CC BY
61
УДК 630.114: 630.43 (571. 62) А.В. Назаркина
ИЗМЕНЕНИЕ ПЛОТНОСТИ СЛОЖЕНИЯ И ВЛАГОЗАПАСОВ ЛЕСНЫХ ПОЧВ ДОЛИНЫ р. АМУР
В РЕЗУЛЬТАТЕ ДЕЙСТВИЯ ПОЖАРОВ
Представлены данные по плотности сложения, водоотдаче и запасам влаги при константах увлажнения, соответствующих полной, капиллярной и наименьшей влагоемкости, в буроземах и дерновоподзолистых почвах долины р. Амур. Установлено, что в результате пирогенеза происходит уплотнение верхних горизонтов буроземов и увеличение их влагозапасов. В дерново-подзолистой почве происходит снижение плотности верхних горизонтов за счет разрушения дернины. Максимальное уплотнение и влагозапасы наблюдаются в текстурном горизонте, что может служить причиной образования своеобразного водоупорного горизонта и переувлажнения дерново-подзолистых почв.
Ключевые слова: плотность сложения, водоотдача, влагозапасы, пожары, лесные почвы.
A.V. Nazarkina CHANGE OF DENSITY AND MOISTURE STORAGE OF THE AMUR RIVER BASIN FOREST SOILS AFTER WILDFIRES
The data of the soil density ,moisture loss, moisture storage at such moisture constants as capillary, full and field moisture capacity in burozem and sod-podzol soils of the Amur River are given in the article. It is determined that as a result of pirogenesis, burozem upper horizonts dencity and its moisture capacity increase take place. Upper horizonts dencity decrease after sod destruction in the sod -podzol soil and maximum dencity and moisture storage in the texture horizont are observed.It may be a reason for the development of peculiar water-resistant hori-zont and sod-podzol soils overmoisturing.
Keywords: density, moisture loss, moisture storage, wildfire, forest soils.
Введение. Территория бассейна р. Амур располагается в регионах, характеризующихся высокой плотностью пожаров [1]. С каждым годом количество крупных пожаров увеличивается, а их последствия имеют катастрофический характер [2]. В результате формируются своеобразные условия, при которых образуется целый спектр переходных почв, которые сложно однозначно классифицировать. А.П. Чавычелов [3] предложил пирогенез выделять как отдельный фактор почвообразования лесных почв. В результате него диагностические горизонты почв либо трансформируются, либо полностью уничтожаются. На месте прежних почв появляются автоморфные, преимущественно подзолистого типа, почвы с полициклическими профилями, имеющие подчиненное положение по сравнению с зональными почвами. Однозначно оценить послепо-жарные изменения свойств почв сложно. Ранее неоднократно поднимался вопрос о классификации пироген-ных изменений в почве [4-5]. А.П. Сапожников [4] указывал, что изменения в процессах почвообразования, обусловленные послепожарными трансформациями в экосистеме, обычно накапливаются в течение длительного времени и достигают максимума после завершения пирогенно-восстановительной смены растительного покрова. К этому времени прямые следы огня проявляются в виде углей в почве. В литературе неоднократно отмечалось, что физические и водные свойства почв являются наиболее чувствительными показателями изменений свойств при пожарах [6-10].
Экологические исследования почвенного покрова долины р. Амур предусматривали мониторинг состояния почвенного покрова, уточнение, а для некоторых районов и определение его состава с учетом новой классификации почв. Задачей исследований было изучение влияния пирогенного фактора на плотность и водные свойства почв.
Объекты и методы исследований. Исследования были проведены в 2006 г. Объектом являлись естественные и пирогенные варианты буроземов и дерново-подзолистых почв [11] долины р. Амур на участке от г. Хабаровска до г. Комсомольска-на-Амуре. Плотность сложения почв определена расчетным методом, запасы влаги - с учетом мощности горизонтов [12]. Значения влажности почвы получены термостатно-весовым методом. Константы, соответствующие категориям влажности (полной, наименьшей, капиллярной), были определены по методике мезомонолитов с использованием бюксов. Отбор образцов проводился в 6-кратной повторности путем врезания или вдавливания бюксов на поверхности каждого почвенного горизонта. Разделение почв на пирогенные и непирогенные варианты проведено с учетом их морфологии. Статистическая обработка данных выполнена с использованием программы ЭТАТ^ТЮА 8.0.
Результаты и их обсуждение. Проведенное полевое обследование показало, что участок долины р. Амур от г. Хабаровска до г. Комсомольск-на-Амуре представляет собой расчлененную низкогорную поверхность, на которой формируются преимущественно два типа лесных почв - буроземы (структурнометаморфические) и дерново-подзолистые (текстурно-дифференцированные) [11]. Эти почвы сложно классифицировать из-за частого воздействия на них пирогенного фактора и частичного уничтожения диагностических горизонтов. Дерново-подзолистые почвы формируются на дренированных подножиях склонов и древних аллювиальных террасах на озерно-аллювиальных отложениях. В них наблюдается постепенный переход от элювиального к текстурному, очень плотному горизонту, имеющему желтовато-бурую окраску и листоватую структуру. А после пожаров отмечены и процессы заболачивания. На хорошо дренированных склонах на щебнисто-суглинистом и глинистом элюво-делювии плотных пород формируются буроземы, в которых серогумусовый горизонт сменяется бурым менее плотным структурно-метаморфическим горизонтом с ореховато-призматической структурой. После пожаров, как правило, эти почвы не заболачиваются.
Согласно полученным данным, в естественном состоянии в буроземе наблюдается увеличение значений плотности с глубиной профиля от 0,4 до 1,1 г/см3 (рис. 1).
28
24
20
1.6
1.2
0,8
Дерново-подзолистая
Серогумусовый
Бурозем
Серогумусовый
Элювиальный
Переходный
1.4
1.3
1.2
1.1
1.0
0,9
0,8
0,7
12
Текстурный
12
Структурно-метаморфический
,8
0.2
2
1.5
,З
,2
,1
,0
0,9
0,8
0,7
1.20
,4
1,16
1,12
1.04
1.00
□ среднее
стандартная ошибка стандартное отклонение
Рис. 1. Плотность (г/см3) бурозема и дерново-подзолистой почвы: 1 - непирогенные горизонты; 2 - пирогенные горизонты
В дерново-подзолистой почве прослеживается противоположная зависимость - происходит снижение плотности вниз по профилю с 2,3 до 1,0 г/см3. Высокие значения плотности верхних горизонтов дерновоподзолистой почвы объясняются их более низким расположением в рельефе и отложением частиц, привнесенных с более высоких геоморфологических поверхностей. Резкое изменение плотности в профиле дерно-
3B
во-подзолистой почвы обуславливает формирование элювиального горизонта. В профиле бурозема таких резких изменений значений плотности не наблюдается. В связи с этим почвы характеризуются разными условиями водоотдачи (рис. 2).
Дерново-подзолистая
Серогумусовый
Элювиальный
12
Текстурный
□ среднее
стандартная ошибка стандартное отклонение
Рис. 2. Водоотдача (%) бурозема и дерново-подзолистой почвы: 1 - непирогенные горизонты; 2 - пирогенные горизонты
В серогумусовых горизонтах обеих почв водоотдача максимальная и составляет 80-100 %. В буроземе происходит постепенное снижение водоотдачи от переходного горизонта к структурно-метаморфическому. В дерново-подзолистой почве водоотдача элювиального и текстурного горизонтов практически одинаковая 24-28 %. При этом водоотдача элювиального горизонта в 3 раза ниже по сравнению с серогумусовым горизонтом. В буроземе основные запасы влаги формируются в структурно-метаморфическом горизонте (70 мм при константе увлажнения, соответствующей полной влагоемкости, и 50 мм - соответствующей наименьшей) (рис. 3), в дерновоподзолистой почве - в серогумусовом горизонте, однако из-за его высокой водоотдачи переувлажнения в этих почвах не происходит.
350 -і 300 -250 -200 -150 -100 -50 -0
Дерново-подзолистая
непирогенныи
□ ЛУ ШБЬ
Де1
пирогенныи в ВТ
Бурозем
пв
кв
нв
пв
кв
нв
Рис. 3. Влагозапасы (мм) бурозема и дерново-подзолистой почвы при константах увлажнения, соответствующих влагоемкости: ПВ - полной; КВ - капиллярной; НВ - наименьшей. Горизонты:
AY- серогумусовый; BM - структурно-метаморфический; EL - элювиальный; BT- текстурный
В пирогенных вариантах эти зависимости нарушаются. В пирогенном буроземе обнаружено уплотнение верхнего горизонта до 1,3 г/см3 (рис. 1). Этот вывод согласуется с ранее опубликованными данными по уплотнению верхних горизонтов на гарях [13]. В связи с прогоранием верхних горизонтов происходит более быстрое выветривание структурно-метаморфического горизонта и снижение его плотности сложения по сравнению с непирогенным буроземом. В пирогенной дерново-подзолистой почве, наоборот, плотность верхних горизонтов снижается за счет прогорания плотной дернины. Плотность же текстурного горизонта не изменяется. Ранее Г.А. Киселевой [14] было отмечено увеличение плотности сложения на 14-17% в пирогенных субэлювиальных и текстурных горизонтах. А.П. Чавычелов [3] объясняет увеличение плотности сложения интенсивным смывом частиц вниз по склону после пожаров и частичной их аккумуляции в нижних горизонтах почв. Однако по полученным данным видно, что переуплотнения текстурного горизонта исследованных почв не происходит (значения плотности естественного и пирогенного вариантов значимо не различаются при Р < 0,95).
Изменение условий внутрипрофильного уплотнения резко меняет характер водоотдачи в пирогенных почвах (рис. 2). В буроземах водоотдача снижается только в верхних горизонтах, что служит причиной формирования в них повышенных влагозапасов (60 мм при константе увлажнения, соответствующей полной влагоемкости, и 45 мм - соответствующей наименьшей) (рис. 3). Г.А. Киселева [14] указывает, что пирогенный фактор в елово-лиственничном лесу влияет на увеличение влажности 0-50 см слоя почвы на 35-140 мм. Ю.Н. Красно-щеков [6] объясняет высокие запасы влаги на гарях уменьшением транспирации растений и увеличением прихода осадков на поверхность. По полученным данным, увеличение влагозапасов на 20-35 мм наблюдается только в серогумусовом горизонте пирогенного бурозема. В 0-50 см слое влагозапасы обеих почв при пирогенезе снижаются. В пирогенном буроземе при константе, соответствующей полной влагоемкости, - на 65 мм; наименьшей - на 50 мм. В пирогенной дерново-подзолистой почве снижение наблюдается соответственно на 160 и 25 мм по сравнению с непирогенными почвами. При этом в пирогенной дерново-подзолистой почве снижение влагозапасов наблюдается в серогумусовом и элювиальном горизонтах. Исключение составляет текстурный горизонт, величины влагозапасов которого остаются практически неизменными. При пирогенезе происходит снижение его водоотдачи. При таких условиях водообмена в этих почвах возможна трансформация пирогенного серогумусового горизонта в перегнойный.
В целом по условиям водообмена пирогенные буроземы приближаются к непирогенным дерновоподзолистым почвам. Как ранее было замечено А.П. Чавычеловым [3], можно предположить, что пирогенный бурозем проходит стадию образования дернины. Такая трансформация горизонтов пирогенных лесных почв создает трудности при их классифицировании. В долине р. Амур, где практически ежегодно возникают крупные пожары на больших территориях, исследования условий водообмена становятся особенно актуальными.
Заключение. Частые крупные пожары в долине р. Амур приводят к трансформации значений плотности и водных свойств преимущественно верхних серогумусовых горизонтов буроземов и дерновоподзолистых почв. В пирогенных буроземах происходит уплотнение верхних горизонтов и увеличение вла-гозапасов. В верхних горизонтах пирогенных дерново-подзолистых почв, наоборот, плотность и влагозапасы снижаются. В таких условиях текстурный горизонт из-за низкой водоотдачи способствует развитию процесса заболачивания. При этом верхний серогумусовый горизонт приобретает черты перегнойного. В результате
пирогенеза внутрипрофильный характер водообмена буроземов приближается к водообмену в дерновоподзолистой почве. С этим связаны трудности в диагностике данных почв. Исследования пирогенной трансформации физических и водных свойств лесных почв позволяют выявить особенности их генезиса, определить их классификационное положение и уточнить ареалы их распространения при экологических обследованиях территории, предположить дальнейшую эволюцию.
Литература
1. Валендик, Э.Н. Экологические аспекты лесных пожаров в Сибири / Э.Н. Валендик // Сиб. экол. журн. -1996. - № 1. - С. 1-8.
2. Цибарт, А.С. Влияние пожаров на свойства лесных почв Приамурья (Норский заповедник) / А.С. Ци-барт, А.Н. Геннадиев // Почвоведение. - 2008. - № 7. - С. 783-792.
3. Чавычелов, А.П. Пирогенез и постпирогенные трансформации свойств и состава мерзлотных почв / А.П. Чавычелов // Сиб. экол. журн. - 2002. - № 3. - С. 273-277.
4. Сапожников, А.П. Роль огня в формировании лесных почв / А.П. Сапожников // Экология. - 1976. - № 1. -С. 42-46.
5. Зайдельман, Ф.Р. Изменение свойств пирогенных образований и растительности на сгоревших осушенных торфяных почвах Полесий / Ф.Р. Зайдельман, Д.И. Морозова, А.П. Шваров // Почвоведение. -2003. - № 11. - С. 1300-1309.
6. Краснощеков, Ю.Н. Влияние пожаров на свойства горных дерново-таежных почв лиственничников Монголии / Ю.Н. Краснощеков // Почвоведение. - 1994. - № 9. - С. 102-109.
7. Евдокименко, М.Д. Послепожарная динамика микроклимата и гидротермического режима мерзлотных почв в лиственничниках Станового Хребта / М.Д. Евдокименко // Сиб. экол. журн. - 1996. - № 1. - С. 73-79.
8. Попова, Э.П. Пирогенная трансформация свойств лесных почв Среднего Приангарья / Э.П. Попова // Сиб. экол. журн. - 1997. - № 4. - С. 413-418.
9. MacDonald, L.H. Post-fire soil water repellency: persistence and soil moisture thresholds / L.H. MacDonald, E.L Huffman // Soil Sci. Soc. Am. J. - 2004. - N 68. - Р. 1729-1734.
10. Soil catena sequences and fire ecology in the boreal forest of Alaska / C.L Ping, G.J. Michaelson, E.C. Packee [et all] // Soil Sci. Soc. Am. J. - 2005. - N 69. - Р. 1761-1772.
11. Классификация и диагностика почв России / Л.Л. Шишов, В.Д. Тонконогов, И.И. Лебедева [и др.]. -Смоленск: Ойкумена, 2004. - 342 с.
12. Растворова, О.Г. Физика почв (Практическое руководство) / О.Г. Растворова. - Л.: Изд-во ЛГУ, 1983. - 196 с.
13. Краснощеков, Ю.Н. Почвенно-экологические изменения на вырубках и гарях Восточного ХЭНТЭЯ (МНР) / Ю.Н. Краснощеков, Н.Д. Сорокин // Почвоведение. - 1988. - № 1. - С. 117-127.
14. Киселева, Г.А. Изменение водно-физических свойств почв в результате послепожарного заболачивания / Г.А. Киселева // Изменение почвенного покрова Дальнего Востока в результате сельскохозяйственного использования и мелиорации. - Уссурийск: Изд-во ПримСХИ, 1978. - Вып. 52. - С. 92-94.
'--------♦-----------
