ЭКОЛОГИЯ, 2012, № 1, с. 36-42
УДК 631.10
ВЛИЯНИЕ ЛЕСА НА СОСТАВ И СВОЙСТВА ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА СТЕПНЫХ ЧЕРНОЗЕМОВ ПРИЛЕГАЮЩИХ БИОГЕОЦЕНОЗОВ
© 2012 г. А. М. Русанов
Оренбургский государственный университет 460018 Оренбург, просп. Победы, 13 e-mail: soilec@esoo.ru Поступила в редакцию 28.03.2011 г.
Приведены результаты исследований влияния лесов, расположенных в пределах степной зоны, на условия формирования, качественно-количественный состав органического вещества черноземов примыкающих к ним биогеоценозов и свойства главного компонента почв — гумуса.
Ключевые слова: биогеоценоз, мезоклимат, фитоценоз, биологическая активность почв, ферментативная активность почв, фракционно-групповой состав гумуса, амфифильные свойства органического вещества почв.
На территории степной зоны леса ограниченно распространены, занимая немногим более 4% ее пространства. Имеется много гипотез, раскрывающих сущность взаимосвязи леса со степью (С.И. Коржинского, А.Н. Краснова, Г.И. Танфи-льева и Г.Ф. Морозова, П.А. Костычева, Л.С. Берга и В.Н. Сукачева, В.Р. Вильямса, И.У. Палимпе-сова и В.И. Талиева, Ф.Н. Милькова и др.), однако единого взгляда на проблему происхождения островных лесных биогеоценозов в степи не существует. Между тем, как справедливо отметил В.В. Докучаев (1949), "... островной характер лесов в ... предстепье ... есть явление вполне естественное, от века существующее, а не случайное и временное."
Влияние лесов на экологическое состояние степных территорий мало изучено. Например, Бузулукский бор — крупный сосновый лесной массив степного Предуралья, изучался выдающимися отечественными естествоиспытателями Г.Ф. Морозовым и С.И. Коржинским, Г.Н. Высоцким, В.Н. Сукачевым, Ф.Н. Мильковым, П.Л. Горчаковским и др., однако все исследования были посвящены только лесу. Лишь в отдельных работах (Высоцкий, 1915; Даркшевич и др., 1940; Мильков, 1951) имеются данные о влиянии бора на мезоклимат соседних с ним пространств и отмечена повышенная облесенность прилегающих к бору ландшафтов. За последние годы интерес к проблеме, имеющей как теоретическое, так и прикладное значение, возрос. В ряде исследований (Русанов, 2007; Коршикова, 2007; Русанов и др., 2008; Верхошенцева, 2009; и др.) отражены некоторые аспекты воздействия леса на сопредельные экосистемы и особенности почвообразо-
вания соседних с лесом степных пространств. Известна (Докучаев, 1949; Орлов, 1990) незаменимая роль органического вещества почв в экологии биогеоценоза. В этой связи большой интерес представляет исследование пространственной изменчивости состава и свойств органического вещества черноземов, расположенных на границе между островным лесом и собственно степью. В данной работе представлены материалы изучения почвенной органики степных черноземов, расположенных в зоне влияния лесных массивов.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Изучение особенностей гумусообразования, состава и свойств гумуса почв прилегающих к лесу территорий проводилось в период с 2006 по 2009 г. Работы велись в подзоне черноземов обыкновенных на типичных для местности (Блохин, 1997) стационарных ключевых площадках с хорошо сохранившейся естественной растительностью, расположенных вблизи Бузулукского бора, крупного соснового массива (площадь — 111 тыс. га), приуроченного к западному краю Общесыртовской возвышенности. Первый участок находился в непосредственной близости от леса, на его опушке, а последний, шестой, на расстоянии 34 км на восток от бора. Расстояние между наблюдательными площадками составило 5—8 км.
Для подтверждения полученных данных были исследованы почвы Пронькинского стационара, также расположенного в подзоне обыкновенных черноземов, в центральной части Общего Сырта, в 90 км на восток от бора, вблизи березового леса общей площадью около 15 га. Первая площадка
Запас влаги, мм
100 -50 -
ol-1-1-1-1-1-1
1 2 3 4 5 6 № ключевого участка
Рис. 1. Изменение запасов продуктивной влаги в черноземах соседних с бором биогеоценозов (слой 0—100 см). 1 — начало вегетационного периода; 2 — конец вегетационного периода.
почвенно-геоботанической катены располагалась около леса, вторая — на расстоянии в 1 км и третья — в 2 км от него.
Геоботанические описания растительности проводились по методике Л.Г. Раменского (1938). Для измерения величины надземной фитомассы производили укосы растений на площадках размером 1 х 1 м, подземную фитомассу исследовали путем отбора почвенных монолитов размером 20 х 20 х 20 см (все в 3-кратной повторности). Биологическую активность почв изучали методом Н.С. Вострова и А.Н. Петровой (1961), а их ферментативную активность методом, описанным Ф.Х. Хазиевым (2005). Температуру почв определяли при помощи термодатчиков, помещенных на глубину 20 см на весь вегетационный период, а влажность исследовали термостатно-весовым методом. Высоту снежного покрова определяли с помощью линейки. Содержание гумуса исследовали по методу И.В. Тюрина (1937), а его фракционно-групповой состав — по В.В. Пономаревой и ТА. Плотниковой (1980). По общепринятым методам проводили морфологические описания разрезов (Розанов, 1975) и определяли запасы гумуса и плотность почв (Апарин, Попов, 2006; Шеин, Карпачевский, 2007). Амфифильные свойства органического вещества черноземов исследовали методом хроматографии гидрофобного взаимодействия (Милановский, Шеин, 2002; Милановский, 2009). Всего было заложено 39 почвенных разрезов и проанализировано 96 образцов почв.
Результаты исследования были обработаны методами статистики с использованием прикладного пакета Microsoft Excel 2007.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Лесные экосистемы способны аккумулировать в своих пределах влагу. Вода обладает высокой теплоемкостью, уступая по этому показателю лишь водороду. Поэтому значительная часть лучистой энергии, поступающей от солнца, тратится на нагревание атмосферной влаги. Последнее обстоятельство особенно актуально для степной зоны, где наблюдаются повышенные летние температуры и дефицит влаги. Высокая влажность и относительно пониженная температура леса распространяются и на сопредельные с ним территории, в связи с чем вокруг леса формируется относительно мягкий, в меньшей степени континентальный мезоклимат. Так, наибольшая высота снежного покрова в окрестностях бора на начало марта наблюдалась на первом участке (55 см); по мере удаления от леса его высота снижалась, и на последнем участке она составила 13 см. Запасы влаги в снеге менялись от 110 мм у опушки леса до 39 мм на самой дальней точке наблюдений. На Пронькинском стационаре за период работ на территории первой площадки высота снежного покрова на конец зимы составила в среднем 31 см, на третьей — 22 см, а запасы влаги после таяния снега на первом участке составили 76 мм, на втором — 66 мм и на третьем — 55 мм.
Снежный покров повлиял на летние запасы влаги в почве. Ее содержание в метровой толще черноземов бора в начале и конце вегетационного периода составило на первой площадке 385 и 215 мм соответственно и сократилось до 216 мм и 133 мм на крайнем участке наблюдения (рис. 1). Аналогичная динамика почвенной влаги за летний период выявлена и в почвах Пронькинского стационара (рис. 2).
Выполненные замеры температуры не выявили значительных отличий на разных участках почвенно-геоботанических катен (рис. 3, 4). Различия между крайними точками наблюдений составили не более 2.5°С. Поэтому правильнее температурный режим почв рассматривать не самостоятельно, а в совокупности с водным режимом черноземов. Высокие запасы влаги на примыкающих к бору пространствах вместе с близкими к оптимальным температурными показателями создают относительно благоприятные гидротермические условия для роста и развития растений, чем на отдаленных от леса пространствах, где практически такая же температура почв сочетается с дефицитом почвенной влаги.
Биологическая активность почв на примыкающих к лесу территориях оказалась более чем на 25—30% выше, чем на типично степных пространствах. Кроме активности микроорганизмов, по данному показателю косвенно можно судить об общей микробной массе, находящейся на по-
Запас влаги, мм 326
300 250 200 150 100 50 0
1
188
272
151
206
------- 127
1 2 3
№ ключевого участка
Рис. 2. Изменение запасов продуктивной влаги в почвах сопредельной с березовым лесом территории (слой 0—100 см).
1 — начало вегетационного периода; 2 — конец вегетационного периода.
верхностях почвенных частиц — почвенных матрицах (Зубкова, Карпачевский, 2001).
Бор со всех сторон окаймлен поясом лиственных лесов — дубняков, ольшаников, тополевни-ков, липняков. Общая лесистость территории превышает 10%, приближая по этому показателю исследуемую площадь к лесостепи. По мере удаления от соснового леса меняется видовой состав травянистой растительности: кострецово-разно-травное и разнотравно-кострецовое сообщества на первой и второй площадках сменяются на по-лынково-ковыльно-типчаковое на шестом участке. Доминирование разнотравья на первой площадке, примыкающей к сосновому лесу, и отсутствие на ней плотной дернины, свойственной степным злаковым сообществам, предполагает
свободное попадание семян древесных растений на почву и их прорастание, обеспечивающее расширение лесопокрытых территорий. Проективное покрытие травостоя с 70—85% на первой и второй площадках уменьшается до 55—60% на последней, снижается средняя высота слагающих его растений с 65—70 до 40—45 см, а также количество ярусов и подъярусов. Наблюдается сокращение как подземной, так и надземной биомассы. Общая фитомасса снижается с 241.3 и 409.3 ц/га на первых двух участках до 167.9 ц/га на последнем. В ней доминирует живое органическое вещество: на долю мортмассы приходится не более 5—7% надземной растительной биомассы и 15— 20% — подземной. Отношение подземной биомассы к надземной возрастает с 2.0 до 5.5, что является показателем снижения влажности почв, ксерофитизации биогеоценоза.
Травянистый покров Пронькинского участка представлен разнотравно-кострецовым-сообще-ством на опушке леса, которое сменяется на раз-нотравно-кострецово-типчаковое и разнотрав-но-ковыльно-типчаковое на втором и третьем
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.