Реализация экосистемных сервисов почвами лесопарковых ландшафтов Курской агломерации Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

УДК 631.417.2

РЕАЛИЗАЦИЯ ЭКОСИСТЕМНЫХ СЕРВИСОВ ПОЧВАМИ

ЛЕСОПАРКОВЫХ ЛАНДШАФТОВ КУРСКОЙ АГЛОМЕРАЦИИ*

© 2018 Н.П. Неведров 1, М.В. Протасова 2, Л.А. Бабкина 3, С.Ю. Миронов 4, О.А. Борисичев 5, Е.В. Шлыкова 6

1 канд. биол. наук, младший научный сотрудник НИЛ экомониторинга e-mail: 9202635354@mail.ru канд. с. -х. наук, доцент кафедры общей биологии и экологии

e-mail: kaf-ecolbiol@yandex.ru канд. биол. наук, доцент кафедры общей биологии и экологии

e-mail: kaf-ecolbiol@yandex.ru 4 канд. биол. наук, старший научный сотрудник НИЛ экомониторинга e-mail: kaf-ecolbiol@yandex.ru

5 студент естественно-географического факультета

e-mail: olegborisichev@yandex. ru

6 студент естественно-географического факультета

e-mail: shlykova.kat@yandex.ru

Курский государственный университет

В статье описываются последствия изменений некоторых физико-химических свойств подзолов песчаных иллювиально-железистых лесопарковых ландшафтов Курской городской агломерации, подвергшихся разной степени выраженности и характера антропогенного воздействия. Приводятся результаты изучения особенностей депонирования и пространственного распределения органического углерода в почвах основных катен сосновых насаждений и дубовых фаций.

Ключевые слова: гумус, органический углерод, подзолы песчаные иллювиально-железистые, пирогенный фактор, уплотнение почв

В современных условиях проблема экологии лесопарковых систем приобретает всё большую значимость. Леса городов выполняют роль экологического каркаса, обеспечивая стабильность и безопасность окружающей среды. Ряд экосистемных функций лесопарковых ландшафтов лимитируется антропогенным воздействием, которое приводит к деградации различных компонентов экосистем. Базовым компонентом являются почвы, которые способны депонировать и обезвреживать продукты техногенной эмиссии, обеспечивать вегетацию растительности и жизнедеятельность микроорганизмов, поддерживать биоразнообразие на территории города, а также связывать углерод и регулировать его баланс [Саржанов и соавт. 2015; Яковлев и соавт. 2010]. В условиях интенсивной нагрузки (уплотнение, химическое загрязнение, пирогенный фактор, накопление отходов, изреженность растительности, деградация микробоценоза) педогенез почв городских лесопарков существенно

Работа выполнена при поддержке Гранта Президента Российской Федерации для молодых российских ученых - кандидатов наук МК-4086.2018.5

отличается от такового у фоновых аналогов [Волкова 2013; Геннадиев 1990; Краснощеков 2014; Протопопов и соавт. 1987]. Данная проблема особенно актуальна для г. Курска, так как лесистость на территории региона постепенно сокращается и, следовательно, нуждается в особом отношении, охране и восстановлении [Неведров и соавт. 2016].

Целью работы являлось изучение трансформаций некоторых физико-химических свойств подзолов песчаных иллювиально-железистых сосновых лесов Курской городской агломерации в условиях изменения характера и степени выраженности антропогенного воздействия.

В качестве объектов исследования были выбраны сосновые леса г. Курска -Гуторевый бор и Горелый лес, которые имеют разную степень антропогенного воздействия. Данные природно-антропогенные ландшафты характеризуются общностью происхождения (растительные сообщества с доминированием сосны обыкновенной, высаженные в 50-е гг. XX столетия). Урочища располагаются в надпойменных террасах реки Сейм, сложенных флювиогляциальными и древнеаллювиальными песками [Там же].

Урочище Гуторевый бор представляет собой относительно выровненную территорию, расположенную во второй надпойменной террасе левобережья р. Сейм [Там же]. Высокая степень рекреационной и техногенной нагрузок обусловлена близким расположением соснового леса к селитебной зоне города и действующему промышленному комплексу. Почвенный покров урочища представлен подзолами песчаными иллювиально-железистыми на древнеаллювиальных и флювиогляциальных песчаных отложениях. Почвы Гуторевого бора испытывают воздействие локального пирогенного фактора, по всей территории леса встречается большое количество костровищ различного режима пользования (разведение костров от одного-двух раз, до нескольких десятков). Для оценки вклада локального пирогенного фактора в процессы антропогенной трансформации почв выбирались ключевые участки с костровищами различных режимов пользования: слабовыраженное - вновь образованное или используемое не более трех раз, сильновыраженное - использованное несколько десятков раз. Степень выраженности определяли по количеству пирогенного материала и на основе опросов и наблюдений. В качестве контроля был выбран участок, не подверженный воздействию локального пирогенного фактора.

Урочище Горелый лес является частью экологического каркаса Курска и примыкает к городу на востоке. Рельеф - относительно выровненный с большим количеством блюдцеобразных западин [Там же]. Растительный покров расчленяет урочище на две части. Первая представлена насаждениями сосны обыкновенной, возраст которой - 50-70 лет, вторая - естественной порослевой дубравой, ее возраст около 80 лет. Примерное соотношение участков с лиственными породами к участкам с хвойными -40:60%. Данная лесная экосистема функционирует при относительно небольшом антропогенном вмешательстве. Почвы преимущественно - дерново-подзолы (под дубравой) и подзолы (под насаждениями сосны обыкновенной) песчаные иллювиально-железистые на древнеаллювиальных и флювиогляциальных песчаных отложениях. Физико-химические виды воздействия на почвы, как правило, имеют локальный характер.

Для исследования свойств почв применялись следующие методы. Плотность сложения почв изучали методом режущего кольца, влажность почв - весовым методом, содержание подвижных форм свинца - методом ААС (пробоподготовка - вытяжка ААБ с рН - 4,8), содержание гумуса определяли по методу Тюрина. Статистическая обработка данных проводилась средствами пакета STATGRAP.2_1.

Полученные результаты исследования плотности сложения почв урочища Гуторевый бор позволяют заключить, что данный параметр находится в зависимости от

Неведров Н. П., Протасова М. В., Бабкина Л. А., Миронов С. Ю., Борисичев О. А., Шлыкова Е. В. Реализация экосистемных сервисов почвами лесопарковых ландшафтов Курской агломерации

видового состава древостоя (лиственный или хвойный) и интенсивности рекреационной нагрузки (табл. 1).

Таблица 1

Зависимость плотности сложения почв урочища Гуторевый бор от качественного состава фитоценоза

Номер участка Выдел Влажность Плотность

1 Хвойный 3,73±0,24 1,23±0,01

2 Лиственный 11,33±0,51 0,77±0,26

3 Лиственный 9,52±0,36 1,18±0,01

4 Лиственный 12,51±0,71 0,85±0,14

5 Хвойный 5,91±0,32 1,29±0,26

6 Хвойный 0,41±0,10 1,53±0,02

Для Гуторевого бора характерно рекреационное влияние в виде пеших прогулок, что проявляется физическим воздействием на почвы. Этот факт подтверждается наличием «густой» тропиночной сети. У большинства проб отмечены завышенные значения объемной плотности почв (в 1,3-1,7 раза) по сравнению со средним значением нормальной плотности песчаных почв, равной 0,8-0,9 г/см3. Участок №3, относительно открытая территория с разреженным древостоем лиственных пород, представляет собой стихийно организованную для культурного отдыха поляну с наличием нескольких костровищ и брёвен в виде лавочек. Плотность сложения на данном контрольном участке также выше нормальных значений и составляет 1,18 г/см3. Превышение значения плотности сложения (1,23-1,29 г/см!) зафиксировано на участках №1 и №5, что связано с их расположением на окраине леса вблизи населенного пункта и проезжей части. Здесь рекреационная нагрузка значительно выше, чем в углубленных участках леса. Максимальное уплотнение почвы характерно для участка №6 у тропы, ведущей к водоёму (1,53±0,02 г/см!). Стоит отметить разницу в плотности почвенного покрова под сосновым древостоем и лиственным. Подзолы песчаные под сосновыми выделами имеют достоверно большую плотность сложения, что может определяться большей разреженностью сосны обыкновенной и увеличением открытой местности, которую люди могут использовать для отдыха. В выделах лиственных пород выделяется больше ярусов, что может приводить к разуплотнению почв (табл. 2).

Почвы под древостоем лиственных пород имеют достоверно большую влажность, на 3,61-12,1% выше, чем под хвойными, так как влагоемкость почв находится в зависимости от содержания органического вещества и мощности органогенных и серогумусовых горизонтов почв (табл. 1).

При воздействии локального пирогенного фактора наблюдается некоторое возрастание содержания подвижной формы свинца в подзолах песчаных иллювиально-железистых по сравнению с фоновой формой неповрежденных участков. Содержание подвижных форм свинца в почвах под костровищами на участках №2 и №3 урочища Гуторевый бор достоверно выше, чем на контроле, но не превышает значения ПДК (6 мг/кг). Рост концентраций поллютанта связан с применением розжига и пакетированных углей для разведения костров, а также со сжиганием отходов (газеты, пластик, полиэтилен и т.д.). Приведенные в таблице 2 данные свидетельствуют о том, что в ходе нарастания интенсивности воздействия пирогенного фактора уровень загрязнения почв свинцом возрастает.

Таблица 2

Зависимость содержания подвижных форм свинца в почве от степени выраженности __локального пирогенного фактора _

Номер участка Выдел Свинец, мг/кг

1 Контроль 0,8±0,21

2 Слабовыраженное костровище 1,19±0,30

3 Сильновыраженное костровище 1,56±0,59

При оценке последствий воздействия локального пирогенного фактора на почвы важное, а порой решающее значение имеют изменения в их гумусном состоянии [Кулико 2013]. Содержание органического вещества в почвах урочища Гуторевый бор с разной интенсивностью воздействия локального пирогенного фактора колеблется в пределах от 2,7 до 3,5%.

Таблица 3

Зависимость содержания органического вещества в почве от степени выраженности

пирогенного фактора

Номер участка Выдел Содержание органического вещества, %

1 Контроль 3,2±0,48

2 Слабовыраженное костровище 2,7±0,40

3 Сильновыраженное костровище 3,5±0,52

Статистически достоверных различий в количестве органического вещества серогумусовых горизонтов не обнаружено. Однако локальное пирогенное воздействие приводит к выгоранию лесной подстилки и изменению органогенного горизонта, а также снижает скорость минерализации свежей органики микробным сообществом. Пирогенный материал, остающийся на поверхности почвы, приводит к формированию пирогенного горизонта (Ор1г), представленного грубыми углями и трухой (смесь тонкодисперсной обугленной фракции и мелкозема) [Краснощеков 2013]. В целом подобного рода изменения накладывают отпечатки на течение почвенных микропроцессов и формируют сценарий педогенеза, отличающийся от фоновых аналогов.

Процесс депонирования углерода почвами зависит от их генетических особенностей. В условиях глобальных климатических изменений особую значимость приобретает изучение способности почв регулировать потоки углекислого газа и поддерживать баланс его концентрации в атмосфере [Саржанов и соавт. 2015].

При анализе запасов органического углерода в серогумусовых и подзолистых горизонтах почв на двух ключевых участках урочища Горелый лес отметили, что дерново-подзолы песчаные иллювиально-железистые, сформированные под дубравой, запасают на 46,6 % больше органического углерода, чем подзолы песчаные иллювиально-железистые, функционирующие под насаждениями сосны обыкновенной (табл. 4).

Таблица 4

Влияние породного состава леса на изменение запасов органического углерода

в почвах урочища Горелый лес

Показатель Значение

Дубрава Сосновый лес

Содержание Сорг, % 4,2 3,97

Мощность горизонта, см 20 8

Плотность сложения почвы, г/см3 0,93 1,32

Запас Сорг, кг/м2 7,84 4,18

Неведров Н. П., Протасова М. В., Бабкина Л. А., Миронов С. Ю., Борисичев О. А., Шлыкова Е. В. Реализация экосистемных сервисов почвами лесопарковых ландшафтов Курской агломерации

Это происходит за счет формирования почвами дубравы более мощного серогумусового горизонта, где возникают условия для аккумуляции гумуса. В почвах сосновых выделов урочища Горелый лес специфический хвойный опад интенсифицирует подзолистый процесс, и гумусово-аккумулятивные горизонты вовсе не образуются.

Способность почв депонировать углерод зависит от геоморфологических особенностей [Мордкович и соавт. 1985]. Так, изученные ключевые катены в дубраве и сосновом выделе Горелого леса имеют характер распределения органического углерода, модельно представленный на рисунках 1 и 2.

Элемент рельефа

■ Аккумулятивный О Транзитный

■ Элювиальный

Угол=5%

1 ШШйзя

Рис. 1. Модель распределения органического углерода в серогумусовых и подзолистых горизонтах почв ключевой катены дубравы на территории урочища Горелый лес

4,5%

4,4%

Угол=3%

Элемент рельефа

О Аккумулятивный ■I Транзитный ■ Элювиальный

Рис. 2. Модель распределения органического углерода в серогумусовых и подзолистых горизонтах почв ключевой катены соснового леса на территории урочища Горелый лес

Максимальное количество органического углерода 4,5-5,1% содержится в почвах элювиальных элементов катен независимо от породного состава леса (рис. 1, 2). В почвах дубравы количество органического углерода возрастало при переходе от трансэлювиального к аккумулятивному геоморфологическому элементу. В сосновом выделе подобной тенденции не наблюдалось, что связано с особенностями почвенных процессов и меньшей крутизной склона.

В целом можно заключить, что процесс депонирования органического углерода почвами лесопарковых ландшафтов Курска обусловлен рядом почвообразовательных процессов: особенностями рельефа, происхождением и видом лесонасаждений, интенсивностью и характером антропогенного вмешательства. Регулирование механизмов связывания органического углерода почвами позволит приблизиться к решению вопросов управления глобальными изменениями климата.

Высокий уровень рекреационной нагрузки на почвы лесопарковых экосистем г. Курска приводит к переуплотнению почв. Локальный пирогенный фактор способствует трансформации базовых физико-химических свойств почв. Возникающий тренд трансформационных изменений лимитирует процессы реализации почвами основных экологических функций и экосистемных сервисов [Протопопов и соавт. 1987]. В настоящее время является крайне необходимым процесс внедрения практических разработок по оптимизации почвенных свойств в условиях интенсивной техногенной нагрузки, с целью снижения уязвимости почв к повреждениям, устойчивого развития городских ландшафтов и формирования экологически безопасной среды обитания.

Библиографический список

ВолковаИ.Н. Экологическое почвоведение. Ярославль: Изд-во ЯрГУ, 2013. 140 с.

Геннадиев А.Н. Почвы и время: модели развития. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1990. 229 с.

Краснощеков Ю.Н. Влияние пирогенного фактора на серогумусовые почвы сосновых лесов в центральной экологической зоне байкальской природной территории // Сибирский лесной журнал. 2014. № 2. С. 43-52

Кулико Я. К. Почвенные ресурсы. Мн.: Вышэйшая школа, 2013. 410 с.

Мордкович В.Г., Шатохина Н.Г., Титлянова А.А. Степные катены. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1985. 117 с

Неведров Н.П., Проценко Е.П., Иванова Е.В. Фитоценотические и антропогенные аспекты почвенных сукцессий присеймья г. Курска // Auditorium. Электронный научный журнал Курского государственного университета. 2016. № 4 (12). URL: auditorium.kursksu.ru/pdf/012-004 pdf (дата обращения: 14.05.2018).

Протопопов В.В., Шугалей Л.С., Кузьмина Г.П., Яшихин Г. И., Витальев А.П. Практические рекомендации по рекреационному использованию лесов западной части КАТЭКа. Красноярск: ИЛиД СО АН СССР, 1987. 42 с.

Саржанов Д. А., Васенев В. И., Сотникова Ю. Л., Тембо А., Васенев И. И., Валентини Р. Краткосрочная динамика и пространственная неоднородность эмисии СО2 почвами естественных и городских экосистем Центрально Черноземного региона // Почвоведение. 2015. № 4. С. 469-478

Яковлев А.С., Решетина Т.В., Сизов А.П., Прокофьева Т.В., Луковская Т.С., Самухина Т. М., Евдокимова М. В. Управление качеством городских почв: учеб.-методическое пособие / под общ. ред. С.А. Шобы, А.С. Яковлева. М.: МАКС Пресс, 2010. 96 с.