ЛЕСОВЕДЕНИЕ, 2015, № 4, с. 293-306
_ ОРИГИНАЛЬНЫЕ _
СТАТЬИ
УДК 630*581.5*631.41
ПОСТАГРОГЕННАЯ ДИНАМИКА РАСТИТЕЛЬНОСТИ И СВОЙСТВ ПОЧВЫ В ХОДЕ ДЕМУТАЦИОННОЙ СУКЦЕССИИ
В ЮЖНОЙ ТАЙГЕ
© 2015 г. В. М. Телеснина
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, ф-т почвоведения 199991 Москва, Ленинские горы, МГУ E-mail: vtelesnina@mail.ru Поступила в редакцию 20.01.2015 г.
Изучены особенности демутационной динамики растительности, биологического круговорота и некоторых свойств почв на примере двух хронорядов - зарастающего сенокоса и зарастающей пашни. Хроноряды отличаются особенностями почв - первый образован на суглинистой дерново-подзолистой почве, второй - на песчаной подзолистой. Изменения в эколого-ценотической структуре травяно-кустарничкового яруса заключаются в замещении нитрофильных и мезофиль-ных луговых видов бореальными. При лесовосстановлении по пашне на подзолистой супесчаной почве наблюдается олиготрофизация растительности, что отражается результатами исследования травяно-кустарничкового яруса с помощью экологических шкал. Скорость увеличения продуктивности древостоя на начальных стадиях сукцессии выше при лесовосстановлении по пашне, нежели по сенокосу. Надземная фитомасса травяно-кустарничкового яруса уменьшается в ходе лесовосстановления как по пашне, так и по сенокосу, снижение биомассы происходит уже через 10-13 лет. Выявлено существенное увеличение поступления азота и зольных элементов с легко-разлагаемым опадом через 5-7 лет после прекращения распашки, а также через 35-40 лет на стадии мелколиственного вторичного леса. При лесовосстановлении по сенокосному лугу с началом возобновления деревьев поступление азота и зольных элементов уменьшается почти вдвое. В ходе постагрогенеза пахотной почвы значимо увеличивается актуальная кислотность в верхних горизонтах. При прекращении сенокошения резко увеличивается актуальная кислотность, однако на поздних стадиях сукцессии значимая динамика кислотности не выявлена. Значимое увеличение содержания и запасов углерода в старопахотной толще выявлено только для супесчаных почв зарастающей пашни, однако при переходе от мелколиственного леса к березово-еловому содержание и запасы углерода в старопахотной толще снова уменьшаются. Микробная биомасса в верхних минеральных горизонтах несколько увеличивается после прекращения распашки, хотя и не достигает фонового значения, однако незначительно уменьшается после прекращения сенокошения. Все особенности динамики почвенных свойств адекватно отражаются изменением эколого-цено-тической структуры и соотношением экологических групп растений.
Сукцессия, залежи, биологический круговорот, углерод.
В настоящее время на территории России сельскохозяйственное использование большой площади пахотных земель прекращено, при этом основной массив залежей расположен в подзоне южной тайги (Люри и др., 2010). На месте агро-ценозов возникают постагрогенные фитоценозы, отличающиеся от зональных флористическим составом, структурой растительности и, как следствие, особенностями биологического круговорота. В связи с возрастанием площади заброшенных угодий становится актуальным изучение процесса восстановления растительного покрова. С.Ф. Сушков (1974) при изучении залежей Ле-
нинградской обл. установил, что демутационная динамика растительности идет в направлении обеднения видового состава, причем число стадий сукцессии зависит от гранулометрического состава почв. А.Я. Гульбе (Гульбе, 2009) рассмотрены закономерности формирования по пашне вторичного мелколиственного леса - так, состав древостоя на ранних стадиях сукцессии определяется как условиями увлажнения, так и особенностями прошлого освоения почвы. Д.И. Люри с соавт. (2010) изучены закономерности лесовос-становления в разных подзонах на разных поч-вообразующих породах. Выявлено существенное
влияние характера почвообразующей породы на скорость восстановления древесного яруса и его видовой состав. Достаточно много информации к настоящему времени накоплено и о постагро-генной эволюции почв. С наибольшей скоростью изменяются и наиболее быстро восстанавливаются в процессе лесовозобновления такие химические свойства почв, как кислотность, содержание обменных кальция и магния, различных форм железа (Баранова и др., 1989; Kalinina et al., 2009). Выход почвы из обработки и переход ее в залежь со сменой растительного покрова приводит к существенным изменениям в содержании органического вещества, причем разными авторами отмечаются разнообразные тенденции в изменении этих показателей (Литвинович, 2009; Романовская и др., 2012; Чалая, 2012). Общей тенденцией, которую отмечают все авторы, является существенное увеличение эмиссии диоксида углерода вследствие возрастания биологической активности почв при залужении пашен (Vuichard et al., 2008). В настоящее время недостаточно изучена демутационная динамика травяного яруса при естественном лесовосстановлении, тогда как именно травяно-кустарничковый покров наиболее четко отражает смену экологических условий, в том числе физико-химических и химических свойств почв (Копцик и др., 2001). При большом числе работ, посвященных эволюции почв в ходе постагрогенеза (Люри и др., 2010; Рыбакова, Сорокина, 2013), а также при наличии ряда работ по демутационной динамике растительности (Гульбе, 2009; Москаленко, Бобровский, 2012; Yamamoto, 2001; Questa, Bryan, 2008), в настоящее время мало изучается динамика биологического круговорота в ходе демутационной сукцессии, и вообще его специфика для постаг-рогенных экосистем. Мало затрагиваются также вопросы взаимосвязи демутационной динамики растительности с почвенными условиями, в то время как демутационные сукцессии, особенно лесовосстановительные, не могут не отражаться на динамике морфологических, физико-химических, химических и микробиологических свойств почв, которая наблюдается с разной отчетливостью в ходе постагрогенного лесовосстановления (Hooker, Compton, 2003).
Цель настоящей работы - изучить особенности демутационной динамики биологического круговорота во взаимосвязи с некоторыми свойствами почв в условиях разного хозяйственного использования в прошлом на примере двух хро-норядов - зарастающего лесом сенокоса и зарастающей лесом пашни. Для этого поставлены задачи: 1) изучить изменение эколого-ценотиче-ской структуры травяно-кустарничкового яруса,
а также соотношение в нем экологических групп растений по отношению к почвенным условиям; 2) изучить динамику биомассы, в том числе и напочвенного покрова, массу и некоторые особенности химического состава поступающего в почву легкоразлагаемого опада в постагрогенных экосистемах; 3) исследовать некоторые свойства почв - кислотность, ряд показателей гумусного состояния; 4) выявить взаимосвязь вышеперечисленных показателей биологического круговорота с некоторыми свойствами почв.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДИКА
Исследование проводили на территории Ман-туровского р-на Костромской обл. Условия почвообразования характерны для северной части южной тайги. Согласно ботанико-географическому районированию (Огуреева, 1991), его территория входит в подзону южнотаежных лесов североевропейской провинции Евразиатской таежной области. Коренными типами лесов являются тем-нохвойные еловые, сосново-еловые и пихтово-еловые леса бореального и субнеморального типа. Почвообразующие породы представляют собой разнообразные ледниковые и водно-ледниковые отложения (Болысов, Фузеина, 2001). Чаще всего встречаются двучленные породы - древнеаллю-виальные или флювиогляциальные пески (иногда перекрытые покровными суглинками) залегают на глинистых моренных отложениях. Объекты исследования представляют собой два хроноря-да - зарастающую пашню (Унжинский участок) и зарастающий сенокос (Масловский участок).
Масловский участок расположен в 7 км от русла реки. Это - луг, со всех сторон окруженный лесом. Почвообразующие породы - опесчаненные отложения, подстилаемые моренными суглинками на глубине 30-35 см. Основная часть территории распахана в 1970-1980-х гг. на несколько лет, после чего долго использовалась как сенокос. Площадь покоса постепенно сокращалась, в результате происходит зарастание луга лесом. Выделены 4 стадии зарастания: луг, косившийся последний раз в 2010 г. - "сенокос"; луг, который последний раз был выкошен в 1998-1999 г. - "зарастающий сенокос", в 2012 г. уже сформирован древостой высотой до 2.5 м из ели, сосны обыкновенной, березы повислой, осины, ольхи серой; сомкнутый ивово-березовый лес 20-22 лет1; березово-еловый лес примерно 85-90 летнего возраста (фон). Возраст деревьев определяли с помощью взятия кернов. Естественно, "фоновый" лес не является климак-совым, однако на изучаемой территории такой
1 Возраст всех залежей и лесов дан на момент лета 2012 г.
ПОСТАГРОГЕННАЯ ДИНАМИКА РАСТИТЕЛЬНОСТИ И СВОЙСТВ ПОЧВЫ Таблица 1. Растительность и почвы на разных стадиях постагрогенного лесовосстановления
Стадия сукцессии
Растительно сть
2009
2012
Почва
Залежь с 2005 г.
Залежь с 2000 г.
Лес 40 лет
Лес 90-100 лет
Сенокос
Заброшенный сенокос
Лес 20 лет
Лес 85-90 лет
Луг с преобладанием Phleum pretense, Festuca rubra, Dactylus glomerata
Луг с преобладанием Festuca pretense, Festuca rubra, отдельные деревья ивы козьей
Осиново-березовый лес, в напочвенном покрове Pyrola rotundifo-lia, Deschampsia caespitosa, Stellaria holostea
Березово-еловый лес, в напочвенном покрове Vaccinium myrtillus, Sphagnum Girgansohnii Hypericum perforatum, Phleum pratense, Dactylus glomerata Отдельно стоящие низкорослые деревья серой ольхи, в напочвенном покрове Centaurea jaceae, Phleum pratense, Juncus filiformis.
Ивово-березовый лес, в напочвенном покрове Stellaria holostea, Veronica chamaedris Березово-еловый лес, в напочвенном покрове Pyrola rotundifolia, Vaccinium myrtillus, Rubus saxa-tilis
Луг с преобладанием Stellaria graminea, Hieracium umbellata, Festuca rubra
Почти сформирован древостой из ивы козьей, в травяном покрове преобладают Bromopsis inermis, Juncus filiformis, Festuca rubra Осиново-березовый лес, в напочвенном покрове Vaccinium myrtil-lus, Angelica sylvestris, Festuca ru
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.