Научная статья на тему 'Лесотипологические особенности структуры растительности и почв Зауральской холмисто-предгорной провинции'

Лесотипологические особенности структуры растительности и почв Зауральской холмисто-предгорной провинции Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

CC BY
131
90
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ЛЕСНЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ / РАСТИТЕЛЬНОСТЬ / ПОЧВЫ / ОСОБЕННОСТИ / СТРУКТУРА / ЗАУРАЛЬСКАЯ ХОЛМИСТО-ПРЕДГОРНАЯ ПРОВИНЦИЯ / FOREST ECOSYSTEMS / VEGETATION / SOILS / PECULIARITIES / STRUCTURE / ZAURALNAYA HILLY-FOOTHILL PROVINCE

Аннотация научной статьи по биологическим наукам, автор научной работы — Золотова Екатерина Сергеевна

В статье обобщены результаты многолетних исследований взаимосвязи физико-химических характеристик почв и структуры растительности в южно-таёжных лесах Среднего Урала. Для 10 преобладающих субкоренных типов леса и 11 типов вырубок-гарей дополнен кадастр типов леса Зауральской холмисто-предгорной провинции данными о морфологии почв, их плотности, скелетности, рН, содержании калия, динамике этих свойств в почвенном профиле, а также данными о видовой структуре и продуктивности травяно-кустарничкового яруса.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по биологическим наукам , автор научной работы — Золотова Екатерина Сергеевна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

FOREST-TYPOLOGICAL FEATURES OF VEGETATION AND SOILS STRUCTURE IN THE ZAURALSKAYA HILLY-FOOTHILL PROVINCE

The results of many years lasting studies on the interconnection between physical and chemical characteristics of vegetation in the south-taiga forests of the Central Urals region are summed up. The cadastre of forest types in the Zauralskaya hilly-foothill province has been supplemented with data on the morphology of soils, their density, skeletal structure, pH, potassium content and the dynamics of the above properties in the soil profile, as well as, data on the varietal structure and productivity of the herbal-bushy storey for 10 predominant subindigenous forest types and 11 types of cuttings-fire sites.

Текст научной работы на тему «Лесотипологические особенности структуры растительности и почв Зауральской холмисто-предгорной провинции»

Лесотипологические особенности структуры растительности и почв Зауральской холмисто-предгорной провинции*

Е.С. Золотова, аспирантка, Ботанический сад УрО РАН

Более 90% площади Свердловской области расположено в лесной зоне, из них 62,7% покрыто лесами, подвергающимися активному антропогенному воздействию. Для их восстановления и устойчивого лесопользования нужна информация о структуре и восстановительно-возрастной динамике растительности, их взаимосвязи с лесорастительными условиями. Наиболее полно данные зависимости отражены в исследованиях Б.П. Колесникова с коллегами [1], однако данная фундаментальная работа нуждается в дополнении количественными данными, в особенности о структуре подпологовой растительности и почв, которые после сплошных рубок и пожаров во многом определяют направление

и интенсивность восстановительно-возрастных смен. Без количественных данных невозможна разработка сценариев ведения лесного хозяйства для реальных объектов.

Цель работы — на основе подходов генетической типологии выявить взаимосвязи физикохимических характеристик почв и структуры растительности в южно-таёжных лесах Зауральской холмисто-предгорной провинции и дополнить составленный Б.П. Колесниковым, Р.С. Зубаревой и Е.П. Смолоноговым [1] кадастр типов леса количественными данными о структуре почв и растительности.

Объекты и методы исследований. Исследования проводились в условно-коренных сосновых и еловых лесах, а также на сплошных вырубках и вырубках-гарях южно-таёжного округа Заураль-

* Работа выполнена при поддержке программы Президиума РАН N0. 12-П-4-1060

1. Лесорастительные условия, типы условно-коренных лесов и вырубок по Б.П. Колесникову и др. [1]

Положение в рельефе Индекс Условно-коренной тип леса, шифр Тип вырубки

Устойчиво сухие

резко очерченные вершины возвышенностей, хорошо инсолированные крутые склоны 311 сосняк лишайниково-брусничниковый (С лиш.-бр.) вейниково-бруснично- ракитниковые

Периодически сухие

вершины и верхние половины склонов возвышенностей 321 сосняк брусничниковый; С бр. вейниковые

Устойчиво свежие

вершины спокойных возвышенностей, пологие склоны, реже надпойменные террасы 331 сосняк ягодниковый (С яг.) вейниковые, ракитниково-вейниковые

верхние части придолинных склонов и вершины невысоких холмов 332 сосняк ягодниково-липняковый (С яг.-лп.) липняково-вейниковые, вейниковые

придолинные склоны со щебнем горных пород 333 ельник-сосняк зеленомошниково-ягодниковый (Е-С зм.-яг.) ягодниково-разнотравно-вейниковые, ракитниково-ягодниково-вейниковые

средние и нижние части пологих склонов 334 сосняк орляковый (С орл.) орляково-вейниковые, разнотравно-вейниковые

невысокие водораздельные возвышенности, реже нижние части склонов к небольшим логам 335 сосняк травяно-липняковый (С тр.-лп.) вейниково-разнотравно- липняковые

Свежие, периодически влажные

ровные, слегка приподнятые участки водоразделов, пологие склоны 341 сосняк разнотравный (С ртр.) злаково-разнотравные, кипрейно-вейниковые

слегка приподнятые участки ровных водоразделов и депрессий 342 сосняк с темнохвойным ярусом мшисто-черничниковый (С-Тх мш.-чер.) кипрейно-вейниковые, малиново-кипрейно- вейниковые

Влажные, периодически сырые

дренированные шлейфы придолинных склонов, днища ложбин с временными или небольшими постоянными водотоками 361 сосняк-ельник высокотравный (приручьевой) (С-Е втр.) высокотравные

неглубокие ложбины и котловины на ровных водоразделах 362 ельник мшистый (Е мш.) высокотравно-злаковые, злаковые

ской холмисто-предгорной провинции [1] между 57°00'—57°05' с.ш. и 60°15'—60°25' в.д. Первый этап исследований включал изучение условнокоренных, старовозрастных лесов, сохранившихся в данном регионе на крайне незначительной площади и находящихся под угрозой полного уничтожения.

Второй этап — изучение вырубок-гарей 1—12-летней давности в широком градиенте лесорастительных условий. Пробные площади подбирались по положению в рельефе, градиенту увлажнения, согласно классификации Б.П. Колесникова [1]. Проведены комплексные геоботанические исследования [методы], заложены полнопрофильные почвенные разрезы, описана морфология, определены основные физико-химические характеристики почв. Сопряжённая классификация условно-коренных лесов и сплошных вырубок приведена в таблице 1.

Результаты исследований. В районе исследований в условно-коренных лесах, как и на вырубках-гарях, преобладают бурые горнолесные почвы в сочетании с примитивно-

аккумулятивными на хорошо инсолированных крутых склонах и вершинах холмов. Морфология условно-коренных почв [2] и вырубок [3] дана нами ранее.

Для условно-коренных лесов и вырубок гарей наименьшая видовая насыщенность отмечается для наиболее сухих типов леса на горно-лесных примитивно-аккумулятивных почвах малой мощности (С лиш.-бр.). Увеличение видовой насыщенности на бурых горно-лесных грубогумусовых почвах происходит с усилением устойчивости увлажнения и мощности профиля. Подробное описание взаимосвязи физико-химических свойств почв с характеристиками травяно-кустарничкового яруса условно-коренных лесов приводилось ранее [4].

При рассмотрении взаимосвязи физикохимических свойств почв с характеристиками травяно-кустарничкового яруса изученных вырубок-гарей выявлено, что оптимальная плотность аккумулятивного горизонта от 0,70 до 1,3 г/см3 (табл. 2). Наибольшее видовое разнообразие наблюдается в диапазоне рН водной

2. Физико-химические свойства почв и характеристика травяно-кустарничкового

яруса изученных вырубок-гарей

Почвы Травяно-кустарничковый ярус

Индекс гори- зонт мощ- ность, см скелет, % плот- ность, г/см3 рН н2о РН КС1 К2О, мг/кг проект. покрытие, % абсол. сухая масса, г/м2 число видов на 1 м2

311 А1 ВС 2-6 6-20 11,3 20,2 1,0 1,3 5,54 5,46 4,05 3,78 337.5 116.5 10-15 5-15 6-9

Ах 2-12 6,1 1,0 5,22 4,06 459,0

321 В 12-35 21,9 1,3 4,92 3,94 75,0 15-25 10-40 6-10

ВС 35-50 33,7 1,4 5,10 3,98 78,0

А1 3-11 6,7 1,0 5,73 4,88 313,0

331 В 11-25 10,8 1,4 4,96 3,85 121,0 60-70 50-150 10-15

ВС 25-53 12,6 1,6 5,16 4,02 126,5

А1 2-12 5,1 0,5 5,09 4,36 1255

332 АВ 12-20 18,1 1,3 4,89 3,63 77,5 70-80 90-200 10-20

В 20-55 23,2 1,5 5,13 4,21 49,25

ВС 55-70 25,1 1,6 5,27 4,22 83,5

А1 3-10 5,2 1,0 5,26 4,24 358

333 В 10-15 10,7 1,3 4,75 3,90 73,5 70-80 100-250 12-20

ВС 15-48 15,9 1,6 4,80 3,79 86,5

А1 3-15 6,9 1,2 4,97 3,81 213

334 В1 15-35 4,8 1,5 5,28 3,56 233,5 80-100 200-300 15-21

В2 35-45 16,5 1,5 5,26 3,62 186

ВС 45-80 13,5 1,5 5,25 3,64 191

А1 7-20 2,6 1,0 5,39 4,34 158,5

335 В 30-45 3,4 1,4 5,26 3,70 138,5 80-100 250-350 10-12

ВС 45-85 4,1 1,3 5,45 3,54 233,5

А1 6-16 4,4 0,9 5,36 4,38 212

341 В1 В2 32 35 -- 63 13 8,6 9,5 1,3 1,6 5,10 5,19 3,94 3,83 102 141 80-100 300-400 10-12

ВС 52-112 10,6 1,5 5,67 3,86 167

342 А1 ВС 3-15 15-40 12,1 24,6 1,2 1,4 5,37 5,45 3,82 3,97 123,5 49,75 90-100 400-500 7-10

А1 2-15 8,2 0,8 4,67 3,83 486,5

361 В1 В2 15-47 47-65 21,8 15,8 1,4 1,8 5,24 5,58 3,78 3,81 170 108 90-100 400-500 10-14

ВС 65-100 39,3 1,5 5,12 3,85 138

А1 2-23 21,5 0,9 5,48 4,36 466,5

А2 23-33 15,2 1,5 5,43 3,84 125

362 А2В 33-43 9,3 1,5 5,70 3,71 175 90-100 400-500 10-13

В 43-73 5,7 1,3 5,82 3,87 189

ВС 73-90 17,3 1,4 6,19 4,10 191

вытяжки почв от 4,97 до 5,39 (слабокислые), а наименьшее на среднекислых почвах под вырубкой-гарью сосняка-ельника высокотравного. Для рН солевой вытяжки подобных тенденций не выявлено, преимущество — все почвы изученных вырубок-гарей очень сильно кислые (рНКС1 < 4,0) и сильно кислые (рНКС1 = 4,1—4,5), а видовое разнообразие при данных значениях максимально для вырубки-гари сосняка орлякового и ягодниково-липнякового и минимально для вырубки-гари сосняка лишайниково-брусничникового.

Для всех изученных почв, как условнокоренных типов леса, так и вырубок-гарей, характерно высокое содержание легкоподвижного калия.

В топоэкологическом профиле трёх типов леса сосняка брусничникового, сосняка ягодниково-

липнякового, сосняка разнотравного, в вариантах лес-вырубка, с конца апреля по сентябрь 2012 г. определялась полевая влажность с интервалом 7 дней. Образцы почвы на влажность проанализированы термо-весовым методом. Получено 19 временных рядов. Дисперсионный анализ данных позволил получить ряд выводов. Различия во влажности между почвенными горизонтами для всех изученных типов леса максимальны в начале сезона. Установлена достоверность различий между горизонтами А1 и В во влажности почвы для всех изученных типов леса, а также достоверность различий между лесом и вырубкой (рис.).

Выводы. Лесотипологический анализ позволил выявить особенности структурной организации старовозрастных лесов и вырубок-гарей Зауральской холмисто-предгорной провинции.

Стадия; LS Means Current effect: F(1, 570)=15,690, p=,00008 Effective hypothesis decomposition Vertical bars denote 0,95 confidence intervals

I—

о

0

1

x

го

с;

m

Рис.

Лес Вырубка

Сукцессионный статус

Зависимость влажности почвы от сукцессионного статуса (условно-коренной лес - вырубка)

Для 10 преобладающих субкоренных типов леса и 11 типов вырубок-гарей южно-таёжного округа дополнен кадастр типов леса Зауральской холмисто-предгорной провинции данными о

морфологии почв, их плотности, скелетности, гигроскопической влажности, pH, содержании калия, динамике этих свойств в почвенном профиле, а также данными о видовой структуре и продуктивности травяно-кустарничкового яруса. Для условно-коренных лесов и вырубок-гарей впервые на количественном уровне проанализированы зависимости видовой насыщенности, проективного покрытия травяно-кустарничкового яруса от физико-химических свойств почвы, изучены тенденции изменения свойств внутри почвенного профиля. Выявлены особенности для режимов увлажнения и типов леса. Впервые показано, что данные зависимости статистически значимые. Впервые для трёх типов южно-таёжных лесов в вариантах лес — вырубка-гарь получены длинные временные ряды динамики полевой влажности в течение сезона для двух горизонтов. Выявлена достоверность различий влажности почвы для горизонтов, типов леса, сукцессионного статуса (условно-коренной лес и вырубка-гарь).

Литература

1. Колесников Б.П., Зубарева P.C., Смолоногов Е.П. Лесорастительные условия и типы лесов Свердловской области. Практическое руководство. Свердловск: УНЦ АН СССР, 1974. 176 с.

2. Иванова Н.С., Золотова Е.С. Экология южно-таёжных лесов Зауральской холмисто-предгорной провинции // Любшцев-ские чтения — 2011. Современные проблемы эволюции: сб. матер, междунар. конф. Ульяновск, 2011. С. 305—314.

3. Золотова Е.С., Иванова Н.С. Лесотипологическое исследование вырубок Зауральской холмисто-предгорной провинции // Известия Самарского научного центра РАН. 2012. Т. 14. № 1 (4). С, 1016-1019.

4. Иванова Н.С., Золотова Е.С. Факторы типологического и видового разнообразия лесов Зауральской холмистопредгорной провинции // Фундаментальные исследования. Пенза, 2011. № 12 (2). С. 275-280.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.