонтальной, или парцеллярной, структуре биогеоценоза (БГЦ), которая позволяет, в частности, лесу противостоять неблагоприятным воздействиям. Тип парцеллы зависит от ее эдификатора и доминан-тов напочвенного покрова.
Например, в дубо-ельнике (по классификации А.И. Уткина [7]) можно встретить еловые, дубовые, березовые и осиновые парцеллы. Еловая парцелла может быть волосистоосоковой, мшистой, березово-мертвопокровной, кисличной и пр. Во всех лесах присутствуют окна разного размера, обладающие другими водными, тепловыми и газовыми режимами, чем основные парцеллы. Кроме того, в лесах встречаются разные предельные элементы (вывалы, пни, муравьиные кучи, валеж), вносящие свой вклад в неоднородность фитоценоза.
Вертикальная структура БГЦ представлена биогеоценотическими горизонтами [3, 11]. Среди них выделяют биогоризонт фотосинтеза 1, фотосинтеза 2, горизонты стволов, кустарников, напочвенного яруса, подстилки, почвы. Их можно объединить по предложению А.И. Морозова в фи-тострату, мезострату и солум (педострату) [11].
Почва (солум) обладает всем набором экологических функций, выработавшимся за время эволюции биосферы (экосистем). В случае невозможности выполнять в полном объеме какую-ни-
* Работа выполнена при поддержке РФФИ (05-04-48015).
будь экологическую функцию, почва передает эту функцию, "делегирует" ее другому горизонту, мезострате (дернине, кустарничково-корневому -лесному аналогу дернины, торфу и моховому очесу). Так, кварцевые пески, бедные от природы питательными веществами, в гумидной зоне часто зарастают сфагнумами и образуют сфагновые болота. В торфяных горизонтах распространена большая часть корней растений, в том числе деревьев. Часто эти горизонты становятся "домом" других организмов (животных, микроорганизмов). Аналогичная ситуация отмечается на почвах с многолетней мерзлотой или с длительно сезонным промерзанием почвы. В этих экосистемах образуются органогенные горизонты (дернина, кустарничково-корневой), которые прогреваются быстрее и способствуют более раннему началу жизнедеятельности живых организмов. Органогенные горизонты обычно очень плотно заселены микроорганизмами, мезофау-ной, поэтому чем больше мощность подстилки или аналогичного органогенного горизонта, тем больше в них живых организмов. Очевидно, разложение опада, подстилки и корней нельзя прямо связывать с заселением (населением) этих горизонтов. А сам процесс разложения подстилки сложнее, на чем необходимо остановиться особо. Педофауна переводит материал опада и подстилки в органические агрегаты с зольностью 7-10% [4], т.е. практически сохраняет их органическую природу. При этом теряется лишь 3-4% органического вещества. Таким образом, многочисленное население подстилки поддерживает существование этого горизонта, а не уничтожает его,
как это принято считать. Чем больше население подстилки, тем длиннее трофическая цепь в ней, тем дольше она сохраняется как особое образование на поверхности почвы. Подстилка разлагается главным образом дождевыми червями разных видов.
Лесные почвы распространены во всех природных зонах от тундры до пустыни, но доля их участия существенно различается, как разнятся и сами лесные экосистемы [2, 5, 8-10].
В тундре - леса как многолетние "лубяные" экосистемы представлены карликовыми формами берез, ив; горные тундры (субальпийский и альпийский пояса) - карликовыми ивами, а также восточнее Байкала кедровым и ольховым стланиками, в Европе же (Карпаты) - сосновым стлаником. Для почв (в основном разные подтипы под-буров) этих экосистем характерен органогенный горизонт Акк, кустарничково-корневой.
Таежные леса характеризуются подзолистыми, дерново-подзолистыми, бурыми лесными, дерново-лесными и другими почвами. Лиственные леса растут на бурых лесных и серых лесных почвах. В зоне черноземных степей широколиственные леса встречаются по балкам (байрачные леса). Они растут на черноземах и серых лесных почвах. Кроме того, в этой зоне на песчаных дерновых почвах формируются сосновые экосистемы.
Похожая картина в зоне сухих степей: в балках и поймах рек дубовые леса произрастают на луго-во-каштановых и аллювиальных почвах, на песчаных дерновых (боровых) почвах - сосняки. В зоне пустынь на сероземах часто встречаются саксауловые леса, под которыми образуются в результате поступления солей с опадом щелочные круги, обогащенные растворимыми солями.
В субтропиках распространены хвойные (сосновые, можжевеловые) и лиственные (буковые, дубовые, грабовые) на бурых лесных и коричневых почвах, а также на красноземах и ортштейно-во-оглеенных почвах (желтоземах). Саванны и дождевые тропические леса дополняют эту глобальную картину распределения лесов с достаточно разнообразным набором древесных пород и почв. Для всех лесов характерны специфические вертикальная и горизонтальная структуры. Они в свою очередь определяют структуру почвенного покрова в лесных экосистемах.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Исследования вели на Биогеоценотической станции "Малинки" (Московская обл.), в Центрально-лесном государственном биосферном заповеднике (ЦЛГБЗ), Тверская обл., в урочище Аршань на окраине г. Элиста (Калмыкия), на Уссурийском стационаре Дальневосточного инсти-
тута лесного хозяйства (ДальНИИЛХ, Хабаровск), в Тульских засеках вблизи г. Крапивна (Тульская обл.), в тисо-самшитовой роще, Сочи (Краснодарский край). Определяли рН, содержание гумуса, количество и состав обменных катионов, гранулометрический состав (по обычным методикам).
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Все лесные почвы по сравнению с аналогичными пахотными и травяными угодьями обладают более низкими плотностью, сопротивлением расклиниванию, более высокой водопроницаемостью [12]. В гумидных условиях лесные почвы более обогащены обменным алюминием, чем почвы пашни и луга, а также амонийной формой N.
Обращает на себя внимание различия в гуму-сированности почв. В богатых почвах (черноземы) гумусированность под лесом верхнего 30-сантиметрового слоя выше, чем на целине и тем более на пашни. В то же время в дерново-подзолистых почвах верхний слой под суходольным лугом заметно богаче гумусом, а пахотный беднее гумусом, чем почва под лесом (табл. 1).
Под лесом почвы всегда обладают заметно более высокой водопроницаемостью, чем под лугом и в поле. При этом в лесах наибольшая неоднородность водопроницаемости почв (коэффициент вариации 160%, тогда как у почв луга 100%, у почв поля 70%). В почвах на поле водопроницаемость выравнена, что обусловлено антропогенным воздействием, приводящим к снижению разнообразия в ландшафте.
Изменение удельной поверхности почв отражает элювиальные процессы, припахивание нижних горизонтов, накопление или сработку гумуса. Эти факты подтверждают справедливость взглядов на структуру БГЦ как на фактор, определяющий структуру почвенного покрова [7].
Вторая особенность лесных почв, характерная для всех природных зон, также связана с влиянием фитоценоза. Растения определяют различия свойств почв в зависимости от типа парцелл и особую анизотропность почв, связанную с воздействием биогеоценотического поля эдификато-ра парцеллы (окна, дерева) на почвенный покров. Анизотропность проявляется в закономерном изменении запасов подстилки, перераспределении осадков, часто в микрозональности растительного покрова вокруг ствола дерева или центра лесного окна по горизонтали и в смене почвенных горизонтов по вертикали. Проявляется эта особенность во всех лесных почвах, суглинистых и песчаных, таежных и широколиственных лесов, но, безусловно, выраженность анизотропности в разных почвах различается.
ПОЧВЕННЫЙ ПОКРОВ И ПАРЦЕЛЛЯРНАЯ СТРУКТУРА Таблица 1. Средние оценки свойств почвы (слой 0-30 см) в зависимости от экосистемы
Тип угодия
Плотность, г см 3 Пористость, Удельная поверхность, м г Скорость впитывания, мм мин-1 Гумус,
почвы тв. фазы % объема % массы
Луг Лес Поле
Целина
Лес
Поле
Лес
1.37 1.19 1.47
1.08 1.05
1.17
1.18
Дерново-подзолистая почва
2.64 48
2.62 54 46
2.62 44 54
Черноземы типичные
2.62 56 114 2.59 58 94
2.65 54 91 Таежные осолоделые почвы (по [5, 13])
2.63 55 57
2 130 17
68 148 83
3.4 1.1
не опр.
4.5 5.4 2.9
4.0
Свойства почв в лесу закономерно связаны с типом парцеллы, микрозоной, травяным ярусом (табл. 2). Эту связь можно оценить, используя формулу Шеннона и выделив на ее основании специфические значения свойств почв в зависимости от фактора. Определены специфические значения разных свойств почв в зависимости от действия разных факторов. Специфическое значение - это такое значение явления, которое постоянно отмечалось бы в данных экосистемах, если бы на влияние одного фактора не накладывалось воздействие других.
Отмечается высокое содержание обменного А13+ в горизонтах В дерново-подзолистых почв. Заметно варьирование свойств в зависимости от породы дерева. Для всех деревьев можно выделить тессеру, состоящую из микрозон, в которых ряд свойств почв различается. Влияет на свойства почв и напочвенный покров
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.