ЛЕСОВЕДЕНИЕ, 2015, № 1, с. 44-51
_ ОРИГИНАЛЬНЫЕ _
СТАТЬИ
УДК 630*114.351:630*182.47:631.841.7
ВЛИЯНИЕ АЗОТНЫХ УДОБРЕНИЙ НА СВОЙСТВА ПОДСТИЛКИ
И ЖИВОЙ НАПОЧВЕННЫЙ ПОКРОВ В СОСНОВЫХ НАСАЖДЕНИЯХ КРАСНОЯРСКОЙ ЛЕСОСТЕПИ
© 2015 г. О. А. Шапченкова, Н. М. Ковалева, В. В. Иванов, Р. С. Собачкин,
Д. С. Собачкин, А. Е. Петренко
Институт леса им. В.Н. Сукачева СО РАН 660036 Красноярск, Академгородок, 50, стр. 28 Е-шаИ: shapchenkova@mail.ru Поступила в редакцию 06.12.2012 г.
Исследовано влияние однократного применения мочевины в дозах 100, 200, 300 и 400 кг N га-1 на свойства подстилки и живой напочвенный покров в средневозрастных сосняках Красноярской лесостепи. Внесение мочевины способствовало значительному (в 4-9 раз) увеличению содержания доступного аммонийного азота в подстилке и подщелачиванию реакции среды (сдвиг величины рН на 0.73-1.44 единицы). Повышенное содержание N-NH4 в подстилке сохранялось до конца вегетационного периода при внесении 200-400 кг N га-1 и в течение двух месяцев - при внесении 100 кг N га-1. Нитрификация аммонийного азота протекала слабо. Применение мочевины привело к снижению проективного покрытия и фитомассы травяно-кустарничкового яруса независимо от дозы удобрения (р > 0.05), но не оказало существенного влияния на видовое разнообразие (К5С = 0.79-0.89). Внесение азотного удобрения отрицательно отразилось на моховом покрове, что вызвало снижение проективного покрытия (р = 0.01), мощности моховой дерновины и годовых приростов, а также потерю массы мхов, связанную с их отмиранием.
Лесная подстилка, живой напочвенный покров, мочевина.
Доступность азота является лимитирующим фактором роста для большинства растений в бореальных лесных сообществах [29], что отражается и на их видовом составе [32, 40, 42]. Одним из эффективных приемов повышения биологической продуктивности лесных насаждений является применение минеральных удобрений [6, 16, 17, 21, 22]. Внесение азотных удобрений оказывает влияние не только на рост древостоев, но и приводит к изменению видового разнообразия, проективного покрытия и фитомассы видов живого напочвенного покрова [14, 20, 38, 39, 41], способствует ускоренному разложению лесной подстилки и интенсификации биологического круговорота веществ [13, 15].
Число работ по исследованию влияния азотных удобрений на живой напочвенный покров и пул азота в почвах лесных экосистем Сибири крайне ограничено. Целью данной работы являлась оценка влияния однократного внесения разных доз мочевины на свойства подстилки и живой напочвенный покров в средневозрастных сосняках
Красноярской лесостепи. На основании вышеизложенного была выдвинута гипотеза о том, что содержание доступного азота в подстилке и реакция живого напочвенного покрова на внесение мочевины будут существенно зависеть от дозы удобрения.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
Эксперимент по внесению азотных удобрений заложен в сосновых насаждениях экспериментального хозяйства Института леса им. В.Н. Сукачева СО РАН "Погорельский бор", территориально входящего в Красноярскую островную лесостепь. Абсолютные высоты колеблются в пределах 250-300 м. Климат резко континентальный, средняя годовая температура 0.5°С. Продолжительность вегетационного периода 150 дней. Среднегодовое количество осадков 400 мм [1, 19]. Растительный покров территории представлен в основном сосняками бруснично-разнотравными и разнотравными, березняками
Таблица 1. Лесоводственно-таксационная характеристика древостоя
Пробная площадь Тип сосняка Густота, шт. га-1 Средние Полнота Запас, м3
D, см H, м
контрольная Бруснично-разнотравно-зеленомошный 2640 15.4 18.4 1.3 433
1 Разнотравно-зеленомошный 2733 15.9 18.7 1.5 487
2 Разнотравно-зеленомошный 2907 15.3 18.4 1.4 471
3 Разнотравно-зеленомошный 2773 15.4 18.5 1.4 460
4 Бруснично-разнотравно-зеленомошный 2827 15.5 18.5 1.4 472
Примечание. D - диаметр, H - высота.
осочково-разнотравными на дерново-подзолистых и серых лесных почвах [4, 11].
Пробные площади (пр.пл.), в том числе контрольная, заложены в наиболее типичных для района исследований 47-50-летних сосновых насаждениях (Pinus sylvestris L.) разнотравно-зеле-номошной группы типов леса. Состав древостоя 10С. Сосновые насаждения производительные (I класс бонитета) и высокополнотные (табл. 1). Подлесок не выражен как ярус и представлен единичными экземплярами Salix caprea L., Rosa acicularis Lindl., Crataegus sanguinea Pall. Проективное покрытие травяно-кустарничкового яруса на пробных площадях варьировало от 37 до 57%, доминировали Vaccinium vitis-idaea L., Rubus saxatilis L, Iris ruthenica Ker Gawl. В моховом покрове преобладали Hylocomium splendens (Hedw.) B.S.G., Ptilium crista-castrensis (Hedw.) De Not., Pleurozium schreberi (Brid.) Mitt., проективное покрытие яруса составляло 87-100%.
Почвенный покров на пробных площадях представлен серыми лесными почвами, формирующимися на слоистых отложениях. По гранулометрическому составу почвы относятся к легким суглинкам. Преобладающими являются фракции мелкого песка и крупной пыли. Мощность подстилки составляет 5(6) см, гумусового горизонта - 11(12) см. Содержание гумуса в гумусовом горизонте высокое (6.6%), вниз по профилю резко снижается. Реакция среды кислая в подстилке (рН 4.79) и слабокислая в минеральных горизонтах (рН 5.21-5.71). Почвенный поглощающий комплекс в гумусовом горизонте не насыщен обменными основаниями (47%), с глубиной степень насыщенности увеличивается до 97%.
Основные лесоводственно-таксационные показатели на всех пробных площадях близки, что позволяет адекватно оценить влияние азотных удобрений на компоненты лесного фитоценоза. Каждая пробная площадь была разбита на квадраты (5*5 м). Размер пробной площади обеспечивал наличие на ней не менее 200 живых деревьев.
В качестве азотного удобрения применяли мочевину (карбамид), которую вносили поверхностно в дозах 100 (пр.пл.1), 200 (пр.пл.2), 300 (пр.пл.3) и 400 (пр.пл.4) кг N га1 во второй половине июня 2010 г.
Отбор образцов лесной подстилки производился через 10 дней (июнь) после внесения удобрения, затем через 1 (июль), 2 (август) и 3 (сентябрь) месяца. Образцы подстилки отбирали в трехкратной повторности (зеленую часть мхов предварительно срезали).
Свойства почвы определяли согласно следующим методам: гранулометрический состав - по Качинскому [2]; реакцию среды (рН Н20) - поте нциометрически; содержание органического углерода - по Тюрину [3]; обменные кальций и магний - по ГОСТ 26487-85 [10]; гидролитическую кислотность - по ГОСТ 26212-91 [8]; аммонийный азот - в вытяжке 2% КС1 [3], нитратный азот - по ГОСТ 26951-86 [9].
Видовое разнообразие, проективное покрытие и фитомассу живого напочвенного покрова учитывали на площадках размером 1 м2 (в общей сложности 30 площадок, расположенных в квадратах разбивочной сетки) по общепринятым в геоботанике методикам до и после внесения удобрения. О реакции напочвенного покрова на изменение азотного питания судили по изменению его массы, мощности (см), проективного покрытия. Для сравнительной оценки систематического состава сообщества до и после внесения удобрения был применен коэффициент сходства флор Серенсе-на-Чекановского (К5С). Для статистической обработки данных использовался однофакторный дисперсионный анализ. Влияние исследуемого фактора определялось по величине значимости критерия Фишера.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Степень влияния азотных удобрений на пул азота в почве зависит от количества и формы внесенного азота, исходного содержания азота в
600-,
тН
о о 500-
т—1
а 400-
й 300-
г
и 200-
1 100- Й-
О
Контрольная
Пробная площадь
Я 2 □ 3 □ 4
Рис. 1. Динамика содержания аммонийного азота в подстилке в 2010 г.: 1 - в июне, 2 - в июле, 3 - в августе, 4 - в сентябре.
Пробная площадь
□2 ПЗ □4
Рис. 2. Динамика содержания нитратного азота в подстилке в 2010 г.: 1 - в июне, 2 - в июле, 3 - в августе, 4 - в сентябре.
почве [25]. В органогенном горизонте (подстилке) исследуемых почв преобладающей формой минерального азота является аммоний. Внесение мочевины в первую очередь оказывает влияние на содержание аммонийного азота. В подстилке под влиянием уробактерий мочевина преобразуется в углекислый аммоний (КИ4)2СО3. Образующийся аммоний удерживается в подстилке вследствие процессов катионного обмена, постепенно нитрифицируется. Значительное количество азота удобрений в почвах подвергается иммобилизации. Исследования по распределению меченого азота в лесных почвах показали, что иммобилизация - основной путь трансформации азота аммонийных и аммиачных удобрений, мочевины. В среднем 60% внесенного азота аммонийных удобрений иммобилизуется в течение первого года [34]. Иммобилизованный азот может вновь становится частично доступным для растений вследствие постоянно протекающего процесса минерализации [12].
Однократное внесение мочевины в дозах 100400 кг N га-1 в средневозрастных сосняках при-
вело к значительному увеличению содержания аммонийного азота в лесной подстилке. Рис. 1, 2 иллюстрируют динамику содержания минеральных форм азота ^-КИ4, N-N0^ с июня по сентябрь.
Спустя 10 дней (июнь) после внесения удобрения содержание аммонийного азота в подстилке в различных вариантах эксперимента превышало контроль в 4-9 раз. Следует отметить высокую вариабельность содержания N-NH4 в подстилке, что, по-видимому, обусловлено неравномерным распределением гранул мочевины на поверхности при внесении. В июле по сравнению с июнем содержание аммонийного азота уменьшилось на 29-64%. В августе содержание N-NH4 на пр.пл.1 снизилось до уровня, характерного для контрольной площади, на остальных пробных площадях оставалось в 4-6 раз выше. К концу вегетационного периода содержание аммонийного азота в подстилке на пр.пл.2 и пр.пл.3 превышало контрольное значение в 2 раза, на пр.пл.4 - в 6 раз. В целом среднее содержание N-NH4 в подстил-
ВЛИЯНИЕ АЗОТНЫХ УДОБРЕНИЙ НА СВОЙСТВА ПОДСТИЛКИ Таблица 2. Влияние внесения мочевины на рН подстилки
Пробная площадь
контрольная 1 2 3 4
Июнь
4.53-4.95 5.01-6.11 6.00-6.35 5.20-6.17 5.55-6.25
4.73 5.46 6.17 5.61 5.81
Июль
4.53-4.93 4.77-5.69 5.12-6.0
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.