CC BY
111
ВЕСТНИК УДМУРТСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ
Краткие сообщения
УДК 630*114.441.2 (470.51)
Н.М. Итешина, А.Д. Корепанов, А.В. Петров
ЛЕСОРАСТИТЕЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ ПРИКАМЬЯ
Приведены данные полевых исследований производительности лесообразующих хвойных пород Прикамья на минеральных почвах в зависимости от почвенно-гидрологических условий. Дана оценка физико-химических свойств дерново-подзолистых почв Прикамья.
Ключевые слова: почвы, лесорастительные свойства, гранулометрический состав, агрохимический состав, почвенно-гидрологические условия, типы леса, производительность древостоев.
Известно, что основные показатели лесорастительных свойств почв обусловлены мощностью лесной подстилки и гумусового горизонта, содержанием гумуса, составом обменных оснований, содержанием питательных веществ и микроэлементов, морфологическими особенностями подстилающих горизонтов, влажностью. При этом содержание гумуса в перегнойно-аккумулятивном горизонте находится в тесной зависимости не только от состава растительных остатков, но и положения относительно рельефа, почвообразующих пород, гранулометрического состава почв и реакции почвенной среды и, по мнению ряда исследователей [1; 2], является наиболее надежным показателем диагностики плодородия почв при их качественной оценке. В то же время влажность почвы в условиях Прикамья - основной лимитирующий фактор роста леса [3].
Материалы и методика исследования
Исследования проводились в северной подзоне хвойно-широколиственных лесов с преобладанием хвойных древостоев и в южной подзоне тайги. По наиболее характерным геоморфологическим элементам поверхностей, охватывающих все разновидности дерново-подзолистых почв, были проложены профили. В качестве экспериментальных объектов для натурных исследований вдоль профилей были выбраны ключевые участки, на которых заложены пробные площади. Участки для закладки пробных площадей подобраны в спелых сосновых и еловых древостоях различной производительности. Происхождение древостоев естественное, возраст варьировался в пределах 41 - 90 лет. Участие сосны и ели в составе древостоев различных участков представлено от 40 до 100%.
Из почвенных разрезов взяты образцы для изучения агрохимических свойств почв в лабораторных условиях по общепринятым методикам [4]. Гранулометрический состав почв определялся методом Н.А. Качинского [5]. Образцы для изучения брались по генетическим горизонтам с трех стенок разреза, затем составлялся смешанный образец. Влажность торфяных почв определялась раз в декаду одновременно с замером уровня грунтовых вод (УГВ) на глубине 0 - 10, 20 - 30, 40 - 50 см весовым методом по смешанным образцам из пяти разрезов [6]. Изучение запасов лесной подстилки на пробных площадях проведено способом шаблонов [7].
Результаты и их обсуждение
Проведенные исследования показали, что по гранулометрическому составу дерновоподзолистые почвы варьируются от легкосуглинистых до песчаных. Профиль их отчетливо дифференцируется на элювиальный и иллювиальный горизонты. Отмечено, что в легкосуглинистых почвах максимум илистой фракции присущ лишь верхней части иллювиального горизонта, а в разновидностях супесчаного и песчаного гранулометрического состава содержание ила и физической глины имеет два максимума: один в гумусовом горизонте, а другой в иллювиальном. В почвах, сформировавшихся на древнеаллювиальных отложениях, содержание ила и физической глины низкое, причем наименьших значений оно достигает в горизонте С.
Содержание ила в профиле почв зависит также от глубины залегания суглинка. При более близком залегании суглинка количество илистых частиц в верхних горизонтах увеличивается в 1,5 - 1,9
раза, наиболее резкое изменение происходит на контакте отложений. В контактном горизонте наблюдается резкое уменьшение илистой фракции при некотором увеличении доли крупного, среднего и мелкого песка. Это связано с особенностями формирования контактных горизонтов и выносом ила [8].
Следует отметить значительную неоднородность по гранулометрическому составу почвообразующей породы. В покровных суглинках преобладают фракции мелкого песка и крупной пыли. Содержание фракций средней и мелкой пыли относительно невелико, отмечено высокое содержание коллоидной фракции, которая обеспечивает высокую поглотительную способность. Характерной особенностью песков и супесей является преобладание в них фракции крупного и среднего песка, значительное содержание мелкого песка и почти полное отсутствие пылеватых частиц. Фракция физической глины представлена в них практически полностью за счет илистой фракции.
Известно, что гранулометрический состав почв во многом предопределяет их физикохимические свойства. Профиль изучаемых почв имеет кислую реакцию среды (pH ка 3,9 - 4,7). Дерново-сильноподзолистые почвы по всему профилю характеризуются сильнокислой реакцией (рН кс1 3,8 - 4,2), у дерново-среднеподзолистых почв она изменяется от слабокислой (pH кс1 4,6 - 4,8) в верхних горизонтах до кислой (pH кс1 4,1 - 4,4) в нижних. Выше кислотность (pH кс1 3,8 - 4,2) легкосуглинистых почв. На почвах легкого гранулометрического состава pH кс1 в пределах 4,2 - 4,9. Нижние горизонты песчаных почв (без прослойки суглинка) имеют реакцию среды близкую к нейтральной (pH кс1 4,9 - 5,1). Гидролитическая кислотность имеет значительные колебания, достигая максимума (8,6 мг-экв / 100 г) в органогенном горизонте. Минимум ее (4,7 мг-экв / 100 г) характерен для дерново-подзолистых супесчаных и песчаных почв. Высоким содержанием гумуса (4,8 %) в перегнойно-аккумулятивном горизонте отмечены суглинистые почвы, а низким (0,8 - 2,4%) - дерновоподзолистые песчаные.
Содержание обменных оснований в гумусовом горизонте колеблется от 2,7 до 12,3 мг-экв/ 100 г почвы. В дерново-подзолистых супесчаных и суглинистых почвах степень насыщенности основаниями составляет соответственно 53,4 и 67,3%, а в дерново-подзолистых песчаных - снижается до 44,7%.
В рассматриваемых разновидностях почв содержание обменного калия в верхних аккумулятивных горизонтах высокое, а доступного фосфора - низкое (4,6 - 11,4 мг / 100 г). В целом по характеру распределения отдельных соединений по профилю изучаемые почвы близки однотипным почвам сопредельных областей Европейской части РФ [9].
Анализ физико-химических свойств почв позволил выявить определенные зависимости между рядом показателей. Так, тесная связь прослеживается между гранулометрическим составом и содержанием гумуса (г = 0,78... 0,93). Содержание гумуса в почвах также зависит от глубины залегания суглинка, причем в сосновых древостоях эта зависимость выражена менее отчетливо (г = -0,65), чем в еловых (г = -0,89). Значительная корреляционная связь отмечается между емкостью катионного обмена и гранулометрическим составом (г = 0,68 . 0,69), суммой поглощенных оснований и емкостью катионного
обмена (г = 0,78 ... 0,93), емкостью катионного обмена и содержанием гумуса в почве (г = 0,75).
Влажность почвы в течение одного года и нескольких лет существенно меняется, что связано с количеством зимних и летних атмосферных осадков. Динамика весеннего увлажнения находится в прямой зависимости от продолжительности оттаивания почвы: чем дольше оттаивает почва, тем выше максимум весеннего увлажнения.
В сосняках лишайниковых на ровных повышенных местах рельефа влажность почвы несколько выше, хотя ее динамика по горизонтам почвы, сезонам и годам остается такой, как на вершинах дюн. Несколько лучшее увлажнение обусловлено стеканием влаги в междюнные понижения [10]. Основная разница в запасах влаги в почве по сравнению с почвами в сосняках на вершинах дюн проявляется в верхних горизонтах почвы. Влияние УГВ фактически незаметно. В сосняке мшистом грунтовые воды подтапливают слои почвы на глубине 2 м, а во влажные годы в весенний период поднимаются до 1,5 м. В то же время влажность почвы остается низкой, особенно в конце вегетационного периода.
Кисличные типы леса характеризуются оптимальной степенью увлажнения. Верхние горизонты почвы подтапливаются грунтовыми водами весной и находятся в зоне капиллярного подпитывания в течение всего вегетационного периода. В черничных типах леса отмечается избыток влаги в метровом слое почвы в течение всего года, а весной и осенью грунтовые воды подтапливают верхние горизонты почвы.
Важную роль в аккумуляции влаги атмосферных осадков играет лесная подстилка. Ее влажность значительно превышает влажность нижележащих горизонтов почвы и колеблется в очень
Н.М. Итешина, А.Д. Корепанов, А. В. Петров
БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ
больших пределах, достигая 48% в весенний период. Влажность подстилки и верхних горизонтов почвы зависит от интенсивности таяния снега, запасов влаги, твердых осадков и степени оттаивания почвы в весенний период, в течение вегетационного периода, а также от обилия атмосферных осадков. При недостаточном увлажнении сосняки, особенно лишайниковые, имеют слабую подстилку и малую влагоемкость (10,3 %). При оптимальном увлажнении в кисличных типах леса в среднем за год влажность достигает 29,9 %.
Результаты исследований показывают, что при переходе от недостаточного увлажнения к избыточному пески сменяются супесью и далее суглинком, одновременно изменяется и глубина залегания суглинка. Соответственно происходит изменение морфометрических характеристик древостоев (табл.).
Средняя высота 80-90-летних древостоев по почвенным условиям
Почва Средняя высота, м Коэффициент вариации, % Точность опыта, % Класс бонитета
Ель
Супесчаная на суглинках (0,5-1,0 м) 25,9 ± 0,7 8,92 3,98 І-ІІ
Супесчаная на суглинках на глубине более 1,0 м 23,0 ± 0,6 8,17 3,64 II
Песчаная на суглинках на глубине более 1,0 м 20,9 ± 0,6 9,62 4,29 III
Дерново-подзолистая грунтово-глеевая 17,4 ± 0,8 10,57 4,72 Ш-ІУ
Сосна
Супесчаная на суглинках (0,5-1,0 м) 30,7 ± 0,9 6,94 3,09 I
Супесчаная на суглинках на глубине более 1,0 м 27,2 ± 0,8 6,85 3,06 I
Песчаная на суглинках на глубине более 1,0 м 25,4 ± 0,8 7,13 3,18 ПТ
Дерново-подзолистая грунтово-глеевая 21,4 ± 1,0 10,79 4,82 п-ш
Общий анализ полученных данных свидетельствует об угнетении ростовых процессов с ухудшением почвенно-гидрологических условий. Причем ель реагирует сильнее, чем сосна, что связано с биологическими и экологическими особенностями пород. Вычисленные коэффициенты варьирования средней высоты в зависимости от почвенно-гидрологических условий показали, что в еловых древосто-ях при равном числе замеров он колеблется от 8,1 до 10,6%, в сосняках - от 6,8 до 10,8%. При этом точность учета на всех пробных площадях высокая. На дерново-подзолистых почвах на древнеаллювиальных отложениях с глубиной залегания суглинка более 1,0 м ель существенно снижает свою высоту и дает менее продуктивные насаждения. Высота насаждений с переходом от легкосуглинистых почв к песчаным изменяется более чем на 20%, что нельзя не учитывать в практике лесовосстановления.
Выводы
Легкосуглинистые почвы в большей степени обеспечены илистыми частицами, гумусом, подвижным фосфором и обменным калием и обладают высокими лесорастительными свойствами. Почвы на многочленных наносах в случае залегания суглинка в пределах 1,0 м достаточно обеспечены элементами питания и по своим лесорастительным свойствам более близки к легкосуглинистым, чем к супесчаным и песчаным на глубоких песках. В то же время на двучленных наносах при подстила-нии плотным суглинком или глиной на глубине 40-60 см лесорастительные свойства почв ухудшаются. В плотном суглинке имеет место слабый воздушный и водный обмен, что, кроме механического препятствия для корней, неблагоприятно сказывается на развитии корневой системы растений.
В связи с почвенно-гидрологическими условиями изменяется и производительность древостоев. Наиболее чувствительной к почвенно-гидрологическим условиям является ель. Сосна отличается пластичностью по отношению к трофности почв. Поэтому в пределах одного типа леса в связи с почвенногидрологическими условиями производительность древостоев обеих пород варьируется значительно.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Аткин А.С., Аткина Л.И Структура и динамика органической массы в лесных сообществах. Екатеринбург: УГЛТА, 1999. 107 с.
2. Бородин А.М. Культуры ели в повышении производительности лесов. М.: Лесн. пром-сть, 1972. 44 с.
3. Корепанов А.А. Водный режим лесов Прикамья. Ижевск: Удмуртия, 1984. 128 с.
4. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1970. 481 с.
5. Качинский Н.А. Почва, ее свойства и жизнь. М.: Наука, 1975. 295 с.
6. Вомперский С.Э. Биологические основы эффективности лесоосушения. М.: Наука, 1968. 312 с.
7. Карпачевский Л.О. Лес и лесные почвы. М.: Лесн. пром-сть, 1981. 264 с.
8. Раптунович Е.С. Условия произрастания сосновых насаждений на дерново-подзолистых почвах в зависимости от глубины залегания морены // Лесоведение и лесное хозяйство. Минск, 1973. Вып. 7. С. 25-30.
9. Кузнецов М.Ф. Микроэлементы в почвах Удмуртии / УдГУ. Ижевск, 1994. 287 с.
10. Корепанов А.А., Дружинин Н.А. Влияние осушения на экологию произрастания леса. Красноярск: Изд-во
Краснояр. ун-та, 1994. 208 с.
Поступила в редакцию 30.05.11
N.M. Iteshina, A.D. Korepanov, A. V. Petrov
Forest growth properties of sod-podzolic soils in Prikamye
The article considers the field research data on the productivity of forest-forming species of coniferous trees on mineral soils in Prikamye, at that the productivity being a subject to the soil-hydrological conditions. The estimate of physical and chemical properties of Prikamye's sod-podsolic soils is given.
Keywords: soils, forest growth properties, granulometric structure, an agrochemical compound, soil-hydrological conditions, wood types, productivity of forest stands.
Итешина Наталья Михайловна, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент ФГОУ ВПО «Ижевская государственная сельскохозяйственная академия»
426069, Россия, г. Ижевск, ул. Студенческая, 11 E-mail: n.iteshina@yandex.ru
Корепанов Александр Дмитриевич, аспирант ГОУ ВПО «Уральский государственный лесотехнический университет»
620032, Россия, г. Екатеринбург, Сибирский тракт, 37 E-mail: korepanovalexander@mail.ru
Петров Алексей Васильевич, аспирант ФГОУ ВПО «Ижевская государственная сельскохозяйственная академия»
426069, Россия, г. Ижевск, ул. Студенческая, 11 E-mail: studentlexa@mail.ru
Iteshina N.M.,
candidate of agricultural sciences, associate professor Izhevsk state agricultural academy,
426069, Russia, Izhevsk, Studencheskaya st. 11 E-mail: n.iteshina@yandex.ru
Korepanov A.D., post-graduate student Ural state forestry engineering university 620032, Russia, Yekaterinburg, Siberian highway, 37 E-mail: korepanovalexander@mail.ru
Petrov A.V., post-graduate student Izhevsk state agricultural academy 426069,Russia, Izhevsk, Studencheskaya st., 11 E-mail: studentlexa@mail.ru
