CC BY
29
продукционный процесс и структура деревьев, древесины и ДРЕВОСТОЕВ
Значительное содержание поздней зоны в сосняке черничном обусловило формирование древесины повышенной плотности в этих условиях. Превышение по этому показателю составило в среднем 8 % в сравнении с другими типами леса, существенность различий доказана ('ф = 3,8 и 4,4).
Наибольший предел прочности при сжатии вдоль волокон в пересчете на 12 % влажности (38,5 МПа) наблюдается в черничном типе леса, что предопределено высокими показателями по процентному содержанию поздней зоны и плотности древесины в этих условиях роста. Превышение по данному показателю составило 1, 5 и 11 % в сравнении с сосняком брусничным, кисличным и лишайниковым. Достоверность различий доказана между сосняком черничным и лишайниковым ^ф = 2,9), брусничным и лишайниковым ('ф = 2,6).
Таким образом, полученные нами данные подтвердили результаты ранее проведенных в условиях Архангельской области исследований [11] и позволили выявить, что в средневозрастных посадках сосны черничного типа формируется древесина с большим содержанием поздних зон в годичном слое, более высокой плотности и прочности. В сосняке брусничном, кисличном и лишайниковом наблюдается некоторое снижение этих показателей. Наиболее существенные отличия по основным показателям выявлены для древесины сосны из зеленомошной и лишайниковой групп типов леса.
Библиографический список
1. Теплоухов, А. Устройство лесов в помещичьих имениях / А. Теплоухов. - СПб.: Изд. Вольно-экономического об-ва, 1850.
2. Сукачев, В.Н. Руководство к исследованию типов леса / В.Н. Сукачев. - Гослестехиздат, 1934.
3. Сукачев, В.Н. Типы леса и тип лесорастительных условий / В.Н. Сукачев. - Гослестехиздат, 1945.
4. Яхонтов, И.А. Технические свойства сосновой древесины из лесов Люблинской, Варшавской и Петраковской губернии / И.А. Яхонтов // «Труды по лесному опытному делу», 1913.
5. Терлецкий, А.И. Технические свойства древесины сосны и даурской лиственницы Наманинской дачи Якутской АССР / А.И. Терлецкий. - Иркутск: ОГИЗ, 1932. - 20 с.
6. Шатерникова, А.Н. О влиянии различного стояния грунтовых вод в почве на анатомическое строение сосны / А.Н. Шатерникова // «Труды по лесному опытному делу», 1929. - Вып. 2.
7. Калнинш, А.И. Связь свойств древесины с условиями произрастания / А.И. Калнинш: Труды ин-та леса АН СССР, 1949. - Т. IV. - С. 98-100.
8. Значение типов леса и лесорастительных условий в изучении строения древесины и ее физико-механических свойств / И.С. Мелехов // Тр. ин-та леса АН СССР. 1949. Т. IV. С. 11-20.
9. Формирование годичного слоя сосны в связи с лесорастительными условиями / Т.А. Мелехова // Труды АЛТИ. Т. 14. - Архангельск, 1954. - С. 123-138.
10. К вопросу о влиянии условий местопроизрастания на анатомическое строение, физические и механические свойства древесины сосны / Б.Д. Жилкин // Труды Брянского лесного института, 1936. -Т I. - С. 13-17.
11. Качественные характеристики сосны в культурах: учеб. пособие для вузов / В.И. Мелехов, Н.А. Бабич, С.А. Корчагов. - Архангельск: Изд-во АГТУ, 2005. - 116 с.
ИЗМЕНЕНИЯ В ПОЧВАХ ПАШЕН СРЕДИ НАГОРНОЙ ЛЕСОСТЕПНОЙ ДУБРАВЫ
В.В. МАМАЕВ, ст. науч. сотр. Института лесоведения РАН,
М.Г. РОМАНОВСКИЙ, зам. директора по науке Института лесоведения РАН, д-р биол. наук, Т.Н. СУДНИЦЫНА, ст. науч. сотр. Института лесоведения РАН
Сведение леса изменило режим увлажнения глубоких слоев почво-грунта под распаханными вырубками. Регулярно в конце вегетации (август-сентябрь) влажность слоев 2-9 м под безлесными участками на 5 % выше, чем под соседними дубняками IV класса возраста. Осенний запас воды по профилю
0-10 м возрос на 560 мм. Весной разность лес-пашня сглаживается. Под пашней/паром после прекращения корневого опада деревьев сократились также запасы гумуса в глубоких гумусированных слоях суглинков.
В Теллермановском опытном лесничестве (ТОЛ) Института лесоведения РАН
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 5/2007
57
продукционный процесс и структура деревьев, древесины и ДРЕВОСТОЕВ
(Грибановский район Воронежской области) на вырубках 1930-х гг., возобновившихся в нагорных дубравах, два выдела искусственно поддерживаются безлесными уже 70 лет. Сравнение их почв с соседствующими лесными неоднократно привлекало внимание исследователей в 1950-е гг. Спустя 50 лет мы возвращаемся к сравнительным исследованиям этого объекта на фоне интереса к глубоким корнеобитаемым слоям суглинков [1].
Безлесные пахотные и примыкающие к ним лесопокрытые выделы расположены на лесном водоразделе балок Крутец и Малык в ТОЛ [2] на месте сплошной вырубки перестойных материнских дубрав 5, 6 кварталов. Высота 155-153 м над уровнем моря. Почвы темно-серые лесные. Мощность гумусоаккумулятивного горизонта 50-70 см [3, 4]. Мы исследовали два выдела, раскорчеванные и распаханные в 1938 г. [5], и два примыкающих к ним с возобновившимся лесом. Безлесные площади 50 х 320 м2 (1,6 га) и 80 Ч 300 м2 (2,4 га) сперва использовали как лесные питомники, а затем как огороды сотрудников лесничества с перелогом каждые 7-10 лет [6]. Следуя С.В. Зонну и А.А. Молчанову [4, 5, 7,
8], будем называть эти выделы «огородами». Площадь огорода распахивали 10 лет кряду, а затем оставляли под залежь и начинали возделывать другой выдел. Опушки залежи шириной 15-20 м постепенно зарастали лесом, но опять попадали под плуг (наибольшая высота сеянцев у стен леса достигала 1,5 м, а плотность < 5000 га-1) [2].
Огороды окружены снытьево-осо-ковыми дубняками IV класса возраста I класса бонитета. Средний состав древостоев 8Д2Яс+Ил (Д - дуб, Яс - ясень, Ил - ильм). Полнота - 0,7—1,0. Сумма площадей сечения стволов на высоте 1,3 м - 28-32 м2/га.
В 1998-2005 гг. в лесных и соседствующих безлесных выделах мы ежегодно ручным геологическим буром брали керны до глубины 6-9 м, а весной 2001 г. до 11 м, обычно два раза: в начале мая и в последней декаде августа или в начале сентября. Пробы почво-грунта отбирали через 50 см глубины в центре огорода и в дубравных выделах, отступив 30 м от пашни. При резких градиентах влажности или цвета почв по глубине
керна мы брали дополнительные образцы через 25 см. Парные образцы лес - огород собирали в течение одних суток в сухую погоду. Влажность почвы измерена термо-весовым способом. Содержание гумуса по Тюрину определено в образцах материнских суглинков и темно-серых лесных почв в 2002 г. через 1 м глубины после сушки в термостате при 105 °С и в 2003 г. через 0,5 м после воздушной сушки. Содержание СаСО3 установлено по потере массы при протравливании в течение 25 мин измельченных сухих образцов почвогрунта 10 % раствором HCl (рис. 1).
Запасы углерода (тС/га) и воды (мм) в 50 см слоях почвенного профиля рассчитаны исходя из плотности сложения почвы, определенной на «огородах» И.Н. Васильевой,
С.В. Зонном, А.А. Молчановым [7-9].
Изменения влажности, содержания С гумуса и С карбонатов кальция, вызванные сведением леса и распашкой лесной почвы в слое 0-1 м, были подробно описаны ранее
[9]. Перемешав верхние дифференцированные горизонты лесной почвы, распашка выровняла содержание гумуса в слое 0-30 см. Пахота от стены леса создала своеобразный эффект истончения гумусированного горизонта на опушках и соответствующий рост его мощности в центре огорода (рис. 2).
В конце вегетации влажность суглинков под огородами стала регулярно оказываться выше, чем под лесом. Особенно заметны изменения в горизонтах 2,5-10,0 м, не испытывающих влияния динамики текущих осадков и сезонных колебаний влажности почвы. Глубже 2,5 м и до капиллярной каймы грунтовых вод под огородами осенняя влажность почво-грунта выше, чем под лесом, как правило на 5 ^ 6 % (табл. 1).
Общий запас воды в толще 0-6 м в осенний период больше на ~200 мм. По профилю 0-10 м разность запасов воды в почвогрунте под лесом и пашней достигает к осени 560 мм, что соответствует количеству осадков, выпадающих на Теллермановский лес за год [2].
Весной разница лес-огород сглаживается (табл. 1). В отдельные годы весенний запас влаги под лесом бывает даже несколько выше, чем под пашней.
58
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 5/2007
продукционный процесс и структура деревьев, древесины и ДРЕВОСТОЕВ
Рис. 1. Динамика потерь массы измельченными образцами темно-серой лесной почвы Д, %, в зависимости от времени их протравливания 10 % раствором НС1. При разном сочетании в образце выцветов (белоглазки) и нодулей СаСО3 -99-100 % СО2 выделяется за 25 или 35 минут
Ai
A2
Ai
Б
Рис. 2. Преобразование микрорельефа огорода после 30 лет пахоты и 30 лет парования. Залегание верхней границы горизонта С принято строго горизонтальным
Судя по наблюдениям С.В. Зона в 1949-1950 гг., изменения режима увлажнения глубоких горизонтов после пахоты произошли очень быстро. Новый режим поглощения и перемещения влаги в суглинках установился, вероятно, в течение 1-2 вегетаций после вырубки леса и прекращения потребления воды глубокими ярусами корневых систем деревьев.
Общие запасы углерода гумуса в слое 0-1 м почвы после вспашки практически не изменились. Изменилось лишь распределение С по глубине. После пахоты оно стало более равномерным: верхние слои несколько обеднели, нижние - обогатились гумусом и связанным в нем С.
От 1 до 4 м глубины запасы С-гуму-са изменились также незначительно. Зато на
глубинах 4,5-6,0 м, заселенных корнями деревьев, за время безлесного существования огородов запас С-гумуса сократился почти на 50 % (табл. 2). Нам не удалось получить образцы для определения содержания гумуса глубже 6,5 м, но мы полагаем, что и там произошли столь же заметные изменения. Связано это с окислением и вымыванием легко разрушающихся фракций гумуса.
Сечения рельефа огородов: А - в
5 квартале ТОЛ, ширина 50 м; на момент обследования фаза 5-летней залежи; Б - в
6 квартале ТОЛ, ширина 70 м, - фаза пашни. На северо-западных опушках огородов, с которых начиналась пахота, толщина горизонта А уменьшилась на ~10 см. В центре пашни мощность А увеличилась на ~10 см. Вдоль юго-западных границ древостоя проложены дороги.
Горизонты почвы А = At+ А2 и В = = Bj+ В2 выделены глазомерно по окраске (цвет, интенсивность).
Сопоставление содержания гумуса в образцах, подвергшихся и не подвергавшихся термической обработке, указывает на высокое участие нестабильных, легко окисляемых фракций (до 80 %) в составе гумуса из глубоких слоев почвенного профиля, особенно под территориями, занятыми лесом (табл. 3). Их окисление, вероятно, и является причиной сокращения под пашнями общего запаса гумуса.
Новый режим движения к грунтовым водам почвенной влаги повлек изменения запасов и распределения в суглинках СаСО3. Однако определить общие тенденции изменения запасов С(СаСО3) достаточно сложно: они проявляют высокую степень изменчивости по площади выделов. В толще 0-6 м на дистанциях 20-30 м и на площади всего лишь в несколько соток запасы С(СаСО3) меняются в два раза (от 650 до 1300 тС/га).
Варьирование это определяется в основном мощностью и степенью заизвестко-ванности слоев выше и ниже гумусированных и корненасыщенных горизонтов (табл. 2). Мозаичность размещения древесных растений с разноглубокими ярусами корневых систем отражена в мозаике заизвесткованности горизонтов глубже 1,5 м.
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 5/2007
59
продукционный процесс и структура деревьев, древесины и ДРЕВОСТОЕВ
Таблица 1
Влажность почвы (% массы твердой фазы) в середине огорода и в 30 м
от опушки огорода в лесу
Глубина, см Конец вегетации Начало вегетации Степь*
огород лес огород лес конец начало
10 (0-25) 15-31 20-30 22-33 30-59 20 30-33
50 (25-75) 20-29 20-33 19-31 23-33 15 24-32
100 (75-125) 20-27 19-26 28-30 28-32 14 19-28
150 (125-175) 21-25 15-24 23-32 24-30 15 15-22
200(175-225) 23-24 16-24 22-31 21-27 14 16-26
250(225-275) 22-24 16-23 23-26 17-26 14 17-26
300 (275-325) 20-23 15-19 23-26 16-29 16 18-27
350 (325-375) 20-22 16-18 22-25 17-26 17 18-24
400 (375-425) 21-24 16-18 24-25 16-25 16 17-25
450 (425-475) 22-24 16-18 23-25 16-22 17 16-27
500 (475-525) 21-25 15-17 24-26 15-22 16 17-27
550 (525-575) 20-25 15-17 22-26 15-24 17 17-27
600 (575-625) 21-23 15-17 22-24 18-23 18 17-23
*Влажность почво-грунта в конце вегетации и нижний предел весной. Верхний предел влажности, по нашим данным, для водораздела рек Хопер-Карачан
Таблица 2
Содержание гумуса в почве и потеря массы при протравливании образцов 10 % HCl, %
сухой массы
Глубина, см Запас корней 0 < 1 мм, г м "3 Гумус* СО2(Са(СО3))
лес «огород» лес «огород»
10 42,05 3,4 3,7 1,8-3,6 0,5-4,4
50 42,05 0,9 0,9 2,1-2,6 2,2-3,8
100 0,20 0,6 0,5 2,3-2,8 2,2-5,7
150 0,15 0,6 0,5 2,7-4,0 2,4-9,0
200 0,10 0,6 0,6 2,8-3,4 4,1-4,5
250 0,05 0,6 0,5 3,2-4,1 2,7-3,5
300 0,12 0,6 0,6 2,7-4,1 2,9-3,6
350 0,15 0,5 0,5 2,9-3,5 3,3-3,4
400 0,12 0,6 0,5 0,9-11,6 3,1-4,1
450 0,00 0,7 0,7 1,4-11,3 0,6-3,4
500 0,15 0,9 0,8 2,8-3,3 0,3-3,0
550 0,30 1,0 0,8 2,7-3,1 2,7-3,4
600 1,25 1,0 0,9 2,6-17,0 2,1-4,8
*Приведены оценки содержания гумуса после воздушной сушки
Таблица 3
Изменения содержания гумуса в гумусо-аккумулятивных слоях (% сухой массы)
при замене лесного покрова агроценозом
Глубина слоя, см Сушка образцов Лес Огород
~10 воздушная 2,84 - 3,79 2,81-4,05
та же термостат 105о 2,71 3,17
500-550 воздушная 0,92 - 1,04 0,77 - 0,80
та же термостат 105о 0,73 0,45
Примечание. Глубина приведена без учета толщи подстилки. Образцы собраны в конце августа - начале сентября 2001-2002 гг.
60
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 5/2007
продукционный процесс и структура деревьев, древесины и ДРЕВОСТОЕВ
Таблица 4
Содержание гумуса на глубине 40-50 см (по Тюрину) в зависимости от степени изреживания древостоя
Изреживание древостоя, % 2 28 34 100
Содержание гумуса, % 0,99 1,59 1,75 2,04
Концентрации и запасы гумуса заметно сократились в глубоких слоях почво-грун-та под безлесными участками. В середине огородов в глубоких слабогумусированных слоях концентрация гумуса снизилась в сравнении с лесными выделами на 20-40 %.
Наиболее заметные изменения концентраций гумуса произошли в глубоких гумусированных слоях. Уменьшение запасов гумуса под территориями, оставшимися без леса, свидетельствует о роли глубоких ярусов корневых систем древесных растений в аккумуляции углерода в суглинках глубже 4,5-5,0 м. В верхнем гумусо-аккумулятивном горизонте ведущее значение, по-видимому, имеют травы. В этом смысле показателен опыт Д.Ф. Соколова, когда после удаления на три вегетации лесной подстилки и травяного покрова содержание гумуса в 0-40 см снизилось более чем на 8 тС/га [2, 10].
Судя по результатам экспериментальных рубок [9], слой 0-40 см обогатился гумусом пропорционально степени изрежива-ния древостоя и развитию травяного покрова (табл. 4). Это говорит о ведущей роли корневого опада травяных растений в пополнении гумусо-аккумулятивных горизонтов 0-1 м.
В конце вегетации древесная растительность иссушает глубокие слои «подпочвы». К осени на безлесных огородах их влажность на 5-6 % выше (табл. 1). Соответственно меняется и скорость обмена грунтовопочвенных вод. Глубокие корни древесной растительности заставляют суглинки работать как насос: почво-грунт, как губка, набирает дополнительную влагу взамен отобранной деревьями. Под пахотными же участками вне вегетации идет только поверхностный сток и очень медленно перемещается, подчиняясь гравитации и температурным градиентам, пленочная влага. Зимой в годы глубокого промерзания почвы вода под пашнями подтягивается вверх из более глубоких слоев, чем
в лесу, и кристаллизуется. И без того медленный гравитационный сток в грунтовые воды прекращается.
Существование медленного стока пленочной влаги хорошо иллюстрирует наблюдение за профилем влажности почво-грунтов на Деркульской опытной станции (степь) под травяными фитоценозами [8]. Под целинной непаханной степью осенняя влажность почвогрунта по всему профилю 0-8 м значительно ниже, чем в начале вегетации, в том числе в глубоких слоях 2-8 м, недоступных корням большинства степных растений. Балансовый анализ профиля влажности приводит к заключению, что степь потребляет влагу значительно интенсивнее искусственных лесных насаждений [5]. Мы же полагаем, что основной источник расходов влаги (в особенности доля слоев 2-8 м) - ее вертикальная миграция. Почвенный влагозапас, накопленный весной в виде пленочной влаги, сползает в грунтовые воды, равномерно распределяясь по профилю почвы (табл. 1). Результат, подтверждающий вертикальную миграцию пленочной влаги, получен также С.В. Зонном с соавторами при наблюдениях за профилем влажности под паром в 5 квартале Теллермановского опытного лесничества: запасы почвенной влаги на глубинах 1-8 м возросли к концу вегетации на 37 мм.
Увеличение на огородах осенней влажности и пропорциональный рост подвижности грунтово-почвенной влаги привели к тому, что почвы стали промерзать на большую глубину. Различия лес-огород особенно заметны в годы глубоких промерзаний почвы: на открытом пространстве глубина промерзания 100150 см, тогда как под лесом - 70-90 см [2].
В центре и на северных опушках огородов режим прямого освещения длится
10,0-11,5 ч. Соответственно условия северных опушек (южная экспозиция) благоприятствуют заселению их широколиственными породами. На затененных южных опушках (прямое освещение 6-9 часов) селятся преимущественно мелколиственные породы.
Существенно изменился состав почвенной мезофауны, особенно участие отдельных функционально-систематических групп. Так, на огородах резко сократилась плотность населения энхитреид и многоножек, зато много-
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 5/2007
61
