CC BY
76
УДК 581.524.34+63148(1-924.85)
ОСОБЕННОСТИ ВОСПРОИЗВОДСТВА ФИТОЦЕНОЗОВ И ПОЧВ ЛЕСНЫХ ЭКОСИСТЕМ, НАРУШЕННЫХ В ПЕРИОД КУРСКОЙ БИТВЫ
П.В.Голеусов
Белгородский государственный
национальный
исследовательский
университет»,
Россия, 308015, г. Белгород,
ул. Победы, 85
E-mail: [email protected]
Исследованы результаты процессов воспроизводства лесных фитоце-нозов и почв, нарушенных при ведении боевых действий в период Курской битвы (1943 г.) в районе г. Белгорода. Установлено, что к полувековому возрасту лесные экосистемы восстановили таксационные показатели, вертикальную структуру, но отличаются значительным участием конкурентно-толерантных видов деревьев. На участках с локально-нарушенным почвенным покровом сформировались новообразованные почвы, свойства которых свидетельствуют о высоких скоростях рецентного почвообразования в первые десятилетия. Диффузное нарушение почвенно-растительного покрова при ведении боевых действий обусловливает интенсивное лесовозобновление и воспроизводство почв.
Ключевые слова: беллигеративные ландшафты, восстановительные сукцессии, лесные фитоценозы, рецентное почвообразование, новообразованные почвы
Введение
Среди многочисленных видов антропогенных воздействий на природные ландшафты подготовка и ведение боевых действий не являются экзотическими и осуществляются на протяжении всей истории цивилизации. Это дало основание Ф.Н. Милькову [1] выделить особый тип антропогенных ландшафтов - беллигеративные (от beШgero (лат.) - вести войну). На территории Белгородской области эти ландшафты приурочены к древним городищам, Белгородской оборонительной черте, но особенно масштабными были боевые действия советских и немецких войск в период Курской битвы (5^П - 23.УШ 1943 г.) Великой Отечественной войны. Общая площадь беллигеративных ландшафтов, созданных за время данной военной операции в Белгородской области, только с советской стороны составила около 171 тыс. га, в том числе 970 км траншей и ходов сообщения, более 8500 окопов, огромное количество блиндажей, землянок, укрытий и других военных сооружений. Инженерные работы были выполнены в период с апреля по май 1943 года войсками 6-й и 7-й армий Воронежского фронта [2, 3]. Проведенная в послевоенные годы рекультивация оборонительных рубежей и разрушений в значительной степени способствовала исчезновению беллигеративно нарушенных участков. Они сохранились преимущественно в лесных массивах.
В природных экосистемах часто возникают нарушения почвенно-растительного покрова, имеющие природный характер - зоогенные, вызванные пожарами, ветровалы и др. В лесных сообществах они обусловливают формирование сложной пространственной структуры, образованной мозаикой разновозрастных парцелл [4]. Наличие таких разрывов (окон) в рамках современной gap-парадигмы лесоведения, считается [5] одним из механизмов устойчивого существования лесных сообществ во времени. Сукцессии растительности в таких обновляемых сообществах сопровождаются сукцессиями почв [6] и вместе с ними являются ведущими процессами ренатурации экосистем [7]. Антропогенные воздействия, вызванные ведением боевых действий с использованием обычных вооружений в лесных ландшафтах, во многом сходны с такими естественными нарушениями, хотя и превосходят их по концентрации в пространстве и во времени. Это позволяет исследовать такие экосистемы как модели диффузного антропогенного воздействия.
Воспроизводство морфометрических характеристик лесных фитоценозов и почв было исследовано нами в 1998-2002 гг. на примере беллигеративных ландшафтов, находящихся в окрестностях г. Белгорода в состоянии естественного восстановления нарушенных компонентов. Элементы таких ландшафтов - преимущественно советских линий обороны - сохранились в лесных насаждениях близ сёл Жданов (Яковлевский район), Ерик, Терновка, Шопино (Белгородский район), в урочищах Белая гора, Сосновка, расположенных недалеко от областного
Объекты и методы
центра. Кроме того, были исследованы объекты, также датированные 1943 годом, которые относятся к линии обороны немецких войск, протянувшейся от г. Белгорода до с. Топлинка по правому берегу р. Северский Донец.
В большинстве случаев эти участки имеют сложный антропогенный микрорельеф с перепадом высот до 3 м, образованный воронками от взрывов, выемками окопов и ходов сообщения, землянок и блиндажей, временных укрытий. Специфика этих нарушений, произведенных в период создания оборонительных сооружений и в ходе ведения боевых действий, связана с несплошным (диффузным) уничтожением почвенно-растительного покрова. В связи с этим в структуре беллигеративных ландшафтов сочетаются молодые и «квазиклимаксные» (по крайней мере, с уцелевшей почвой) участки, которые играют роль «катализаторов» регенерацион-ных сукцессий. Следует отметить, что большинство исследованных объектов находится в коренных лесах, то есть в регенерации почв и растительности участвовали климаксные или суб-климаксные ценакулы. В других объектах сразу после войны были произведены лесопосадки обычно «чистого» породного состава (Pinus sylvestris L., Quercus robur L.). В целом, возраст древостоя исследованных объектов соответствует длительности послевоенного периода регенерации (56-59 лет), так как деревья главной породы, формировавшие верхние ярусы, были почти полностью уничтожены при строительстве инженерных сооружений, в результате «огневого» воздействия (артналеты, бомбежки). Участие старых (возраст более 70 лет) деревьев в древостое обычно составляет менее 5%. Таким образом, естественное восстановление леса происходило за счет порослевого возобновления, уцелевшего подроста, из семян сопутствующих и (или) главной пород и вполне соответствовало «сценарию» вторичной сукцессии. Регенераци-онное почвообразование в исследуемых объектах происходит на отвалах почво-грунтов, представляющих собой материал инверсионно перемешанных горизонтов фоновых почв, что способствует ускоренному формированию почвенной микробиоты, фауны и, возможно, более высоким темпам формирования гумусового горизонта.
В исследуемых объектах на учетных площадках 20x20 м производили описание состава и структуры растительных сообществ. Из морфометрических показателей фитоценозов определяли проективное покрытие, обилие видов, для лесных - возраст, высоту, запас древостоя, сомкнутость крон, ярусность, состояние подлеска. Новообразованные почвы исследовали в траншеях, выкопанных по осевой линии отвалов почво-грунтов, производили морфологическое описание почвенных профилей, отбор проб для анализа химических свойств почв. Гумус в почвах определяли методом Тюрина, общий азот - по Кьельдалю, рН водной суспензии - потенциометриче-ским методом, содержание углекислоты карбонатов - ацидиметрическим методом
Результаты исследований
К полувековому этапу восстановительной сукцессии молодые леса коренных типов переходят в приспевающую стадию, характеризующуюся кульминацией текущего прироста фи-томассы, также максимальных значений достигает опад листвы и ветвей, отпад деревьев [8]. Поэтому исследование лесных экосистем беллигеративных ландшафтов представляют особый интерес с точки зрения воспроизводства почв, которое, видимо, на данной стадии происходит в ситуации максимума «приходной» части баланса органического вещества в почве. Некоторые морфометрические показатели исследованных лесных фитоценозов приведены в табл. 1.
Сформировавшиеся за 55-59 лет восстановительной сукцессии молодые лесные экосистемы по вертикальной структуре, таксационным показателям, по набору видов-доминантов практически не отличаются от климаксных или производных от них лесов. Обычно это средне-полнотные (0.6-0.8) насаждения II, I, редко - III классов бонитета. Различия в составе древесного полога, по сути, являются отражением степени нарушающего воздействия и способности к возобновлению исходных фитоценозов. Участки, на которых до начала Курской битвы существовали здоровые, с хорошо развитым подростом древостои, и которые испытали незначительные по площади нарушения почвенного покрова (окопы, редкие взрывные воронки), полностью соответствуют по составу древесных пород, подлеска и напочвенного растительного покрова зрелым фитоценозам. Относительная молодость таких фаций проявляется в повышенном участии в формировании верхнего яруса конкурентно-толерантных видов: клена остролистного (Acer platanoides L.), липы мелколистной (Tilia cordata Mill.), которые отличаются более сильной реакцией на осветление полога по сравнению с главной лесообразующей породой -дубом черешчатым (Q. robur L.) [5]. На других участках, в которых интенсивность нарушений была выше (объекты на бывшем переднем крае линий обороны), или со слабым возобновлением дуба, сформировались древостои с доминированием клена остролистного в верхнем ярусе. Обычно такие участки занимают периферические части лесных массивов, использовавшихся войсками для укрытия. Участки крупных нарушений в более влагообеспеченных экотопах за-
селились реактивным видом - осиной (Populus trémula L.), которая, обладая мощным корне-отпрысковым возобновлением, сформировала почти чистые насаждения. Однако в настоящее время под ее пологом в большинстве объектов наблюдается хорошо развитый подрост кленов полевого (Acer campestre L.) и остролистного (A. platanoides), который выведет осинники к следующему этапу сукцессии. Следует отметить, что нигде в регенерированных лесных экосистемах в подросте не наблюдается количества молодых экземпляров дуба черешчатого, достаточного для восстановления коренных типов леса. Гораздо лучшей жизненностью обладает подрост кленов и липы. Видимо, относительная «молодость» экотопов, в которых продолжается рецентное воспроизводство почвенного покрова, будет еще долгое время обеспечивать устойчивость существования наблюдаемых сукцессионных стадий.
Таблица1
Морфометрическая характеристика лесных фитоценозов восстановительной сукцессии беллигеративных ландшафтов
№ объекта Формула древостоя (общепринятые обозначения) Сомк ну-тость , % Высота, м Средний диаметр главной породы, см Запас, м3/га Подлесок Травянистый покров
Виды Состояние* Виды Общее проективное покрытие, %
8.7 I 1ОД II 7ГрзЯб+Кп 85 17 22 180 Eunimus verrucosa Scop., Crataegus sanguínea Pall., Padus mahaleb Borkh. +++ Aegopodium podagraria L., Viola mirabilis L., Convallaria majalis L. 30
9.l 9 I8Д2Ко II 8Л2Кп 8о 22 33 246 Corulus avellana L. + + Carex pilosa Scop., Aegopodium podagraria L., Asarum europaeum L. 65
8.ll I 7ДзКо II 6Ко4Гр 70 20 22 186 Crataegus sanguinea Pall., Corulus avellana L., Padus mahaleb Borkh. +++ Asarum europaeum L., Geum urbanum L., Viola mirabilis L., Polygonatum multiflorum L. 20
9.2 5 I 6Ко4Л II 8Ко2Л 8о 18 20 184 Corulus avellana L., Rhamnus cathartica L,. Eunimus europea L. +++ Aegopodium podagraria L., Convallaria majalis L., Galium intermedium Schult., Glechoma hirsuta Waldst. et Kit 45
8.l 0 I8О2Д+Ко II 1оКо 65 20 26 180 Corulus avellana L., Eunimus verrucosa Scop., Crataegus sanguinea Pall.,, + + Carex pilosa Scop., Poa nemoralis L., Asarum europaeum L. 40
9.2 9 110С** II 9С1Б+О 65 22 32 226 Genista tinctoria L.** + + Festuca valesiaca Gand. Hypnum cupressiforme Dicranum scoparium 5 30
* - Состояние подлеска: «+++»- густой; «++» - разреженный; «+» - редкий; «-» - отсутствует. ** - Насаждения искусственного происхождения
По видовому составу подлеска молодые лесные экосистемы не отличаются от ненарушенных участков, несколько превосходят их по густоте. Однако в некоторых высокополнотных насаждениях уже заметно изреживание подлеска вследствие ухудшения освещенности. Напочвенный растительный покров, особенно в местах с новообразованной почвой, отличается меньшим разнообразием видов по сравнению с квазистабильным экофоном. Основную долю в
проективном покрытии трав на брустверах окопов, выбросах артворонок составляют виды-доминанты зональных лесных сообществ: сныть обыкновенная (Aegopodium podagraria L.), осока волосистая (Carex pilosa Scop.), мятлик лесной (Poa nemoralis L.) (последовательность видов отражает усиление ксерофитизации биотопов).
Рецентное почвообразование в исследуемых объектах, как уже было отмечено, происходит при участии фоновых почвенных систем и характеризуется интенсивным протеканием главного профилеобразующего процесса - гумусонакопления. В породах, входящих в состав почво-грунтов отвалов, выполняющих функцию материнских пород, содержатся карбонаты, способствующие фиксации гумусовых веществ (табл. 2). За полувековой период лесного почвообразования еще не происходит выщелачивания гумусового горизонта, сохраняется близкая к нейтральной реакция почвенного раствора. Нет морфологических признаков формирования элювиального горизонта. Гумусовые горизонты хорошо оструктурены благодаря деятельности дождевых червей.
Таблица 2
Свойства новообразованных почв беллигеративных экосистем
№ объекта Тип субстрата Мощность гумусового горизонта, мм рН водн. суспензии Содержание гумуса, % Содержание азота общего, % С/N СО2 карбона-тов, %
8.7 Лессовидный суглинок 124 7.93 4.58 0.345 7.67 2.81
9.19 Лессовидный суглинок 130 7.52 4.14 0.217 11.06 1.81
8.11 Красно-бурый суглинок 80 6.39 4.11 0.303 7.84 -
9-25 Смесь мела и мергеля 137 7.60 4.94 0.238 12.02 15.83
8.10 Супесь древнеаллюви-альная 72 6.52 2.46 0.172 8.31 -
9.29 Песок аллювиальный 45 6.32 1.56 0.134 5.84 -
В табл. 3 приведен пример морфологического описания профиля новообразованной почвы (объект 9.19, отвал блиндажа).
Таблица 3
Пример морфологического строения профиля новообразованной почвы (возраст 56 лет) на отвале почво-грунта в условиях лесного почвообразования
Горизонт Границы Морфологическое описание
Ас 0-25 мм Среднеразложившаяся подстилка, состоящая из веточек, листьев клена полевого, дуба и осоки волосистой. Нижний слой содержит копролиты, перемешан с почвой, переход постепенный.
А1 0-70 мм Серый с буроватым оттенком, среднесуглинистый, влажноватый слабо уплотненный, относительно однородно гумусирован. Структура комковатая, много копролитов. Вскипание среднее. Переход постепенный.
А1В 70-140 мм Неоднородный по цвету, буровато-серый с палево-бурыми пятнами. Агрегаты слабо пропитаны гумусом. Структура комковатая, много копролитов, граница неровная, переход постепенный.
ВсаСЩ 140-290 мм Палево-бурый с многочисленными гумусовыми вкраплениями, среднесуглини-стый, уплотненный. Структура комковатая с признаками ореховатости в верхней части, многочисленные новообразованные и унаследованные карбонатные выделения.
C[h] 290-350 мм Бурый, тяжелосуглинистый ( материал из горизонта В фоновой почвы), преимущественно бескарбонатный.
[A+AB] 350-615 Смесь гумусовых горизонтов серой лесной почвы.
Таким образом, при локальном беллигеративном нарушении почвенного покрова происходит достаточно быстрое формирование профиля новообразованной почвы, как и в случае восстановления горизонтов почв ветровальных нарушений [6]. В онтогенетическом отношении новообразованные почвы, формирующиеся в лесных условиях беллигеративных ландшафтов Курской битвы еще не приобрели специфических признаков лесного почвообразования. Они характеризуются благоприятными эдафическими свойствами, которые в значительной степени зависят от сочетания субстратных и фитоценотических условий почвообразования [9].
Заключение
Беллигеративное воздействие на ландшафт с использованием обычных средств веде- ния войны не превышает порог устойчивости природных экосистем. В частности, особенности естественного лесовозобновления в исследованных нами объектах вполне соответствуют основным принципам лесной (gap) парадигмы, согласно которой устойчивое существование лесного массива обеспечивается периодическим появлением в его пологе прорывов - окон. Следовательно, регенерация биоты исследованных экосистем определяется механизмами вторичной сукцессии, при которой достижение равновесия происходит в 2-3 раза быстрее (100-200 лет для дубового леса), чем при первичной сукцессии (300-500 лет) [10].
Анализ структуры и состояния основных компонентов лесных фитоценозов беллигера-тивных ландшафтов свидетельствует о высокой эффективности регенерационных сукцессий, вызванных локальным нарушением почвенно-растительного покрова. Аналогичный вывод был сделан Л.Б. Холоповой и О.Н. Солнцевой [11] при изучении сходных объектов в подзоне южной тайги. Обосновано мнение о положительной роли локальных нарушений (антропогенного или природного происхождения), которая заключается в стимулировании и поддержании способности к самовоспроизводству сообществ, сохранении их биоразнообразия. Высокий ре-генерационный потенциал зональных экосистем может быть использован при организации реабилитационных мероприятий в антропогенно нарушенных ландшафтах. Проведенные исследования подтверждают необходимость сохранения ненарушенных фрагментов (рефугиу- мов) в структуре антропогенно нарушенных ландшафтов, что позволяет повысить эффектив- ность эколого-реставрационных мероприятий.
Список литературы
1. Мильков Ф.Н. Рукотворные ландшафты. Рассказ об антропогенных комплексах. - М.: Мысль, 1978. - 86 с.
2. Колтунов Г. А., Соловьев Б. Г. Курская битва. - М.: Воениздат, 1970. - 400 с.
3. Курская битва / Под ред. И.В. Паротькина - М.: Наука, 1970. - 543 с.
4. Восточноевропейские леса: история в голоцене и современность: В 2 кн. / Центр по пробл. экологии и продуктивности лесов. - М.: Наука, 2004. - Кн. 1. - 479 с.
5. Восточноевропейские широколиственные леса. - М.: Наука, 1994. - 364 с.
6. Васенев И.И. Почвенные сукцессии. - М.: Издательство ЛКИ, 2008. - 400 с.
7. Голеусов П.В. Ренатурация техногенно нарушенных земель // Экология ЧЦО РФ. №2 (9). -2002. - С. 121-124.
8. Молчанов А.А. Лес и окружающая среда. - М.: Наука, 1968. - 246 с.
9. Голеусов П.В. Формирование почв в различных комбинациях субстратно-фитоценотических условий лесостепной зоны // Почвоведение. - 2003. - №9. - С. 1050-1060.
10. Сохранение биологического разнообразия в России: выполнение Россией обязательств по Конвенции о биологическом разнообразии. - М.: Центр охраны дикой природы СоЭС, 1997. - 170 с.
11. Холопова Л. Б., Солнцева О. Н. Восстановление локально нарушенного почвенного покрова в хвойно-широколиственных лесах // Лесоведение. - 1999. - № 1. - С. 23-31.
FEATURES OF REFORESTATION AND RECENT SOIL FORMATION IN ECOSYSTEMS DAMAGED DURING THE KURSK BATTLE
P.V.Goleusov
Belgorod State National Research University, Pobedy str., 85, Belgorod, 308015, Russia
E-mail: [email protected]
Studied the results of reforestation processes and soil formation in ecosystems disturbed during combat operations during the Kursk Battle (1943) near the town of Belgorod. Found that a half-century age of forest ecosystems restored taxation parameters, vertical structure, but differ con- siderably involving competitive-tolerant tree species. In areas with a locally- disturbed soil cover formed newly formed soil, which characteristics indi- cate high rates of recent soil formation in the first decade. Diffuse violation of land-cover during combat operations results in an effective reforestation and reproduction of the soil.
Key words: belligerative landscapes, restoration succession, forest plant communities, recent soil formation, the newly formed soil.
