CC BY
30
УДК 574.4; 631.46
ИЗМЕНЕНИЕ БИОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ДЕРНОВО-КАРБОНАТНЫХ ПОЧВ
КАВКАЗА ПОСЛЕ ВЫРУБКИ ЛЕСА
© 2013 г. Т.А. Тер-Мисакянц
Тер-Мисакянц Тигран Александрович - аспирант, кафедра экологии и природопользования, факультет биологических наук, Южный федеральный университет, ул. Б. Садовая, 105/42, г. Ростов-на-Дону, 344006, Russia, e-mail: [email protected].
Ter-Misakyants Tigran Aleksandrovich - Post-Graduate Student, Department of Ecology and Nature Managment, Faculty of Biological Sciences, Southern Federal University, B. Sadovaya St., 105/42, Rostov-on-Don, 344006, Russia, e-mail: [email protected].
После вырубки леса происходят значительные изменения физических и биологических свойств дерново-карбонатных почв Западного Кавказа. Значения биологических показателей при максимальной нагрузке снижаются более чем в 10 раз. При слабом воздействии отмечены случаи повышения биологической активности на 20—50 % и более. Ферментативная активность проявила себя как очень чувствительный индикатор изменений, произошедших вследствие рубки леса. Характер изменений активности гидролаз отличается от поведения активности оксидаз в разные сроки после вырубки леса.
Ключевые слова: биологическая активность почв, дерново-карбонатные почвы, ферментативная активность, вырубка леса, гумус, Западный Кавказ.
After deforestation are significant changes in the physical and biological properties of sod-calcareous soils of the Western Caucasus. The values of biological indicators at maximum load reduced more than 10 times. With a weak effect were cases increasing the biological activity by 20—50 % or more. Enzymatic activity proved to be a sensitive indicator of changes that have occurred as a result of logging. The nature of changes in the activity of hydrolases from the behavior oxidase activity at different times after deforestation.
Keywords: biological activity of soil, sod-calcareous soils, enzyme activity, deforestation, humus, Western Caucasus.
В результате рубки леса происходит нарушение естественного хода процессов эволюции лесных почв, разрушение почвенного покрова, развитие эрозии, уменьшение содержания гумуса. Особенно тяжелые последствия возникают в горных условиях, где в ряде случаев при рубке леса возникает частичная или полная деградации почв.
Показатели биологической активности почв могут использоваться в качестве диагностических показателей не только самих нарушений, но и следующих за ними сукцессий [1-12]. В почвах вырубок может быть как активизация биологических процессов [9, 13], так и снижение их интенсивности [6].
Цель исследований - изучение изменения эколого-биологических свойств дерново-карбонатных почв (рендзин) Западного Кавказа после вырубки леса.
Объект и методы исследований
Объект исследования - дерново-карбонатные почвы (рендзины) южно-европейской фации. Рендзины как особая форма почвообразования встречаются во всех биоклиматических поясах и зонах Земли. Эти почвы, сформированные на известняково-мергелистых породах, подробно описаны в литературе [10, 11, 14, 15]. В новой классификации и диагностике почв России [7] они обозначены как карболитоземы. На Западном Кавказе рендзины встречаются в горных и предгорных районах бурых и серых лесных почв. Главное направление почвообразования определяется процессами выщелачивания, гумусонакопления и оглинивания, развитие которых и их особенности на известковых породах обусловлены прежде всего влиянием карбонатов кальция [10, 11].
Исследования проводили с использованием общепринятых методов [3]. Были исследованы температура, влажность, плотность почв, заложены разрезы и прикопки, отобраны почвенные образцы, определена активность каталазы, инвертазы, фосфатазы и дегидрогеназы.
Результаты исследования
Исследуемая территория расположена в 10 км от пос. Гузерипль (Адыгея) на высоте 1635 м над уровнем моря. Наблюдения проводили четырежды за 2 года: непосредственно сразу после рубки (август, 2010 г.), через 3, 10, 21 мес. Рассматривались участки вырубки с разной степенью нарушения почвенного покрова. Вырубка представляет собой выровненный участок верхней части склона, полностью лишенный растительности. Поверхность почвы на вырубке очень сильно нарушена тяжелой техникой. В качестве контроля взят участок буково-пихтового леса, граничащий с вырубкой. Почва - рендзина выщелоченная.
Уже менее чем через год на вырубке появился травянистый растительный покров, отмечено снижение количества камней, глубоких борозд от бульдозеров. Однако на некоторых участках отмечено проявление эрозии и уплотнение почвы. Реакция почвенной среды в течение срока наблюдения изменяется незначительно (рН= 6,5-7,5).
На исследуемой территории выявлены изменения физических и биологических свойств рендзин. Плотность дерново-карбонатной почвы на вырубке значительно выше, чем под лесом (1,05 и 0,47 г/см3). Это вызвано нарушением сложения поверхностных горизонтов и общим уплотнением почвы при работах мощной тяжелой техники (рис. 1). В мае 2012 г. плотность почвы на участках вырубки со средней и высокой степенью деградации также была выше (0,87^1,28 г/см3), чем на контрольном участке (0,65 г/см3). Об ухудшении основных физических свойств почв на вырубках говорят и литературные источники [8]. В то же время на участке со слабым воздействием плотность почвы была выше (0,53 г/см3), чем на контроле. Вследствие рубки леса отмечены значительные изменения температуры и влажности почвы, которые оказывают прямое воздействие на химические и биологические процессы [8, 9, 11].
Рис. 1. Активность каталазы и содержание гумуса в почвах вырубки с разной степенью нагрузки, май 2012 г.
Среднее содержание гумуса в почве на вырубке на всех изучаемых сроках ниже, чем в почве под лесом (соответственно 8,4 и 14,7 %) (рис. 1). При этом амплитуда значений на вырубке значительно превышает таковую в лесной почве. Разброс значений зависит от места отбора образца на вырубке (3,5^13,4 %). Минимальные значения содержания гумуса отмечены в местах максимального антропогенного воздействия на технологической дороге. Однако есть места на исследуемой вырубке, где содержание гумуса и других биологических показателей (ферментативная активность) существенно повышается. Здесь при слабой степени воздействия, не повредившей почвенный покров, отмечен интенсивный рост травянистых растений за счет лучшей, чем в лесу, освещенности. В ре-
зультате на этих участках биологическая активность превосходит контрольные значения.
Снижение содержания гумуса можно объяснить отсутствием древесного опада на вырубке. Со временем после сведения леса содержание гумуса несколько повышается. Можно предположить, что благодаря дальнейшему зарастанию территории вырубки травянистой растительностью содержание гумуса довольно быстро восстановится и, возможно, даже превысит показания контроля. Однако эрозионные процессы, отмеченные в некоторых местах вырубки, могут привести не только к снижению значений биологических показателей, но и к полной деградации почвы.
Ферментативная активность исследуемых участков в значительной степени определяется уровнем антропогенного воздействия (рис. 1). В отличие от ферментативной активности содержание гумуса является более стабильным показателем, так как он в меньшей степени зависит от климатических условий среды. Для корректного сравнения значений биологических показателей из всего числа участков для определения динамики исследовали варианты со «средней» степенью нагрузки. При этом в первые сроки наблюдений отмечены значительные колебания уровня активности ферментов на вырубке, случаи значительного повышения активности разных ферментов относительно контрольных значений (рис. 2). Динамика активности гидролаз по сравнению с активностью оксидаз снижается сразу после сведения леса и повышается через год. Активность инвертазы на ранних сроках исследования (август, ноябрь 2010 г.) ниже, чем под лесом, более чем в 2 раза (рис. 2). Исследования, проведенные в июне 2011 г., показали резкое увеличение показателя инвер-тазной активности, который на вырубке превысил аналогичный в почве под лесом в 2 раза. Скорее всего, это связано с оптимальными гидротермическими условиями в почве. В дальнейшем активность ферментов разных групп приближается к контрольным значениям, за исключением дегидрогеназы, активность которой через год снижается вдвое, через 2 года - в 11 раз.
Рис. 2. Динамика изменения биологических свойств почвы на вырубке в сравнении с контролем
Выводы
Наибольшее воздействие рубка леса оказала на физические свойства и содержание гумуса дерново-карбонатных почв Западного Кавказа. Активность разных ферментов в почвах вырубки также в значительной степени изменяется. Отмечена тенденция к
восстановлению содержания гумуса и активности каталазы, инвертазы и дегидрогеназы. Однако о закономерностях динамики биологических свойств в почвах вырубки можно будет судить только после еще нескольких лет наблюдений.
Исследование выполнено при поддержке ФЦП «Научные и научно-исследовательские педагогические кадры инновационной России» (госконтракты № 14.A18.21.126 и A18.21.01879).
Литература
1. Денисова Т.В., Казеев К.Ш. Влияние переменного и по-
стоянного магнитных полей на биоту и биологическую активность чернозема обыкновенного // Радиационная биология. Радиоэкология. 2007. Т. 47, №. 3. С. 345-348.
2. Казеев К.Ш., Гайдамакина Л.Ф., Овдиенко Р.В., Колес-
ников С.И., Вальков В.Ф. Зональная изменчивость почв Северного Кавказа // Изв. РАН. Серия географическая. 2006. № 5. С. 36-45.
3. Казеев К.Ш., Колесников С.И., Вальков В.Ф. Биологиче-
ская диагностика и индикация почв: методология и методы исследований. Ростов н/Д, 2003. 204 с.
4. Казеев К.Ш., Колесников С.И., Вальков В.Ф. Гумусовое
состояние почв предгорий Западного Кавказа // Почвоведение. 1998. № 7. С. 848-853.
5. Казеев К.Ш., Колесников С.И., Казадаев АА., Вальков В. Ф.
Изменение фауны почв предгорий Северо-Западного Кавказа при антропогенном воздействии // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Естеств. науки. 1999. № 1. С. 79-81.
6. Казеев К.Ш., Тер-Мисакянц Т.А., Кузнецова Ю.С., Поля-
ков А.И., Кутузова И.В., Мазанко М.С., Прудникова МА., Колесников С.И. Влияние вырубки леса на биологические свойства горных почв Западного Кавказа // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2012. № 82. С. 187-197.
7. Классификация и диагностика почв России. Смоленск,
2004. 342 с.
8. Краснощеков Ю.Н., Огородников А.В. Изменение лесо-
растительной среды в псевдотаежных лиственничниках под влиянием рубок // Леса МНР. Новосибирск, 1983. С. 137-154.
9. Краснощеков Ю.Н., Сорокин Н.Д. Почвенно-экологические
изменения на вырубках и гарях Восточного Хэнтэя (МНР) // Почвоведение. 1988. № 1. С. 117-127.
10. Кутровский М.А., Вальков В.Ф., Казеев К.Ш., Колесни-
ков С.И. Экологические особенности рендзин Черноморского побережья Кавказа // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Естеств. науки. 2008. № 6. С. 97-101.
11. Kazeev K.Sh., Kutrovskiy MA, Dadenko E. V., Vezdeneeva L.S.,
Kolesnikov S.I., Valkov V.F. The influence of carbonates in parent rocks on the biological properties of mountain soils of the Northwest Caucasian Region // Eurasian Soil Science. 2012. Vol. 45, № 3. P. 282-289.
12. Kazeev K.Sh., Kozin V.K., Kolesnikov S.I., Valkov V.F. Bio-
logical Features of Soils in Moist Subtropics of Russia // Eurasian Soil Science. 2002. № 12. P. 1302-1306.
13. Горшенин Н.М., Щербакова О.Н. Влияние рубок на био-
логическую активность дерново-подзолистой супесчаной почвы // Почвоведение. 1972. № 5. С. 115-123.
14. Вальков В.Ф., Казеев К.Ш., Колесников С.И., Кутров-
ский М.А. Почвообразование на известняках и мергелях. Ростов н/Д, 2007. 198 с.
15. Вальков В.Ф., Казеев К.Ш., Колесников С.И. Почвы юга
России: генезис, география, классификация, использование и охрана. Ростов н/Д, 2008. 276 с.
Поступила в редакцию
25 марта 2013 г.
