CC BY
62
ваний, обменными водородом и алюминием. Более высокие значения интенсивности буферности определялись слабыми кислотными группировками, активизирующимися в условиях более высокой реакции среды и буферными системами с участием алюминия. Это свидетельствовало о преобладании в буферных реакциях эмбриозема инициального, минеральных коллоидов, особенно в глубоких горизонтах. Выявлено, что формирование буферных свойств исследуемых почв связано с развитием почвенно-поглощающего комплекса, в составе которого преобладают минеральные коллоиды.
Литература
1. Андраханов В.А. Специфика и генезис почвенного покрова техногенных ландшафтов / В.А. Андраха-нов // Сиб. экол. журн. - 2005. - №5. - С. 795- 800.
2. Курачев, В.М. Классификация почв техногенных ландшафтов / В.М. Курачев, В.А. Андраханов // Сиб. экол. журн. - 2002. - № 3. - С. 255-261.
3. Дмитриев, Е.А Математическая статистика в почвоведении / ЕА Дмитриев. - М.: Изд-во МГУ, 1972. - 292 с.
4. Орлов, Д.С. Химия почв / Д.С. Орлов. - М.: Изд-во МГУ, 1985. - 376 с.
5. Понизовский, А.А. Применение метода потенциометрического титрования для характеристики буфер-
ной способности почв / А.А. Понизовский, Т.В. Пампура // Почвоведение. - 1993. - № 3. - С. 106-114.
6. Ремезов, Н.П. Почвенные коллоиды и поглотительная способность почв / Н.П. Ремезов. - М.: Сель-хозгиз, 1957. - 224 с.
7. Химические основы буферности почв / И.С. Соколова [и др.]. - М.: Изд-во МГУ, 1991. - 108 с.
8. Толстоконева, Е.Н. Буферность равнинных почв юга Дальнего Востока России / Е.Н. Толстоконева. -
Владивосток: Дальнаука, 2005. - 112 с.
9. Фокин, А.Д. Устойчивость почв и наземных экосистем: подходы к систематизации понятий и оценке /
А.Д. Фокин // Изв.ТСХА. - 1995. - №2. - С.71- 85.
'--------♦------------
УДК 631.417+630*432 С.В. Брянин
ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ БУРОЗЕМОВ ТЕМНЫХ В УСЛОВИЯХ НЕОЭЛЮВИАЛЬНЫХ ЛАНДШАФТОВ АМУРСКО-ЗЕЙСКОГО МЕЖДУРЕЧЬЯ
Приведены свойства почв и характер накопления биологического материала в лесах Амурско-Зейского междуречья в зависимости от рельефа и типа леса. Выявлены закономерности накопления зольных элементов и одновалентных катионов в составе лесного опада.
Ключевые слова: буроземы, опад, лес, пожары, зольность.
S.V. Bryanin
BROUN SOILS ECOLOGICAL CONDITION IN NEOELUVIAL LANDSCAPE CONDITIONS OF THE AMUR-ZEYA INTERFLUVE
The soil properties and the character of the biological materials accumulation in the Amur-Zeya interfluve forests depending on the relief and forest type are given. Regularities of the ash elements and the univalent cations accumulation in forest tree waste content are revealed.
Key words: broun soils, tree waste, forest, fires, ash content.
Введение
Освоение Амурской области началось в конце XIX века, равнинные территории подвергались систематическим палам, с помощью которых люди расчищали земли для сельскохозяйственного использования. Поджигая сухие растительные остатки на лугах, человек не контролировал процесс горения, и огонь без труда перемещался в леса. Еще в 1923 году А.А. Строгий писал, что «в Амурской губернии нет ни одного клочка лесной площади, не посещенного огнем» (цитируется по В.И. Соловьеву [1]). В настоящее время лесные пожары остаются одной из важнейших проблем Амурской области, около 1,5 млн га лесных массивов ежегодно прогорают с разной интенсивностью. В динамике за последние годы число и площади пожаров только возрастают и прогнозы на ближайшие годы не утешительны.
Многие авторы считают, что процесс выгорания в значительной степени зависит от качественного и количественного состава горючего материала (опада травы, листвы, древесины и подстилки), скорости и направления ветров и количества осадков в пожароопасный период [2, 3]. Амурская область характеризуется муссонным климатом с континентальными чертами. Благодаря малоснежной ветреной зиме, с высокими показателями сублимации, ранней весной на поверхности почвы снег, как правило, отсутствует. Весенний период обычно теплый и сухой с сильными ветрами. Осень продолжительная, теплая и сухая (в сентябре октябре выпадает 5-7% годовых осадков). Следовательно, на пожароопасный период приходится минимум осадков, теплая и ветреная погода, что способствует быстрому распространению лесных пожаров.
Амурско-Зейское междуречье (АЗМ) представлено высокой эрозионно-аллювиальной равниной, входящей в состав Зейско-Буреинской почвенной провинции. Большая часть АЗМ покрыта лесами, под которыми формируются буроземы темные (БТ) (по классификации почв СССР 1977 года - бурые лесные слабоненасыщенные почвы). Эти почвы отличаются слабой дифференциацией на горизонты, окрашены в бурые тона, обладают, как правило, промывным типом водного режима. Реакция среды слабокислая или нейтральная. Органическое вещество в БТ сосредоточено в верхнем горизонте А11, содержание гумуса довольно высокое (5-10%), в верхнем горизонте преобладает группа гуминовых кислот, однако в иллювиальной части профиля содержание гуминовых кислот зачастую равно нулю. Прогорание лесных массивов ведет к резкому изменению всех перечисленных показателей БТ.
По словам А.П. Сапожникова [4], во время пожара сгорает самый динамичный объект из всех компонентов биогеоценоза - лесная подстилка, а на полное ее восстановление требуется не менее 180-200 лет. В результате исследований, проведенных С.И. Завалишиным и др. [5], установлено достоверное снижение мощности гумусовых горизонтов от 2 до 0,2-0,5 см после выгорания подстилки А0 и верхнего горизонта А11. Кроме того, в послепожарный период происходит подщелачивание почвенных растворов, увеличивается подвижность кальция и магния. Зольные элементы, находящиеся в обгоревших остатках и золе, на поверхности почвы в виде оксидов мигрируют по почвенному профилю [6].
Таким образом, при пожарах нарушаются многие свойства и функции почв, послепожарные периоды характеризуются глобальными изменениями внутри почвенного профиля и биогеоценоза в целом, поэтому цель данной работы - оценить современное экологическое состояние буроземов темных при нарушении их систематическими пожарами.
Методика
Для определения влияния пирогенеза на экологическое состояние БТ на АЗМ выбраны два участка (рис. 1, А), на которых заложены реперные площадки наблюдений 20х20 м2. В зоне смешанных хвойношироколиственных лесов в Свободненском районе Амурской области на участке «Свободный» заложено четыре реперных площадки в различных типах леса на средней части пологого склона (рис. 1,В). В зоне широколиственных лесов в Благовещенском районе на участке «Новотроицкое» заложено 6 площадок по геоморфологическому профилю: водораздел-падь-водораздел (рис. 1,Б).
-----------------------1----------------------*-----------------------'-----------------К«,
О 850 1700 2550 3400 м
Рис. 1. Участки наблюдений на АЗМ: А - общий вид АЗМ и расположение площадок;
Б - геоморфологический профиль участка «Новотроиикое»; В - геоморфологический профиль участка «Свободный»
Для характеристики почвенного покрова площадок на границе каждой из них заложены почвенные разрезы. На обоих участках в 2007-2008 годах осенью и весной проводился учет горючего материала (годичный опад + подстилка) с площади 50х50 см2, в 5-кратной повторности. В растительных образцах определено содержание золы [7], углерода по И.В. Тюрину в модификации Б.А. Никитина [8], калия и натрия на пламенном фотометре, кальция и магния комплексонометрическим методом [9]. В почвах определяли гранулометрический состав по методу Качинского [10], содержание углерода по И.В. Тюрину в модификации Б.А. Никитина, общего азота (ГОСТ 26107-84), валового фосфора (гОсТ 26261-84), оксалаторастворимых форм железа и алюминия по Тамму [9], рН солевой и водной суспензии потенциометрически (ГОСТ 2648390), сумму поглощенных оснований комплексонометрическим методом [9].
Территория АЗМ периодически подвергается воздействию пожаров разной интенсивности, так, на участке «Свободный» фитоценозы нарушены пожарами в 2005 и 2006 годах. На участке «Новотроицкое» лесные массивы прогорают ежегодно, исключением был лишь 2007 год, когда пожаром была пройдена только небольшая площадь (площадка №5).
Результаты
Исследуемая территория представляет собой высокую эрозионно-аллювиальную холмистоувалистую равнину с абсолютными отметками до 300 м и перепадом высот около 80 м. На участке «Новотроицкое» склоны и водораздельные поверхности заняты дубняками леспедециевыми с примесью осины, березы плосколистной и даурской (площадки 1-6). Распадок представлен осоково-вейниковой ассоциацией с участием ивы (площадка № 4). На участке «Свободный» в составе леса площадок № 7, 8 преобладает береза плосколистная с небольшим участием лиственницы, площадка № 9 представлена взрослым листве-ничником с примесью березы, № 10 - дубняк с примесью лиственницы. Площадки расположены в верхней части пологого склона южной экспозиции и на водораздельной поверхности.
Почвообразующими породами на участке «Свободный» являются четвертичные глины, а на участке «Новотроицкое» - древнеаллювиальные песко-гравии. Характер почвообразующей породы во многом определяет гранулометрический состав почв. Так, в почвах участка «Новотроицкое» преобладание фракции крупного песка отмечается с 10 см и в горизонте С достигает 78-85%, содержание илистой фракции, напротив, слишком мало и даже в верхних горизонтах не превышает 16 %, поэтому все почвы по гранулометрическому составу являются крупнопесчаными. На участке «Свободный» почвы отличаются тяжелым гранулометрическим составом. В верхних горизонтах всех почв содержание физической глины составляет 35-40%, с глубиной увеличивается и достигает максимума в почвообразующей породе - 60-70%, поэтому почвы средне- и тяжелосуглинистые.
Реакция среды почв участка «Свободный» варьирует от очень сильно кислой (рНн2о 4,7-5,0) в верхних горизонтах, до кислой (рНн2о 5,1-5,7) в метаморфических. Почвы участка «Новотроицкое», напротив, отличаются нейтральной реакцией среды в верхних горизонтах (рНн2о 6,9-7,2) и слабокислой (рНн2о 6,1-6,5) в средней части профиля и почвообразующей породе. В таблице 1 приведены некоторые свойства типичных почв для каждого участка.
Таблица 1
Характеристика почв участков наблюдения
Участок Почва Гори- зонт Г лубина, см рНн20 Содержание, % Обменные катионы, мг экв/100 г почвы C/N
С N P2O5 частиц < 0,01 мм Ca2+ Mg2+ K+ Na+ S
Свободный Бурозем темный глееватый А0 0-3 5,4 10,72 0,44 0,52 36 65,0 30,0 - - 95,0 21
AU 3-7 4,9 7,05 0,34 0,44 47 28,0 10,1 - - 38,1 18
AUBM 7-27 5,0 0,51 0,03 0,14 44 12,0 8,0 - - 20,0 15
BM1q 27-51 5,1 0,21 0,07 41 7,3 4,3 - - 11,6
BM2g 51-72 5,5 0,15 0,07 45 10,3 5,8 - - 16,1
BCq 72-101 5,6 0,40 0,11 58 12,0 10,0 - - 22,0
Cg 101-165 5,7 0,43 0,11 62 14,5 10,8 - - 25,3
Новотроицкое Бурозем темный типичный AU 0-9 6,6 10,15 0,77 0,20 23 16,8 4,2 0,6 1,2 22,8 13
BM1 9-29 6,4 1,32 0,10 0,05 14 5,4 1,5 0,1 0,6 7,6 13
BM2 29-70 6,2 0,69 0,07 0,09 20 3,6 2,1 0,2 1,0 7,0 10
BC 70-121 6,3 0,20 0,04 14 3,6 0,3 0,1 0,7 4,7
C 121-136 6,5 0,09 0,03 8 2,4 0,0 0,0 0,5 3,0
Сумма поглощенных оснований в почвах участков «Свободный» и «Новотроицкое» максимальна в верхнем горизонте Аи - 60-95 и 21-23 мг/экв на 100 г почвы, вниз по профилю снижается до 20-25 и 5 мг/экв на 100 г почвы соответственно участкам. В верхних горизонтах всех почв участка «Новотроицкое» процент одновалентных катионов в почвенном поглощающем комплексе составляет около 7%, на наш взгляд, это обусловлено постоянным поступлением золы, богатой соединениями К и Иа, на поверхность почвы.
В почвах участка «Свободный» содержание углерода в горизонтах А0 находится в пределах 11-14,5%, в горизонтах Аи около 6 %, в метаморфических горизонтах резко снижается до 0,6-0,4 %. Запасы углерода в слое 0-20 см изменяются в пределах 17,4-31,4 т/га. Во всех буроземах данного участка гумус поверхностных горизонтов представлен слаборазложившимися органическими остатками (соотношение О/И 21-23), однако в горизонтах Аи соотношение О/И сужается до 15.
В почвах участка «Новотроицкое», несмотря на отсутствие лесной подстилки, содержание углерода в горизонте Аи от 6,9 до 14,7%. Гумус имеет резко убывающий профиль, а его запасы в слое 0-20 см сильно изменяются в зависимости от рельефа: максимальные запасы наблюдаются на водоразделах (60-80 т/га), на склонах снижаются до 38-45 т/га. В поверхностных горизонтах почв всех площадок гумус типа мулль (соотношение О/И 15-13), вниз по профилю соотношение О/И сужается до 6-8.
Таким образом, буроземы темные обоих участков характеризуются биологическим накоплением гумуса в верхнем горизонте Аи и резко убывающим гумусовым профилем. Кроме углерода наблюдается значительная биологическая аккумуляция фосфора и азота в поверхностных горизонтах почв. Содержание валового фосфора в горизонтах Аи - 0,41-0,15% и 0,51-0,21% для участков «Новотроицкое» и «Свободный» соответственно. Содержание общего азота в горизонтах Аи почв участка «Новотроицкое» от 0,42 до 0,76%, в том же горизонте почв участка «Свободный» от 0,44 до 0,64%.
Источником накопления и формирования поверхностных гумусово-аккумулятивных горизонтов в лесах являются лесная подстилка и опад. В наших исследованиях только на участке «Свободный» присутствуют обе фракции напочвенного биологического материала (опад и подстилка). Запасы подстилки на всех площадках изменяются в узких пределах от 0,65 до 0,84 т/га, количество опада зависит от типа леса и составляет в березняках - 1,54-2,13 т/га, а в дубово-лиственничном и березово-лиственничном лесах повышаются до 2,6-3,17 т/га. На участке «Новотроицкое» подстилка полностью отсутствует, и почва покрыта лишь годичным опадом, который сгорает, не успевая разложиться. Запасы опада характеризуются большими величинами, по сравнению с участком «Свободный», и составляют на водораздельных поверхностях от 3,86 до 4,09 т/га. На склонах северной экспозиции запасы опада от 2,41 до 3,01 т/га, на южных склонах этот показатель несколько ниже - 2,14 т/га.
Изменение содержания углерода в биомассе зависит от состава опада, однако, варьирует в узких пределах: на участке наблюдений «Свободный» - 45-50%, на участке «Новотроицкое» - 43-47%. На участке «Свободный» запасы углерода в опаде и подстилке березовых лесов составляют 1,16-1,31 т/га, в дубоволиственничном и березово-лиственничном лесах повышаются до 1,53-1,75 т/га (рис. 2). Запасы углерода в опаде участка «Новотроицкое» на водоразделах составляют 1,74-2,28 т/га, на склоне северной экспозиции -1,02-1,39 т/га, на южном склоне - 1 т/га. Накопление зольных элементов в напочвенном биологическом материале зависит от состава леса, так, на участке «Свободный» в березовых формациях зольность около 7,7 %, в лиственнично-березовом лесу - 9,3 %, в дубняке - 11,8 %. В напочвенном покрове участка «Свободный» накапливается от 150 до 350 т/га зольных элементов. На участке «Новотроицкое» на водоразделах и верхних частях склонов зольность изменяется от 6,11 до 10,87 %, в нижней части северного склона зольность равна 4,42%, однако в той же части южного склона этот показатель в 2 раза выше - 9,9 %. Несмотря на разные показатели зольности, максимальное накопление зольных элементов происходит на водоразделах -296-444 кг/га, на склонах этот показатель варьирует в узких пределах - 213-231 кг/га.
Накопление одновалентных катионов, которые оказывают значительное влияние на химические и физико-химические свойства почв, в большей степени зависит от исходного их содержания в опаде, чем от его запасов. Так, максимальное накопление калия в опаде и подстилке участка «Свободный» наблюдается под лиственничником на площадке № 9 - 3,7 кг/га, в березовых и дубово-лиственничных формациях этот показатель варьирует от 2,4 до 3,2 кг/га. Накопление натрия также максимально на площадке № 9 - 12,1 кг/га, на площадках № 7, 8, 10 - от 7 до 8,3 кг/га.
г
1,5 і 0,5
,ъ\
'.7.
■•і
,5! 1,5;
1--------------1--------------Г
1 2
3 5 6 7
□ подстилка
8 9 10
Номер площадки
кф
3.5 3
2.5 2
1.5 1
0,5
0
|—
—
[—1 — — —
—
,и
1.7« 1 1 1,8 !,81 р и
,5 1,5 ,5<
1 2 3 5 6 7 8 9 10
Номер площадки
кг/га
450
400350 300 250 200 150 100 50 О
ольные элементы
зі;
к;
74
8* I
12356789 10
Номер площадки
кг/га
12
№
10 8 6 4 2 О
2,1
:,5
і ‘I
>,£
ї 1 9 )
12356789 10
Номер площадки
Рис. 2. Запасы углерода и зольных элементов в наземном биологическом материале
На участке «Новотроицкое» содержание калия в составе напочвенного биологического материала распределено следующим образом: максимум на водоразделах и в верхней части склонов (2,7-2,8 кг/га), в средней и нижней части склонов этот показатель несколько ниже (2,1 кг/га). Аккумуляция натрия в опаде не зависит от рельефа и варьирует в широких пределах от 5,5 до 12 кг/га.
Выводы
1. Регулярное прогорание широколиственных лесов является причиной отсутствия в них лесной подстилки, однако здесь отмечается более высокие показатели накопления годичного опада (2,14-4,09 т/га) по сравнению с лесами хвойно-широколиственной зоны (1,54-2,8 т/га).
2. Запасы гумуса в двадцатисантиметровом слое почвы широколиственных лесов составляют 60-80 т/га, в то время как в хвойно-широколиственных лесах этот показатель в два раза ниже - 17-31 т/га.
3. В напочвенном горючем материале зоны широколиственных лесов содержится от 300 до 450 кг/га зольных элементов, в зоне хвойно-широколиственных лесов - 150-300 кг/га.
4. Максимальное содержание катионов К и Иа наблюдается в опаде хвойно-широколиственных лесов - 16 кг/га, в опаде широколиственных лесов запасы К и Иа варьируют в широких пределах 8-14 кг/га.
Литература
1. Соловьев, В.И. Последствия лесных пожаров в сосняках и лиственничниках Амурской области /
В.И. Соловьев // Использование и воспроизводство лесных ресурсов Дальнего Востока: тр. ДальНИ-ИЛХ. - Вып.15. - Хабаровск, 1973. - С. 173-180.
2. Сверлова, Л.И. Засухи и лесные пожары на ДВ/ Л.И. Сверлова, Т.В. Костырина. - Хабаровск: Хабаровское кн. изд-тво, 1985. - 185 с.
3. Комплексы напочвенных горючих материалов и возможность их регулирования в профилактике лесных пожаров / В.В. Фуряев [и др.] // Лесн. хоз-во. - 2007. - № 1. - С.69-75.
4. Сапожников, А.П. Некоторые проблемы лесного почвоведения / А.П. Сапожников // Почвоведение. -1996. - № 4. - С.512-516.
5. Завалишин, С.И. Изучение влияния лесных пожаров на свойства почв / С.И. Завалишин, Е.Г. Воронина // Мат-лы 1-й междунар. науч. конф. - Ставрополь: ГСХА, 2001. - 356 с.
6. Богатырев, Л.Г. Образование подстилок - один из важнейших процессов в лесных экосистемах / Л.Г. Богатырев // Почвоведение. - 1996. - № 4. - С 501-511.
7. Практикум по агрохимии / Б.А. Ягодин [и др.]. - М.: Агропромиздат, 1987. - 512 с.
8. Орлов, Д.С. Практикум по химии гумуса / Д.С. Орлов, Л.А. Гришина. - М.: Изд-во МГУ, 1981. - 272 с.
9. Аринушкина, Е.В. Практикум по химическому анализу почв / Е.В. Аринушкина. - М.: Изд-во МГУ, 1970. - 489 с.
10. Александрова, Л.Н. Лабораторно-практические занятия по почвоведению. - Изд. 3-е, перераб. и доп. / Л.Н. Александрова, О.А. Найденова. - Л.: Колос, 1976. - 280 с.
УДК 634.0 114:634.0.43 Ю.Н. Краснощеков
ПОСТПИРОГЕННАЯ ТРАНСФОРМАЦИЯ ПОЧВ СОСНОВЫХ ЛЕСОВ В ЮГО-ЗАПАДНОМ ПРИБАЙКАЛЬЕ*
Анализируются данные экспериментальных исследований по постпирогенной динамике почв сосновых лесов Юго-Западного Прибайкалья. Низовые пожары подстилочно-гумусового вида трансформируют типодиагностические поверхностные органогенные горизонты почв, приводят к формированию новых органогенных пирогенных горизонтов (Op,). Показано негативное воздействие низовых пожаров разной интенсивности на изменение запаса, качественного фракционного состава органогенных горизонтов почв и их химического состава.
Ключевые слова: юго-западное Прибайкалье, подтаежные и таежные сосновые леса, низовые пожары, морфология почв, запас и фракционный состав подстилки, органогенные пирогенные горизонты почв, зольные элементы, физико-химические свойства почв.
Yu. N. Krasnoschyokov
POST-PYROGENIC SOIL TRANSFORMATION OF THE PINE FORESTS IN THE SOUTH-WESTERN PRIBAIKALIE
Data of the experimental research about the post-pyrogenic dynamics of the pine forest soils in the southwestern Pribaikalie are analyzed. Ground fires of the litter- humus type transform the type- diagnostic surface organogenic soil horizons and result in formation of the new organogenic pyrogenic horizons (Opi) The negative influence of the ground forest fires of different intensity on litter stock change, qualitative fraction structure of the organogenic soil horizons and their chemical composition is shown.
Key words: south-western Pribaikalie, subtaiga and taiga pine forests, ground forest fires, soil morphology, stock and fraction structure of litter, organogenic pyrogenic soil horizons, ash elements, physical and chemical soil characteristics.
Лесные почвы Юго-Западного Прибайкалья формируются под регулярным воздействием пирогенного фактора. По тяжести и масштабности воздействия на почвы из всех антропогенных факторов лесные пожары резко выделяются. По данным Агентства лесного хозяйства Иркутской области (на 1 января 2004 г.), наиболее тяжкие последствия пожаров, произошедших в 2003 году в Юго-Западном Прибайкалье, зарегистрированы в буферной зоне Прибайкальского национального парка, в Ольхонском и Голоустненском лесхозах. Последний потерял около 20% лесов.
* Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ, грант № 08-04-00027а.
