CC BY
245
УДК 631.48 Л.С. Шугалей
УСТОЙЧИВОСТЬ ПОЧВ ЛЕСОСТЕПИ И ЮЖНОЙ ТАЙГИ СРЕДНЕЙ СИБИРИ К ЭКЗОГЕННЫМ ВОЗДЕЙСТВИЯМ*
В статье рассматриваются материалы собственных исследований и данные других авторов по трансформации почв под воздействием антропогенеза. На основании современных теоретических представлений об устойчивости почв к экзогенным воздействиям выделены особенности изменений основных свойств почв при вовлечении их в сельскохозяйственное пользование, воздействии на естественные почвы пирогенеза, лесозаготовок, рекреации и техногенеза. Показано, что, прежде всего, трансформация основных свойств почв обусловлена сукцессионной сменой растительного покрова, емкостью и интенсивностью биологического круговорота, а следовательно, гумусным состоянием и активностью живой фазы. При воздействии антропогенных нагрузок на почвы изменяются динамичные свойства почв с коротким характерным временем формирования и стирания.
Ключевые слова: почва, лесостепь, южная тайга, Средняя Сибирь, антропогенные нагрузки.
L.S. Shugaley
STABILITY OF THE FOREST-STEPPE AND THE SOUTH TAIGA SOILS OF THE MIDDLE SIBERIA
TO THE EXOGENOUS INFLUENCE
The data of the author’s own research and the data of the other authors about soil transformation under the anthropogenesis influence are considered in the article. On the basis of the modern theoretical conceptions about soil stability to the exogenous influence, the peculiarities of the main soil properties change at involving it into the agricultural use, influence on the natural pyrogenesis soils, lumbering, reactions and technogenesis are determined. It is shown that first of all the basic soil properties transformation is caused by the seral change of the cover and intencity of the biological cycle, consequently humus condition and activity of the living phase. At the anthropogenic loadings influence on the soils dynamic properties of the soils with short characteristic time of formation and cleaning change.
Key words: soil, forest-steppe, southern taiga, Middle Siberia, anthropogenic loadings.
Проблема устойчивости почв к экзогенным естественным и антропогенным воздействиям является одной из главных экологических проблем современного почвоведения. Экологический статус почв не позволяет рассматривать их в отрыве от других компонентов биогеоценоза (БГЦ). На Всероссийской конференции «Устойчивость почв к естественным и антропогенным воздействиям» (Москва, 2002) на основе работ физиков, математиков, химиков, биологов, геологов, географов и почвоведов было составлено обобщенное представление об устойчивости почв. Устойчивость почв - способность длительное время сохранять свое состояние (состав, структуру, функционирование, пространственное положение) в условиях относительно небольшого изменения или колебания факторов почвообразования, а также восстанавливать качественные характеристики своего исходного состояния после его возмущения [41, 42]. Высокие естественные и антропогенные нагрузки настолько изменяют качественные параметры почв, что лишают почв способности само-восстанавливаться и мы имеем очередной этап эволюции почв.
Значительная часть исследований по устойчивости почв при изменении одного или нескольких факторов почвообразования посвящена трансформации физических свойств почв (впитывание и испарение влаги, водный и воздушный режимы, агрегатный состав) [6,19, 20]. Ряд авторов предлагает оценивать состояние почв и степень нарушенности их экологических функций по интегральным показателям биологической активности и гумусного состояния почв [12, 17, 39]. Большое внимание обращают исследователи на устойчивость почв степи к засолению [7]. Сравнительно низкая, в силу специфических особенностей почвообразования, устойчивость почв отмечается в горных регионах [3, 18, 21]. В Белоруссии устойчивость почв оценивали на основе данных по емкости катионного обмена и содержанию гумуса. При проведении оценки учитывалась классификационная принадлежность почв. Оценки устойчивости почв по своей сути отражают степень риска возникновения негативных изменений почв в результате антропогенных изменений [29-31].
* Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ №09-04-98013.
В настоящий период развития почвенной науки почва все чаще рассматривается не только как средство сельскохозяйственного производства и продукт труда, но и как компонент биосферы, связанный прямыми и обратными связями с остальными геосферами: атмосферой, гидросферой, биомиром и человеком [9-11, 13, 23, 24].
Академик В.И. Кирюшин считает, что имеются существенные различия в понятии устойчивости почв природных ландшафтов и агроландшатов. Для природного ландшафта важно сохранение саморегулирующего функционирования почвы в целом, тогда как под «устойчивостью почв агроландшафта» следует понимать способность поддерживать заданные производственные и социальные функции, сохраняя при этом свои биосферные функции [14]. Различные требования сельскохозяйственных культур и животных от агро-экологических условий исходного ландшафта повышают затраты на поддержание заданных параметров функционирования созданных агроландшафтов. Устойчивость природных ландшафтов с такими почвами, как солонцы, солончаки, заболоченные с агрономической точки зрения не имеет смысла, но сохранение этих комплексов очень важно, они выполняют биосферные функции и влияют на антропогенную устойчивость прилегающих природных ландшафтов.
Почва - биокосное, динамичное образование на поверхности нашей Планеты, обладает специфическими свойствами и функциями [32, 33]. И.А. Соколов [34] писал, что атмосферные, гидросферные, лито-сферные и биоценотические функции почв фактически сводятся к созданию первичной продукции и охране биосферы от разрушения и загрязнения. Но вместе с тем почва является неотъемлемой частью БГЦ (экосистемы) и рассматривается как результат самоорганизации в определенных литологических, геоморфологических и биоклиматических условиях. Любое изменение этих условий, естественное и антропогенное, оценивается как внешние нагрузки на БГЦ в целом и почву как его компонент.
Устойчивость почв зависит от устойчивости отдельных составляющих БГЦ. Исследователи, занимающиеся вопросами эволюции, возраста почв, пространственно-временной организации почвенного покрова, квазиравновесным состоянием почв, выделяют три принципиально различные группы свойств: динамичные, устойчивые и консервативные [34, 38]. По темпам формирования и стирания динамичные свойства имеют характерные времена (ХВ) значительно меньшие, чем средняя продолжительность отдельных этапов саморазвития почв и подчиненного развития этих свойств. Динамичные свойства меняются очень быстро и имеют суточный, сезонный, многолетний режимы. К таким показателям экологического состояния почв относятся: гидротермический и питательный режимы, окислительно-восстановительный потенциал, реакция почвенного раствора.
Устойчивые свойства почв имеют ХВ, сопоставимые со средней продолжительностью этапов эволюции почв. Они очень слабо меняются в многолетнем сезонном и суточном циклах. Но за период своего ХВ формирования и стирания они как бы маркируют эволюцию почв. К таким свойствам относятся гумусовый и карбонатный профили почв, структурная и горизонтальная организация почвенного покрова, почвенно-поглощающего комплекса, состава новообразований. Консервативные свойства почв характеризуются длительным ХВ, значительно большим, чем средняя продолжительность этапов саморазвития почв. К таким свойствам относится профиль выветривания - валовой и гранулометрический составы, элементный и компонентный состав и новообразования. Деление свойств почв на динамичные, устойчивые и консервативные условно [34].
Цель настоящей работы - обобщить материалы по устойчивости почв южной тайги и лесостепи Средней Сибири к экзогенным воздействиям и рассмотреть их исходя из общетеоретических представлений на функционально-динамическом (экосистемном) уровне [41].
Климат южной тайги и лесостепи континентальный и характеризуется холодной зимой и жарким летом. Среднегодовая температура воздуха в южной тайге минус 3,1 оС. Средняя температура самого холодного месяца минус 23,2оС, самого теплого плюс 17,7оС. Сумма температур выше 10оС 1500о, среднегодовое количество осадков 537 мм. Около 65% осадков выпадает в жидком виде. Лесостепь имеет среднегодовую температуру воздуха 0,5-1,8оС, средняя температуру воздуха в январе минус 18-21 оС, в июле плюс 17-22оС. Среднемноголетнее количество осадков 350-450 мм, сумма температур выше 10оС 1400-1800. Основными лесообразующими породами в южной тайге являются сосна, пихта, ель, кедр, береза, осина, в лесостепи - бере-
за, реже сосна. Доминантами почвенного покрова лесных массивов являются серые почвы. Территория южной тайги и лесостепи занимает 7% площади Красноярского края, здесь проживает 58% населения [28].
Территория региона не подвергалась оледенению, но близость ледника оказала косвенное влияние на растительный и почвенный покров [5, 8, 15]. На основе анализа смены биоклиматической обстановки в голоцене и современных представлений о почвообразовании установлено, что почвенный покров региона является результатом полигенеза.
В настоящий период исследования по естественной смене факторов почвообразования и влияния этих изменений на свойства почв отсутствуют. Подавляющая часть исследований посвящена устойчивости почв к антропогенным нагрузкам. Основными антропогенными нагрузками региона являются вовлечение лесных почв в сельскохозяйственное производство, нарушение почв лесных массивов при лесозаготовках, пирогенное воздействие на почвы, влияние рекреационного использования лесных БГЦ и техногенеза на почвы (схема).
Сельскохозяйственное освоение почв лесных ландшафтов является одним из основных антропогенных трансформаторов почвенного покрова региона. Серые почвы лесостепи и южной тайги сформировались на желто-бурых и коричнево-бурых глинах, остаточно карбонатных средних и тяжелых суглинках под лиственными и светлохвойными лесами. Серые почвы имеют следующие признаки элювиальноиллювиального процесса: наличие кремнеземистой присыпки, листоватость текстуры элювиального и орехо-ватость иллювиального горизонтов, пятна оглеения в иллювиальной части профиля. По гранулометрическому составу они относятся к крупнопылеватым легким и средним глинам и тяжелым суглинкам. Серые почвы высокогумусированы (8-14%). Сумма поглощенных оснований составляет 33-40 мг.экв/100г почвы. Почвенно-поглощающий комплекс насыщен основаниями. Актуальная кислотность (рН водный) изменяется в профиле почв от 6,1-5,8 до 6,6-7,0 [36, 44].
Антропогенные нагрузки
Турбационно-эволюционные
ельско хозяйственное освоение
Горизонты: O-AY-AEL-(EL)-BED. Свойства: ОМ, УМ, макроагрегированность, водопроницаемость, гидротермический режим, гумусное состояние, реакция среды, биологическая активность
±
Восстановление почв под лесными культурами и самосеве сосны: O-AY1-AY2, ОМ, макроагрегирован-ность, гумусное состояние, биологическая активность
Эволюционные
Пирогенез
±
Рекреация
±
Горизонты: O-AY. Свойства: ОМ, УМ, макроагре-гированность, водопроницаемость, гидротермический режим, гумусное состояние, поглощенные катионы, биологическая активность
Техногенез
±
Горизонты: O-AY. Накопление: Ba, Cu, Zn, Mn, Co, Ni
Схема трансформации лесных почв под влиянием антропогенных нагрузок
В современную фазу субатлантического периода голоцена на естественную эволюцию почв существенное влияние оказывает антропогенный фактор. В результате снижения лесистости, распашки почв, бывших ранее под лесом, сохраняется и усиливается процесс степного почвообразования. Раскорчевка леса, распашка естественных почв привели к принципиальному изменению их морфологических признаков и свойств. У них уничтожается специфический горизонт лесных почв - подстилка, из аккумулятивного и элювиально-аккумулятивного горизонтов создаются гомогенезированные пахотный и подпахотный слои. Содержание гумуса, сложение, биологическая активность в пахотном слое почв, вовлеченных в сельскохозяйственный оборот, значительно ниже в сравнении с целинными аналогами [35, 44]. Сельскохозяйственное освоение изменяет запасы и распределение гумуса в почвенном профиле относительно целинных аналогов (рис. 1). Резкое снижение запасов гумуса отмечается в первые 3-4 года сельскохозяйственного пользования, вследствие усиления минерализации лабильного органического вещества. В последующие годы освоенные почвы приходят в новое квазиравновестное состояние с окружающей средой [35, 40, 44]. Содержание гумуса в них может возрастать с применением органических и минеральных удобрений, повышением уровня землепользования,
но никогда не достигнет уровня естественных почв. При экстенсивном уровне земледелия содержание гумуса может снижаться за счет развития ветровой эрозии. Содержание обменных оснований остается на прежнем уровне, реакция среды сдвигается в щелочной интервал. Отличительной особенностью почв, вовлеченных в сельскохозяйственное производство, является изменение пространственной изменчивости основных свойств. Так, вариабельность объемной и удельной массы, мощность гумусового слоя, содержание обменных А1, Н, Mg, подвижного Р2О5, рН водный и солевой остаются на прежнем уровне, изменчивость содержания обменного Са и К2О, гидролитическая кислотность снизились, но подвижного Ре увеличилось (табл. 1). Аналогичные данные были получены О.А. Сорокиной [35].
250
200
150
100
50
О
03
1
2 с;
О)
к
і
=3
03
Назаровская
котловина
к
і
со
Ф
ф
ш
_о
і
со
аз
сі
ё
і
со
аз
сі
а:
і
□
со
с
Кемчугская возвышенность
со
X
0)
го
X
0)
го
X
0)
к
X
3
го
1=
к
X
=3
го
1=
к
X
=3
го
1=
Красноярская лесостепь*
0
Рис. 1. Запасы гумуса в целинных почвах естественных биогеоценозов и пашне (*по данным О.А. Сорокиной, 2008)
Изменение гумусного состояния освоенных почв, снижение запасов органического вещества и его качественного состава находит отражение на биологической и биохимической активности почв. Так, целлюлозоразлагающая способность освоенных почв в 1,5 раза ниже, чем целинных (рис. 2). Содержание легкогидролизуемого азота снижается в 1,7-2 раза. Если в целинных почвах минерализация органических азотсодержащих соединений идет преимущественно до образования аммония, то изменение химического состава органических остатков, режима влажности и воздухообеспеченности в освоенных почвах способствуют появлению в них нитрификаторов [35]. Количество нитратного азота в освоенных почвах в отдельных случаях составляет 40-50 % от суммы минерального азота, а в отдельных случаях, при внесении удобрений, интенсивной обработке, паровании, нитратный азот является основной формой подвижных соединений.
Таблица 1
Средние велечины (М) и коэффициенты вариабельности (V) основных физических и химических свойств в аккумулятивном горизонте темно-серой лесной почвы
Показатель Целинная Окультуренная
М V п* М V п*
1 2 3 4 5 6 7
Фракция <0,001 мм, % 38 16,5 14 38 - 4
Число агрегации 48 - 4 48 - 4
Водопрочные агрегаты >0,05 мм, % 62 - 4 50 - 4
Объемная масса, г/см3 1,09 13,7 20 1,29 13,7 120
Удельная масса 2,35 3,4 20 2,40 3,1 120
Мощность гумусового слоя, см 20,4 42,8 20 25,8 40,9 120
Окончание табл. 1
1 2 3 4 5 6 7
Гумус, % 7,96 19,7 20 3,79 9,9 120
Обменный Са, мг.экв/100 г почвы 21,9 12,9 20 18,8 4,5 120
Обменный Мд, мг.экв/100 г почвы 6,5 15,3 20 5,8 16,5 120
Обменный А1, мг.экв/100 г почвы 0,2 25,2 20 0,01 43,5 120
Обменный Н, мг.экв/100 г почвы 0,1 22,9 20 0,01 25,8 120
ОВП, мВ 496 2,6 20 488 4,9 120
Подвижное Ре, мг/100 г почвы 17,9 9,5 20 17,6 15,3 120
Г идролитическая кислотность, мг.экв/100 г почвы 5, 7 35,8 20 4, 1 6, 7 120
рН водный 6,08 2,6 20 6,43 1,6 120
рН солевой 5,24 2,7 20 5,13 2,9 120
Подвижный Р2О5, мг/100 г почвы 3,4 30,9 20 3,0 20,2 120
Подвижный К2О, мг/100 г почвы 14,6 29,4 20 9,4 6,2 120
* п - количество образцов.
Таким образом, сельскохозяйственное освоение лесных почв приводит к изменению исторически сложившегося взаимодействия леса и почвы, экологической перестройке живой фазы почвы. Дальнейшее нарушение экологического равновесия под воздействием сельскохозяйственного использования почв без дополнительных мелиораций может привести к их деградации.
11 10
9 8 7 6 5 4 3 2 1
0 20 40 60 80 100
% разложения за период май-октябрь
■ 20-50 см □ 0-20 см
Рис. 2.. Целлюлозоразлагающая способность целинных и агросерых почв:
1 - березняк разнотравный; 2 - пшеница; 3 - березняк ирисово-осоково-разнотравный;
4 - пшеница; 5 - сосняк бруснично-чернично-разнотравный; 6 - пшеница;
7 - сосняк орляково-осоково-разнотравный; 8 - пшеница; 9 - 20-летняя залежь;
10 - овсяно-гороховая смесь; 11 - пшеница
Лесозаготовки с применением современной техники оказывают существенное негативное воздействие на почвенный покров лесных экосистем [1, 8, 15]. В процессе разработки лесосек комплектом машин ВМ-4+2ЛП-18А ухудшаются водно-физические свойства почв - объемная масса возрастает почти в 2 раза -с 0,76 до 1,42 г/м3, общая порозность снижается с 65 до 45%. На вырубках в почвенной массе увеличивается доля крупных агрегатов. Так, в естественных, среднесуглинистых почвах лесных формаций на долю агрегатов >10мм приходится всего 2-5%, на вырубках их количество повышается до 55-60%. Одновременно снижается содержание водопрочных агрегатов >1мм с 25-40% до 8-10%, но увеличивается содержание агрегатов <0,25мм до 65-72%. Применение лесозаготовительной техники увеличивает площадь сильноэродиро-ванных почв до 60%. Нарушение аккумулятивной части профиля снижает запасы гумуса, что, совместно с ухудшением физических свойств почв, негативно отражается на мобилизационной активности целого комплекса микроорганизмов. Общая численность микроорганизмов (МПА+КАА+СА) в верхних горизонтах почвы
на участках, не затронутых техникой, 1640 тыс/г почвы, что в 10-15 раз выше, чем на участках движения техники. Величина коэффициента минерализации (КАА/МПА) на незатронутых участках выше в 4-6 раз. Резкое снижение общей численности микроорганизмов ведет к уменьшению аммонификаторов, азотфикса-торов, целлюлозоразрушающих бактерий, а, следовательно, и к резкому спаду ферментативной активности и интенсивности дыхания почв:
Контроль Каталаза, мл О2/г/5мин Протеаза, % Уреаза, мг/100 г Целлюлозо-разрушение, % Выделение СО2, кг/га/год
27,6+0,9 38±2 26,6±1,1 84±2 7,5±0,9
Сильноэродированный участок 5,4±0,6 8±2 1,2±0,3 8±4 1,3±0,4
Таким образом, полученные материалы свидетельствуют об ухудшении почвенных условий после работы лесозаготовительной техники и позволяют прогнозировать возможное снижение продуктивности будущих древостоев.
Пирогенный фактор вносит существенные изменения во внешний облик современных лесов и лесных почв. Пожары оказывают прямое и косвенное воздействие на основные компоненты лесных экосистем: фитоценозы и почвы. В результате прямого воздействия происходит эволюционная трансформация лесных экосистем - выгорание подстилки, образование специфичного послепожарного горизонта почвы (Ор1г), состоящего из обуглившихся и несгоревших полностью остатков подстилки и золы [2, 25, 26]. При этом изменяется связь подстилки с минеральной частью профиля почвы, слабокислая реакция среды органогенного горизонта сдвигается в щелочной интервал (рНводный 8-9), изменяются гидротермические свойства подстилки и аккумулятивного горизонта минерального профиля почвы. Пожары снижают плотность и разнообразие зоо- и микробоценозов.
Наиболее существенное влияние на экосистемы в целом и на напочвенный покров оказывает сукцес-сионная смена растительности. Сосняки зеленомошные и багульниково-зеленомошные переходят в разнотравно-брусничные, что приводит к изменению качественного состава органогенного горизонта и интенсивности деструкционных процессов. Так, на долю трухи в подстилке сосняков зеленомошных приходится 41, в ба-гульниково-зеленомошных 54, разнотравно-брусничных 60 %. Увеличение в составе подстилки трухи свидетельствует об усилении протеолитических процессов на начальных этапах разложения опадоподстилки. Разрушение мохового покрова при пожарах улучшает тепловой режим почв и тем самым способствует проникновению корневой системы растений в более глубокие слои минеральной толщи. В слое 0-40 см сосняков разнотравно-брусничных содержится до 80 % корней травянисто-кустарничковых растений БГЦ. Низовые пожары высокой, средней и слабой интенсивности резко изменяют соотношение микроорганизмов азотно-углеродного цикла. Выгорание напочвенного покрова приводит к обеднению почвы доступным для разложения органическим веществом [2]. Как следствие, наблюдается снижение численности аммонификаторов в 15 раз, целлюлозоразрушающих микроорганизмов в 2 раза. Возрастает олиготрофность почв относительно азота (ПА/МПА >3) (табл. 3).
140 120 100
ГО
80
о
5 60
£
40
20
О
Сосняк бруснично- Сосняк Сосняк
зеленомошный багульниково- разнотравно-
зеленомошный брусничный
і і Гумус —О— Азот
Рис. 3. Запасы гумуса и азота в постпирогенных сосняках
Послепожарная трансформация наземного растительного вещества способствует улучшению кормовой базы биоты почвы. Изменения в количественном и качественном составе опада растительного вещества в послепожарных сосняках способствует увеличению биомассы почвенных микроорганизмов и беспозвоночных, запасов гумуса и азота (рис. 3). Так, в сосняках бруснично-зеленомошных средние запасы гумуса и азота увеличились в ряду сосняк бруснично-зеленомошный < багульниково-зеленомошный < разнотравнобрусничный [26]. Гумусное состояние почв отражается на биологической активности почв (табл. 2). Существенно зависит от интенсивности пожара биохимическая активность почв (табл. 3).
Таблица 2
Биологическая активность таежной осолоделой почвы под сосняками различных типов*
Тип леса Горизонт Интенсивность дыхания, СО2/10 г Ката-лаза, О2 см3/г за 3 мин Протеаза, ж.л.ед/г за сутки Уреаза, N-^4, мг/г за сутки Целлюлозо- разложе- ние, %
Сосняк разно- А0 17,4 23,7 12,5 17,0 -
травно- А1А2 12,5 26,4 4,8 15,9 93,8
брусничный А2 2,3 4,1 3,0 2,1 67,4
Сосняк багуль- А0 14,0 19,5 22,5 15,5 -
никово- А1А2 7,0 12,7 4,0 4,6 76,1
зеленомошный А2 3,0 1,6 3,3 2,6 63,7
Сосняк бруснич- А0 10,8 17,0 17,5 6,7 -
но-зеленомошный А1А2 4,1 13,5 4,0 2,0 59,1
А2 2,3 1,0 2,0 3,0 63,9
* по данным Э.П. Поповой, 1994.
Таблица 3
Влияние пожаров на биологическую активность почв*
Интенсив- ность пожара, кВт/м Глу- бина, см Выделение СО2, мг/100 г в сутки Каталаза, см3 О2 за 3 мин Протеаза, % Уреаза, мг N^4 /г NН4, мг/100г N03, мг/100г
9018 4-8 6,1 +0,5 6,4+0,4 6,0+0,5 8,7+0,5 0,96+0,05 0,09
9-15 8,6+0,6 21,6+0,6 18,0+0,7 18,8+0,6 0,99+0,5 0,18
1067 4-8 12,4+1,0 10,8+0,9 14,0+2,0 18,3+1,1 1,44+0,04 0,08
9-15 9,8+0,8 12,1+0,8 16,0+2,0 14,6+0,9 1,67+0,04 0,09
0 8,7+0,4 15,5+3,9 - 19,3+0,5 - -
1016 0-10 21,5+1,1 21,7+4,2 - 21,5+1,1 - -
10-20 14,2+0,2 8,2+0,8 - 11,2+0,5 - -
0 4,7+2,7 46,6+5,2 37+5,6 74,2+4,7 3,50+0,1 0,30+0,03
Контроль 0-10 19,8+0,9 30,4+3,7 26+6,1 21,4+1,4 2,50+0,18 0,38+0,02
10-20 12,8+0,3 27,1+2,1 17+4,1 14,7+1,8 1,01+0,06 0,15+0,09
* по данным А.В. Богородской и др., 2005.
Косвенным воздействием на почвы пирогенного фактора являются послепожарные ветровалы. В результате повреждения корневой системы деревьев при сильных низовых пожарах устойчивость деревьев к воздействию ветра резко снижается. Выпадение деревьев часто происходит куртинами, которые занимают иногда значительные площади (280x115 см; 282x98 см; 294x146 см). Глубина этих ям 30-40 см, рядом с микропонижениями образуются микроповышения (131-228 см). Поверхность ветровальных ям покрывается мелкими ветвями, шишками, хвоей. Первые поселенцы здесь мхи. Образованный в результате послепожар-ного ветровала бугристо-западинный микрорельеф приводит к перераспределению тепла и влаги, посту-
пающих на дневную поверхность, а следовательно, способствует изменению биохимической активности почв, и отражается на интенсивности и направленности почвообразовательного процесса в целом. Почвообразование в местах вывалов деревьев начинается практически на элювиальной толще [25]. Таким образом, пожары - одна из многочисленных причин, обусловливающих формирование пестроты морфологических признаков и свойств лесных почв.
Одной из сторон антропогенного воздействия на лесные БГЦ является использование их в рекреационных целях. Сопоставление посещаемости лесных БГЦ человеком с состоянием различных компонентов (травяно-кустарничкового яруса, подроста, подлеска, подстилки, почвы, древостоя) позволило выделить в сосновых БГЦ четыре стадии, в березовых - три стадии рекреационной дигрессии. В сосняках - при I стадии рекреационной дигрессии нарушения очень слабые, при II - слабые, но значительно выше, чем при I стадии, при III стадии нарушения экологического состояния БГЦ выражены, при IV стадии дигрессии нарушения БГЦ необратимы.
В березняках стадии рекреационной дигрессии выделялись по этому же принципу, но необратимые изменения в БГЦ наступают при III стадии [27]. Под влиянием рекреационного использования лесных массивов на дерново-подзолистых, серых и аллювиально-луговых почвах происходит резкое снижение запасов или полное уничтожение подстилки, увеличение плотности сложения аккумулятивной части профиля почв, разрушение макроагрегатов, снижение в 2-6 раз водопроницаемости. Так, если на М! стадиях рекреационной дигрессии соснового БГЦ она составляет 0,32-0,39 л/мин, то на IV стадии всего 0,06-0,18 л/мин. Водопроницаемость серых почв под березняками П-Ш стадий дигрессии БГЦ в 4-12 раз ниже, чем в почвах естественных ландшафтов, не затронутых рекреацией [44]. Однократное поступление в процессе биологического круговорота на почву и в почву растительных остатков снижает запасы в ней легкоминерализуемого органического вещества, что подавляет биологическую и биохимическую активность почв, и, следовательно, ухудшает условия питания растений, усиливает негативное влияние рекреации на лесные БГЦ [44, 46, 47].
Наиболее устойчивыми к рекреации являются лесные БГЦ на аллювиальных почвах, что обусловлено кольматационным режимом увлажнения, характерным для этих почв, и высоким содержанием органического вещества, а следовательно, и элементов питания. Для восстановления здесь основных компонентов достаточно своевременно поставить лес на отдых. Восстановление лесных БГЦ на дерново-подзолистых и серых почвах происходит медленнее из-за их генетических особенностей.
Возможность техногенного загрязнения почв техногенными выбросами не вызывает сомнений [22]. Техногенное воздействие на лесные почвы исследовалось в зоне влияния на лесные экосистемы техногенных выбрасов Березовской ГРЭС-1. Исследования в этом направлении ведутся достаточно активно, но практически сводятся к получению фоновых характеристик содержания в почвах тяжелых металлов, фтора и мышьяка. Исключением является работа Ю.П. Танделова [37], в которой рассматривается фтор в системе «почва-растение». Работа Е.И. Волошина [4] посвящена балансу тяжелых металлов в почвах Сибири. П.И. Крупкин [16] обращает внимание на загрязнение фтором почв пригородной зоны. Установлено, что за 10-летний период функционирования БГРЭС-1 накопление Ва, Мп, Со, N1, Си и 7п в слое 0-5 см в эпицентре (3,6-5 км от источника загрязнения) техногенного влияния было слабым. Содержание тяжелых металлов увеличилось в почвах лесных БГЦ на 13-18%. Загрязнение почв отдельными тяжелыми металлами до уровня ПДК при таком же режиме функционирования БГРЭС-1 возможно лишь через 23-150 лет. Накопление металлов в почве не проявилось на состоянии растительного покрова, морфологии, основных свойствах и биологической активности [43].
Создание культур кедра (Рт^ s^b^r^ca), ели (РСеа abovata), сосны (Ртиз sylvestr^s), лиственницы (1-апх ^Ыпса), березы (БеЮ1а Шюс&а) и осины (Рори^ Ь-етШэ) на старопахотных почвах показало, что за 25-летний период произрастания процессы аккумуляции в культурбиогеоценозах преобладали над процессами миграции. Образование специфических органогенных горизонтов под всеми культурами и привело к расчленению гоиогенного искусственного минерального слоя на горизонты АУ1, ДУ2 и ТПО1ра [45]. Аналогичные данные получены О.А. Сорокиной [36]. При зарастании старопахотных почв сосной происходило формирование органогенного горизонта и постепенное расчленение гомогенного пахотного горизонта на горизонты, характерные для естественных лесных почв (табл. 4). Формирование аккумулятивной части профиля способствовало изменению плотности сложения серых почв под сосной.
Таблица 4
Некоторые параметры серых старопахотных почв,зарастающих сосной (Среднее Приангарье)*
Почвенный показатель Горизонт М (среднее) V (коэффициент вариации), %
Сосняк мертвопокровный, 25 лет (бывшая залежь) п =23
Мощность горизонтов, см О 3,2 22
ДУра 19,0 26
ВЕ1_ 27,2 49
ВТ 33,6 45
Плотность сложения, г/см3 ДУра 1,45 8
ВЕЬ 1,56 3
ВТ 1,64 1
Глубина вскипания, см 82 48
Сосняк разнотравный, 55 лет (бывший сосняк, 25 лет), п =35
Мощность горизонтов, см О 4,1 19
ДУра 11,2 12
ВЕЬ 16,7 25
ВТ 34,1 21
Плотность сложения, г/см3 ДУра 1,37 7
ВЕ1_ 1,56 16
ВТ 1,70 8
Глубина вскипания, см 62 30
Сосняк зеленомошно-разнотравный, 85 лет (бывший сосняк, 55 лет), п = 40
Мощность горизонтов, см О 7,1 24
ДУра 5,8 14
ВЕ1_ 30,1 27
ВТ 30,0 29
Плотность сложения, г/см3 ДУра 1,29 8
ВЕ1_ 1,49 16
ВТ 1,63 9
Глубина вскипания, см 82 34
* по данным О.А. Сорокиной, 2008.
В многолетнем опыте с лесными культурами отмечено достоверное увеличение углерода органического вещества (0-10 см и подстилка) через 25 лет на 11-36 % от исходного содержания. Наиболее существенное увеличение гумуса (углерода) наблюдалось под лиственницей (36 %) и осиной (30 %), минимальное под березой (11 %) и елью (16 %), соответственно увеличению содержания гумуса отмечалось увеличение количества азота [45].
Аккумуляция гумуса и азота наблюдалась и в сосняках на старопахотных почвах Среднего Прианга-рья [36]. Так, в почве 55-летнего сосняка запасы гумуса в слое 0-70 см составляли 206 т/га, 25-летнего 89, в почве залежи 272 т/га.
Обобщение собственных экспериментальных материалов и анализ данных других авторов по антропогенной трансформации почв показало, что наиболее сильное воздействие на морфологию и параметры почв оказывает педотурбация (схема). После турбационных нагрузок эволюция почв складывается по-разному. Так, при сельскохозяйственном использовании почвы через 3-4 года переходят в новое гомеостатическое состояние с окружающей средой. После пирогенеза и лесозаготовок почвообразование в нарушенных лесных БГЦ идет по лесному типу и тесно связано с сукцессионной сменой растительного покрова. Прямое воздействие пожаров на свойства почв приводит к эволюционной смене растительного и почвенного покрова.
Рекреация и техногенез постепенно изменяют качественный и количественный состав растительности, что отражается на емкости и интенсивности биологического круговорота, а следовательно, и свойствах почвенного покрова. Изменения свойств и режимов почв обусловлены современным состоянием фитоценоза и относятся к динамичным свойствам почв с коротким характерным временем (ХВ) формирования и сти-
рания. Изменение физических свойств почв (уплотнение, разрушение макроагрегатов), уничтожение органогенного горизонта, изменение характера биологического круговорота, прежде всего, негативно отражается на живой фазе почв, снижает биомассу и разнообразие почвенных микроорганизмов и беспозвоночных и ведет к уменьшению запасов гумуса и элементов питания.
Устойчивые и консервативные свойства почв, обусловленные литогенным каркасом - гранулометрический и валовой состав, новообразования, остаются неизменными. Таким образом, почвы лесостепи и южной тайги Средней Сибири под влиянием антропогенных нагрузок турбационно-эволюционного характера изменяют свойства, обусловленные функционированием фитоценоза. Выявление реакции почв на антропогенные нагрузки и оценка их устойчивости совершенно необходимы для разработки рекомендаций по рациональному природопользованию и сохранению способности почв выполнять биосферные функции.
Литература
1. Бабинцева, Р.М. Экологические аспекты лесовосстановления при современных лесозаготовках / Р.М. Бабинцева, В.Н. Горбачев, Д.Н. Сорокин // Лесоведение. - 1984. - №5. - С. 19-25.
2. Богородская, А.В. Влияние пирогенного фактора на микрокомплексы почв сосняков Средней Сибири /
A.В. Богородская, Н.Д. Сорокин, Г.А. Иванова // Лесоведение. - 2005. - №2. - С. 25-31.
3. Владыченский, А.С. Пространственная неоднородность почвенного покрова горно-лесных экосистем и его устойчивость / А.С. Владыченский, Т.Ю. Ульянова // Устойчивость почв к естественным и антропогенным воздействиям. - М.: Почв.ин-т РАСХН, 2002. - 360 с.
4. Волошин, Е.И. Баланс тяжелых металлов в почвах Средней Сибири / Е.И. Волошин // Почвы Сибири. - Красноярск: Изд-во КрасГАУ, 2003. - С. 118-121.
5. Гаджиев, И.М. Палинологическое исследование дерново-подзолистых почв со вторым гумусовым горизонтом Западной Сибири / И.М. Гаджиев, Л.Н. Савина // География и генезис почв Сибири. - Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1976. - С. 19-31.
6. Глобус, А.М. Некоторые аспекты устойчивости почв / А.М. Гпобус // Устойчивость почв к естественным и антропогенным воздействиям. - М.: Почв.ин-т РАСХН, 2002. - 82 с.
7. Голованов, А.И. Галогеохимическая емкость ландшафта как показатель устойчивости почв к засолению / А.И. Голованов // Устойчивость почв к естественным и антропогенным воздействиям. - М.: Почв.ин-т РАСХН, 2002. -66 с.
8. Горбачев, В.Н. Почвенный покров южной тайги Средней Сибири / В.Н. Горбачев, Э.П. Попова. - Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1992. - 221 с.
9. Добровольский, Г.В. Экология почв / Г.В. Добровольский, Е.Д. Никитин. - М.: Изд-во МГУ, Наука, 2006. - 361с.
10. Докучаев, В.В. Наши степи прежде и теперь / В.В. Докучаев // Классики русской агрономии в борьбе за урожай. - М.: Изд-во АН СССР, 1951. - С. 12-109.
11. Зубкова, Т.А. Матричная организация почв / Т.А. Зубкова, Л.О. Карпачевский. - М.: Русаки, 2001. - 295 с.
12. Казеев, К.Ш. Применение различных биоиндикаторов в диагностике антропогенных воздействий на почвы юга России / К.Ш.казеев, С.И. Колесников // Устойчивость почв к естественным и антропогенным воздействиям. - М.: Почв.ин-т РАСХН, 2002. - 50 с.
13. Карпачевский, Л.О. Динамика свойств почвы / Л.О. Карпачевский. - М.: Геос, 1997. - 170 с.
14. Кирюшкин, В.И. Экологическая устойчивость агроландшафтов и почв: определение и классификации /
B.И. Кирюшкин // Устойчивость почв к естественным и антропогенным воздействиям. - М.: Докучаев-ское общество почвоведов. Российская академия сельскохозяйственных наук: Почвенный институт, 2002. - С.6-7.
15. Корсунов, В.М. Диагностика почвообразования в зональных лесных почвах / В.М. Корсунов, Э.Ф. Вед-рова. - Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1982. - 160 с.
16. Крупкин, П.И. К вопросу о загрязнении фтором почв пригородной зоны г. Красноярска / П.И. Крупкин, А.А. Косицина // Вестн. КрасГАУ. - 2006. - №10. - С. 162-169.
17. Кураченко, Н.Л. Эмиссия СО2 в агроэкосистемах Средней Сибири как показатель устойчивости почв к агрогенным воздействиям / Н.Л. Кураченко, А.А. Белоусов, В.В. Чупрова // Устойчивость почв к естественным и антропогенным воздействиям. - М.: Почв.ин-т РАСХН, 2002. - С. 53.
18. Локтионова, О.А. Лесная подстилка как фактор устойчивости горно-лесных почв / О.А. Локтионова // Устойчивость почв к естественным и антропогенным воздействиям. - М.: Почв.ин-т РАСХН, 2002. -
C. 92-93.
19. Магаева, Л.А. Критерии естественной устойчивости почв / Л.А. Магаева, В.А. Казанцев // Устойчивость почв к естественным и антропогенным воздействиям. - М.: Почв.ин-т РАСХН, 2002. - С. 67-68.
20. Милановский, Е.Ю. Механизмы формирования и устойчивости почвенной структуры / Е.Ю. Миланов-ский, Е.В. Шеин // Устойчивость почв к естественным и антропогенным воздействиям. - М.: Почв.ин-т РАСХН, 2002. - С. 83.
21. Молчанов, Э.Н. Устойчивость почвенного покрова гор Северного Кавказа к антропогенным воздействиям / Э.Н. Молчанов // Устойчивость почв к естественным и антропогенным воздействиям. - М.: Почв.ин-т РАСХН, 2002. - С. 390.
22. Мотузова, Г.В. Принципы и методы почвенно-химического мониторинга / Г.В. Мотузова. - М.: МГУ, 1988. - 100 с.
23. Функциональная роль почв в устойчивости наземных и водных экосистем и их охрана / Е.Д. Никитин [и др.] // Устойчивость почв к естественным и антропогенным воздействиям. - М.: Почв.ин-т РАСХН, 2002. - С. 339.
24. Никитин, Е.Д. Экология почв и учение о почвенных экофункциях / Е.Д. Никитин // Почвоведение. -2005. - №9. - С.1044-1053.
25. Попова, Э.П. Влияние пожаров на формирование микрорельефа и свойства лесных почв / Э.П. Попова // Леса Среднего Приангарья. - Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1977. - С. 53-67.
26. Попова, Э.П. Пирогенная трансформация свойств лесных почв Среднего Приангарья / Э.П. Попова // Сиб. экол. журн. - 1994. - №4. - С. 413-418.
27. Практические рекомендации по рекреационному использованию лесов Западной части КАТЭКа. -Красноярск: Красноярское краевое управление ТНО лесной промышленности и лесного хозяйства: Институт леса и древесины им. В.Н. Сукачева СО АН СССР. - 1987. - 42 с.
28. Природа и хозяйство района первоочередного формирования КАТЭКа / под ред. В.В. Воробьева. -Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1983. - 261с.
29. Романова, Т.А. Устойчивость по материалам крупномасштабного картографирования почв в условиях Беларуси / Т.А. Романова, Н.Н. Ивахненко // Устойчивость почв к естественным и антропогенным воздействиям. - М.: Почв. ин-т РАСХН, 2002. - С. 375.
30. Сапожников, А.П. О диагностике устойчивости лесных почв / А.П. Сапожников // Устойчивость почв к естественным и антропогенным воздействиям. - М.: Почв.ин-т РАСХН, 2002. - С. 95-96.
31. Смеян, Н.И. Региональные особенности устойчивости почвенного покрова пахотных земель Белоруси к антропогенным воздействиям / Н.И. Смеян, Г.С. Цытрон // Устойчивость почв к естественным и антропогенным воздействиям. - М.: Почв.ин-т РАСХН, 2002. - С. 377.
32. Смагин, А.В. К теории устойчивости почв / А.В. Смагин // Почвоведение. - 1994. - №12. - С. 26-34.
33. Смагин, А.В. Режимы функционирования динамических биокосных систем / А.В. Смагин // Почвоведение. - 1999. - № 12. - С. 1433-1447.
34. Соколов, И.А. Теоретические проблемы генетического почвоведения / И.А. Соколов. - Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 2004. - 296 с.
35. Сорокина, О.А. Агрогенная трансформация серых лесных почв / О.А. Сорокина. - Красноярск: Изд-во КрасГАУ, 2008. - 175с.
36. Сорокина, О.А. Трансформация серых почв залежей под влиянием соснового леса / О.А. Сорокина. -Красноярск: Изд-во КрасГАУ, 2008. - 210с.
37. Танделов, Ю.П. Фтор в системе «почва-растение» / Ю.П.Танделов. - М.: Изд-во МГУ, 2004. - 106с.
38. Таргульян, В.О. Структурный и функциональный подход к почве: почва-память и почва-момент / В.О. Тар-гульян, И.А. Соколов // Математическое моделирование в экологии. - М.: Наука, 1978. - С.17-33.
39. Чуков, С.Н. Гумусовые вещества как фактор устойчивости наземных экосистем / С.Н. Чуков // Устойчивость почв к естественным и антропогенным воздействиям. - М.: Почв.ин-т РАСХН, 2002. - С. 91.
40. Чупрова, В.В. Углерод и азот в агроэкосистемах Средней Сибири / В.В. Чупрова. - Красноярск: КГУ, 1997. - 165с.
41. Хитров, Н.Б. Всероссийская конференция «Устойчивость почв к естественным и антропогенным воздействиям» / Н.Б. Хитров // Почвоведение. - 2003. - №3. - С. 370-376.
42. Хитров, Н.Б. Представление об устойчивости почв к внешним воздействиям / Н.Б. Хитров // Устойчивость почв к естественным и антропогенным воздействиям. - М.: Почв.ин-т РАСХН, 2002. - С. 3-6.
43. Шапченкова, О.А. Устойчивость серых почв к техногенному воздействию / О.А. Шапченкова, А.Н. Петру-хина // Устойчивость почв к естественным и антропогенным воздействиям. - М.: Почв.ин-т РАСХН, 2002. -
С. 444.
44. Шугалей, Л.С. Антропогенез лесных почв юга Средней Сибири / Л.С. Шугалей. - Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1991. - С. 184.
45. Шугалей, Л.С. Влияние лесных культур на свойства плантажированной почвы / Л.С. Шугалей // Поч-
воведение. - 2002. - №3. - С. 345-354.
46. Шугалей, Л.С. Роль почвы в устойчивости лесных экосистем / Л.С. Шугалей // Устойчивость почв к
естественным и антропогенным воздействиям. - М.: Почв.ин-т РАСХН, 2002. - С. 340.
47. Шугалей, Л.С. Трансформация почв при рекреационном использовании лесных экосистем / Л.С. Шу-
галей // Почвы Сибири. - Красноярск: Изд-во КрасГАУ, 2006. - №2. - С. 120-128.
♦
