ЛЕСОВЕДЕНИЕ, 2004, № 4, с. 51-60
УДК 6301*114.25.354
ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
ВЛИЯНИЕ ВАЛЕЖА НА СВОЙСТВА ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ
© 2004 г. А. Ю. Радшкина
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Факультет почвоведения 119992 Москва, Воробьевы горы Поступила в редакцию 10.03.2004 г.
Водорастворимое органическое вещество в почвах постоянно образуется в результате растворения почвенного гумуса, но последовательные вытяжки обычно содержат меньше органического вещества, чем первые. Валеж участвует в формировании почвенной неоднородности, он уменьшает содержание углерода и обменную кислотность и увеличивает гидролитическую кислотность и рН водной вытяжки.
Валеж, водорастворимое органическое вещество, изменение свойств почв, почвенная неоднородность.
В лесах значительную часть ежегодно отмирающего органического вещества составляют стволы деревьев: около 30-50% по массе в столетних насаждениях [6].
Упавшие стволы деревьев (колоды, валеж) способствуют дифференциации почвенного покрова в лесу [6]. Существуют данные, что на стволах разлагающихся деревьев в северной тайге могут возобновляться ель и лиственница. Вероятно, причиной этого служит достаточно равномерное увлажнение валежа и содержание в нем необходимого минимума питательных веществ. Разложение валежа приводит к обогащению почв питательными и органическими веществами и прямому включению отпада в цикл углерода.
В таежной зоне водорастворимые органические вещества (ВОВ) воздействуют на почву при периодическом сезонном переувлажнении верхних генетических горизонтов [14, 15, 19, 20]. Миграция ВОВ представляет собой процесс, протекающий при направленном движении водного потока. Это не пассивный перенос, а сорбционно-десорбционное взаимодействие компонентов ВОВ с химическими соединениями почвы. В лесных подстилках ельников черничников-зеленомошников ВОВ формируется более активно, чем в подстилках смешанных лесов [19, 20]. Поэтому изучение водорастворимых веществ почв - актуальная задача, как и изучение роли отпада в их продуцировании. Не менее важно оценить роль валежа в формировании верхних горизонтов почв и их неоднородности.
Для лесных почв характерна парцеллярная неоднородность, широкое и постоянное участие в их формировании педотурбаций, перемещения и перемешивания почвы в результате вывала деревьев и деятельности животных.
Связь лесных почв с эдификаторами и педо-турбациями позволяет выделить еще одно свой-
ство лесных почв - их гетерохронность, разновоз-растность почвенных горизонтов. В частности, горизонты В2, В1 бурых, подзолистых и дерново-подзолистых почв часто разновозрастны с горизонтами А2В, А2, А1. Верхние горизонты отражают воздействие современного ценоза и являются ценогенетическими признаками почв, нижние несут явные следы воздействия предшествующих биогеоценозов (БГЦ) и являются па-лингенетическими признаками [11].
Подстилка и валеж в лесах обладают плодородием и могут содействовать возобновлению и поселению растений. Первые потребности в питании, в частности азотном, растения удовлетворяют с помощью запаса питательных веществ в растительных остатках.
Под лесной растительностью вместе с населяющими ее и подстилку живыми организмами идут различные биологические процессы, которые не только поддерживают плодородие почв, но и способствуют его повышению и изменению направления процесса почвообразования. Однако подстилка обладает не только положительными, но и отрицательными качествами. Накопление ее слоем мощностью свыше 5-6 см всегда связано с образованием грубого лесного гумуса, а это приводит к переувлажнению верхних горизонтов почв [10].
К специфике лесных почв, безусловно, следует отнести взаимодействие их с опадом и подстилкой. Перемешиванию подстилки с почвой способствуют также животные и педотурбации. Следовательно, наличие лесной подстилки служит одной из отличительных черт лесных почв, а ее образование является закономерным следствием жизни леса.
В опадах еловых и сосновых лесов зольных элементов содержится не более 90-100 кг га-1; кроме того, в моховом покрове их содержится до 30 кг га-1, а в ельниках-кисличниках и кислице
51
4*
еще меньше - до 15 кг га-1. Если принять, что весь мох и кислица отмирают, можно считать, что в почву поступает до 0.13-0.14 т га-1 зольных элементов. Скорость освобождения зольных элементов в годовом цикле разложения лиственных подстилок в 2-3 раза выше по сравнению с хвойными. Доля водорастворимых органических соединений в составе минеральных продуктов разложения изменяется от 63-73 (под елью и березой) до 20% (под лиственницей) от суммы зольных элементов.
В постоянном обмене питательными веществами - минеральными (зольными) и органическими (азотом и перегноем или гумусом), главенствующая роль принадлежит ежегодно опадающим частям древесных пород. Среди них основное значение приобретают листья и хвоя, в которых накапливается относительно наибольшее число зольных веществ. Хвоя ели и сосны содержит наименьшее количество зольных веществ, причем в хвое ели кремнезема, кальция и других зольных элементов больше, чем в хвое сосны.
Листья мелколиственных пород (березы, осины, ольхи черной) содержат в 1.5-2 раза больше зольных веществ, чем хвоя, причем наиболее богаты кальцием и другими элементами листья березы. Листья осины характеризуются высоким содержанием кремнезема. Наиболее богаты зольными веществами листья широколиственных пород деревьев, где их в 2.5-3 раза больше, чем в хвое. Наиболее высокой зольностью отличаются ясени. Зольность листьев дуба в типичных для него условиях произрастания приближается к мелколиственным породам. Наконец, кустарники в листьях аккумулируют наибольшее количество зольных веществ по сравнению с остальными породами. Степень обогащения почв зольными элементами под лесами разного состава различна и лиственные породы, извлекая большую массу зольных элементов, отдают их почвам. Отсюда их заметная почвоулучшающая роль по сравнению с хвойными лесами.
Разложение органических остатков как источник почвенного органического вещества и питательных веществ в экосистемах леса изучалось длительное время. Большинство исследований проводилось в лесной подстилке, листве или мелком опаде. Роли древесного материала, в частности отпада стволов или валежа, посвящено очень небольшое число опубликованных работ [2, 6, 8, 23, 26].
Отпад стволов резко увеличивает количество находящихся на поверхности почвы мертвых растительных остатков. Например, колода диаметром более 15 см на занимаемой ею площади увеличивает количество разлагающегося мертвого растительного вещества по сравнению с площадью, покрытой только подстилкой мощностью 45 см с запасом 20-50 т га-1, в 6-15 раз. В слабо затронутых хозяйственной деятельностью столетних ельниках-кисличниках Валдайского р-на
Новгородской обл. [6] колоды местами покрывают до 10% площади насаждения. В Центральном Лесном государственном биосферном заповеднике (ЦЛГБЗ) после урагана 1997 г. в некоторых местообитаниях поваленные деревья заняли 50-80% площади участка.
В почвах под валежом активизируются процессы разложения и минерализации органического вещества, образования подвижного гумуса, ог-леения, альфегумусового перераспределения, дезагрегации и элювиирования. С возрастом нарастает интенсивность процессов поверхностной аккумуляции гумуса и зольных элементов.
Известно, что бревна, находящиеся в контакте с почвой, разлагаются быстрее, чем те, которые находятся над ней [24, 25, 27]. Но пройдет по крайней мере 20-30 лет после вывала, прежде чем сгниют ветви, и ствол соприкоснется с почвой. При этом возникает новый поверхностный временный мощный, слабопроницаемый "горизонт" из твердой древесины. Подобную почву мы будем называть почвой с валежом. По мере разложения ствол теряет свою монолитность и к 40-60 годам по параметрам и свойствам приближается к крупным "неактивным" фракциям подстилки, к 80 практически полностью гумифицируется [2, 17].
Разложение еловой древесины в лесах Европейской части России проходит в три этапа. На первом этапе в упавшем стволе поселяются деревоокраши-вающие грибы. Они способны разлагать только наиболее нестойкие соединения, в основном содержимое клеток. На второй стадии разложение уже затрагивает и лигно-целлюлозный комплекс древесины. Оно идет благодаря действию высших бази-диальных грибов, одним из основных продуктов жизнедеятельности которых являются органические кислоты. Вследствие этого рН водной вытяжки отмершей древесины снижается от 6.0 в недавно упавшем дереве и до 3.0-3.4 в колоде второй стадии разложения. По мере сокращения числа доступных этим видам грибов соединений их богатые белками гифы отмирают. При разложении отмерших гиф выделяется значительное количество аммиака, что вызывает сдвиг реакции водной вытяжки вновь в более нейтральное крыло - до рН = 5.0-5.2. Наступает третья стадия разложения - фаза гумификации древесины [6]. Свежие стволы на лесной подстилке теряют 40-73% своей массы за 11-17 лет, и потеря уменьшается в ряду: осина > ель > сосна [24].
В процессе разложения упавшего ствола дерева наблюдается закономерное уменьшение объемного веса древесины: в живом дереве он снижается от 0.40 ± 0.01 г см-3 (Р = 0.9) до 0.35 ± 0.03 г см-3 на первой, 0.29 ± 0.06 г см-3 на второй, 0.18 ± 0.06 г см-3 на третьей стадиях разложения. По мере увеличения степени разложения прослеживается увеличение влагоемкости древесины от 0.25 ± 0.17 г воды на 1 см3 древесины свежего дерева до 0.39 ±
± 11 г воды на 1 см3 древесины колоды второй стадии разложения и до 0.86 ± 0.18 г воды на 1 см3 древесины колоды третьей стадии разложения. Еще более четко выявляется увеличение влагоем-кости при ее расчете на единицу веса древесины. 1 г древесины живого дерева удерживает 0.62 ± 0.41 г воды, 1 г древесины колоды второй стадии разложения - 1.35 ± 0.47 г воды, а 1 г древесины колоды третьей стадии разложения - 4.92 ± 0.57 г воды.
В период осенних дождей и весеннего промачи-вания талыми водами колода насыщается водой до полной влагоемкости. Происходит сквозное промывание, во время которого выносятся накопившиеся за летний пе
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.