CC BY
162
УДК 581.5
Ю. Ю. ГОЛОЩАПОВА Ц Н. А. КАЛИНЕНКО L“
Омский государственный педагогический университет
ВЛИЯНИЕ ПОЖАРА НА ОРГАНИЧЕСКОЕ ВЕЩЕСТВО ТЕМНО-СЕРЫХ ЛЕСНЫХ ПОЧВ__________________________________
Рассматривается влияние пожара на органическое вещество темно-серых лесных почв. Рассмотрено содержание, состав гумуса и изменение морфологии темносерых почв после пожара.
Ключевые слова: лесной пожар, темно-серые лесные почвы, морфология темносерых почв, березовый лес.
Почва, как главный компонент биогеоценоза, наиболее чувствителен к воздействию пожаров. Помимо прямого (пиролиз) пожары оказывают огромное косвенное влияние на лесные биогеоценозы. Они коренным образом меняют эдафические условия, а значит, микробиологические и биохимические процессы в почвах [1]. Вмешиваясь в жизнь леса, пожары нарушают естественное равновесие между компонентами биогеоценозов, тем самым существенно изменяя внешний облик современных лесов. Пожары оказывают большое влияние на процессы лесовозобновления вследствие значительных изменений экологических условий. Почва, как неотъемлемая составная часть биоценозов также испытывает на себе разностороннее влияние пожаров. При этом изменяются ее гранулометрический состав, физикохимические и химические свойства. Уничтожение древесного и травяного ярусов лесных экосистем приводит к повышению освещенности в горельниках, увеличивает проникновение осадков в почву, изменяет температурный режим. Органическое вещество и процессы его трансформации играют определяющую роль в формировании почвы, её основных свойств и признаков, а влияние пожара на физикохимические свойства сказывается на дальнейшем росте различных типов растительности, и это вызывает глубокий интерес исследователей к изучению органического вещества почвы до и после пожара. В задачу исследований входило изучить особенности внутрипрофильного распределения общего и подвижного гумуса в тёмно-серых лесных почвах на территории Горьковского района Омской области.
Объекты и методы. Исследования проводились в 2007 — 2011 гг. на территории Горьковского района Омской области. В почвенном покрове господствуют лугово-черноземные солонцеватые и солончаковые почвы, черноземы обыкновенные солонцеватые — имеют локальное распространение. В мелколиственных лесах представлены темно-серые лесные почвы.
Объектом исследований послужили тёмно-серые лесные почвы мелколиственного леса, в котором доминирующей породой является береза. Под пологом были заложены полнопрофильные почвенные разрезы, в которых детально изучалась морфология и отбирались почвенные образцы сплошной колонкой каждые 10 см до глубины 160 см. Для более детального изучения верхней части гумусовой толщи закладывались микропрофили, в которых с помощью
специального бура отбирались образцы почвы с шагом 1 см до глубины 7 см, с шагом 2 см до глубины 15 см и с шагом 4 см до глубины 20 см. Наблюдения за температурой осуществляли электронными термометрами. Влажность определялась методом термостатной сушки. Полученные результаты исследований подвергались статистической обработке с использованием программ Microsoft Excel.
В исследованиях определены:
— содержание общего (валового) гумуса темносерых лесных почв;
— определение подвижного, группового и фракционного состава гумуса темно- серых лесных почв;
— послепожарные изменения морфологии темносерых лесных почв.
Результаты и их обсуждение. Темно-серые лесные почвы Горьковского района Омской области характеризуются хорошо развитым почвенным профилем.
Профиль темно-серых лесных почв состоит из следующих горизонтов: А0—А1—А2В (АВ)— В.
А0 — лесная подстилка, маломощна, темно-бурая, состоит из хорошо разложившихся растительных остатков с примесью мелкозема;
А1 — гумусово-аккумулятивный мощностью 2050 см, темно-серый, имеет хорошо выраженную комковатую или комковато-ореховатую структуру, постепенно переходит в следующий горизонт;
А2В (АВ) — переходный, оподзоленный (гумусово-иллювиальный), интенсивно прокрашен гумусом, ореховатой структуры, белесая кремнеземистая присыпка содержится не всегда;
В — иллювиальный, бурый или темно-бурый, плотный, четко выраженной ореховато-призмати-ческой структуры, кремнеземистая присыпка необильна; обычно окрашен светлее иллювиального горизонта, содержит редкие и неинтенсивные затеки органоминеральных коллоидов, на глубине 100— 150 см встречаются карбонатные конкреции.
Эти почвы отличаются высоким содержанием гумуса. По мощности гумусового горизонта тёмносерые лесные почвы достигают 49 см. Содержание общего гумуса в темно-серых лесных почвах высокое — 6—12, гуминовые кислоты преобладают над фульвокислотами. С глубиной содержание гумуса в почве постепенно снижается и на глубине 150—160 см составляет около 0,3 — 0,5%. Характерно наличие новообразований кальция на глубине 120— 150 см.
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (108) 2012 ЭКОЛОГИЯ
ЭКОЛОГИЯ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (108) 2012
Таблица 1
Содержание общего гумуса в профиле темно-серых лесных почв в березовом лесу
Таблица 2
Содержание общего гумуса в микропрофиле темно-серых лесных почв
Глубина, см Гумус общий, % Г радиент падения содержания гумуса, %/дм
0- 10 8,7 -
10-20 5,4 3,3
20-30 4,5 0,9
30-40 4,2 0,3
40-50 3,0 0,8
50-60 2,1 0,9
60-70 1,5 0,6
70-80 1,0 0,5
80-90 0,9 0,1
90-100 0,7 0,2
100-110 0,6 0,1
110-120 0,6 0,0
120-130 0,5 0,1
130-140 0,5 0,0
140-150 0,5 0,0
150-160 0,4 0,1
Содержание по профилю гумуса и азота показывает более интенсивное проявление дернового процесса у темно-серых почв. Темно-серые лесные почвы имеют слабокислую реакцию в верхних горизонтах и (рНКС1 6,0 — 6,6), высокую степень насыщенности основаниями (95 — 99 %) и емкость поглощения (20 — 45 мг-экв на 100 г почвы).
Распределение гумуса в пределах почвенного профиля неодинаково. Это хорошо видно из анализа величины градиента падения содержания гумуса с глубиной (табл. 1).
Так, в почве отмечается резкое или даже скачкообразное снижение содержания общего гумуса в верхней части гумусовой толщи, ниже величина градиента постепенно уменьшается на всём протяжении органопрофиля, что говорит о плавном, размытом характере снижения содержания органического вещества.
Для более детального изучения распределения общего гумуса в профиле тёмно-серых лесных почв была подробно исследована верхняя 20-сантиметровая почвенная толща (табл. 2). Из полученных данных следует, что верхняя часть гумусового профиля даже в пределах небольшой по мощности толщи (20 см) характеризуется существенным снижением количества органического вещества с глубиной (почти в 1,5 раза), а также различиями в величинах градиента падения его содержания вниз по профилю.
В берёзняке состав опада, специфика его разложения и процессов гумусообразования обусловливают большое содержание гумуса в почве.
Анализируя полученные данные в целом, можно заключить, что тип растительности определяет количественное содержание гумуса, особенно в верхней толще почвенного профиля.
Содержание общего гумуса связано не только с типом растительности, но и с гранулометрическим составом почвы, в первую очередь, с содержанием илистой фракции. Отмечено, что в почве березового фитоценоза большое количество илистых частиц в слое 0 — 10 см составляет 17,1 % (табл. 2).
Глубина, см Гумус общий, % Г радиент падения содержания гумуса, %/см
0- 1 10,4 -
1-2 9,8 0,6
2-3 9,5 0,3
3-4 9,3 0,2
4-5 8,8 0,5
5-6 8,5 0,3
6-7 8,0 0,5
7-8 7,6 0,2
8-9 6,9 0,4
9-11 6,9 0,0
11-13 6,8 0,1
13- 15 6,8 0,0
Составной частью валового гумуса является гумус подвижный, который представляет собой фракцию свободных гуминовых кислот и связанных с подвижными полуторными окислами [2].
По данным [3], содержание лабильного гумуса тесно коррелирует с содержанием общего гумуса.
Максимальное количество лабильного гумуса содержится в верхнем 10 см слое почвы. В нижележащем 10 — 20 см слое абсолютное количество его уменьшается в 2 раза. Полученные данные показывают, что самое низкое количество лабильного гумуса в слое 0—10 см содержится в почве (2,0 %). Это, возможно, объясняется различиями в реакции среды верхних горизонтов почв, близкой к нейтральной.
Анализируя особенности внутрипрофильного распределения подвижного гумуса, можно отметить, что резкое падение содержания лабильного гумуса наблюдается в самой верхней части почвы, а затем следует плавное снижение количества подвижного органического вещества, о чем свидетельствует величина градиента падения содержания гумуса (табл. 3). В средней части профиля, как правило, отмечается скачкообразное изменение величины рассматриваемого градиента, а затем ее стабилизация в нижележащей толще.
Что касается содержания подвижного гумуса в микропрофилях березового леса — она составляет (2,6 %). В то же время в микропрофиле всей исследуемой почвы содержание лабильного гумуса плавно снижается с глубиной (до десятых долей % на глубине 20 см). Следует также отметить, что в почве величина градиента падения подвижного гумуса в пределах микропрофиля неодинакова.
Сразу после низового пожара высокой интенсивности отмечается снижение содержания гумуса по всему профилю почвы (0,2 — 0,4 %) (табл. 4). Наблюдения показали, что на 3-й год после пожара в результате появления травянистой растительности происходит незначительное увеличение содержания гумуса в верхнем слое горизонта А1.
Исследования состава гумуса показали, что ведущим компонентом среди основных групп гумусовых веществ в почвах горельников на 3-й год после пожара являются гуминовые кислоты.
Таблица 3
Содержание подвижного гумуса в профиле темно-серых лесных почв
Глубина, см Гумус подв., % Градиент падения содержания гумуса, %/дм Относи- тельное содержание гумуса
0-10 2,0 - 23,0
10-20 0,9 1,1 16,7
20-30 0,9 0,0 20,0
30-40 0,6 0,3 14,3
40-50 0,2 0,4 6,7
50-60 0,1 0,1 4,8
60-70 Не опр. 0,1 Не опр.
70-80 - Не опр. -
80-90 - - -
90-100 - - -
100-110 - - -
110- 120 - - -
120- 130 - - -
130- 140 - - -
140- 150 - - -
150-160 - - -
Тип гумуса в горизонте А1 определяется как гуматный, поскольку отношение углерода гуминовых кислот к углероду фульвокислот больше 1 и составляет 2,29 %. В ниже лежащих горизонтах тип гумуса остается гуматно-фульватным.
Восстановление почвенного покрова после пожара здесь начинается уже на следующий год после пожара. Преобладание травянистой растительности в отдельных участках приводит к развитию дернового горизонта (табл. 4).
На второй год после пожара в почвах наблюдается незначительное уменьшение емкости поглощения. В то же время на 5-й год после пожара на горель-нике отмечено увеличение значений емкости поглощения в верхних горизонтах в 2 раза.
После прохождения пожара происходит незначительное увеличение содержания обменного кальция в почвах, что способствует накоплению в составе гумуса гуматов кальция и развитию дернового процесса.
Содержание валовых форм фосфора и калия в темно-серых лесных почвах под влиянием лесных пожаров существенно не изменяется. Наблюдается незначительное накопление калия в почвах после пожаров.
На горельнике обеспеченность почв нитратами остается очень низкой. На седьмой год после пожара по пониженным элементам рельефа с более высоким содержанием гумуса содержание нитратов увеличивается с 0,35 мг/кг до 0,91 мг/кг, но в целом обеспеченность темно-серых лесных почв этим элементом остается низкой.
Содержание тяжелых металлов в почвах горель-ников остается в пределах ниже значений ПДК. Отмечено незначительно увеличение в золе на 2-й год после пожара содержания кадмия и свинца.
Темно-серые лесные почвы, как на контрольных участках под пологом леса, так и после прохождения пожара, в условиях зоны сухой степи характеризуются напряженным водным режимом.
Таблица 4
Содержания гумуса в темно-серых лесных почвах до и после пожара
Глубина отбора образца, (см) Гумус (%)
контроль
0- 10 5,3
10-20 4,7
20-30 1,6
30-40 0,3
40-50 0,2
горельник
0- 10 3,2
10-20 1,5
20-30 0,9
30-40 0,6
40-50 0,2
В почвах горельников в течение вегетационного периода формируются напряженные температурные и влажностные режимы, характеризующиеся высокими дневными температурами и низким влагосодер-жанием. Уже в начале мая температура поверхности почвы в горельниках в 13 и 15 часов дня может достигать 30 — 35 °С.
Максимум почвенного увлажнения отмечено на горельнике в низинной части рельефа и северном склоне. Значения влажности здесь в 2 раза больше, чем содержание влаги в почвах под лесной растительностью. На горельнике такие низкие значения обусловлены физическим испарением под воздействием высоким температур воздуха. На контрольных участках снижение влажности обусловлено транспирацией влаги древесной растительностью.
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (108) 2012 ЭКОЛОГИЯ
ЭКОЛОГИЯ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (108) 2012
Мощность гумусового горизонта А1 на вершине увала после пожара снижается, но с течением времени восстанавливается до контрольных значений. В первые годы после пожара отмечается развитие подзолистого процесса и увеличение мощности подзолистого горизонта А2. Впоследствии наблюдается замедление процесса оподзоливания и уменьшение мощности этого горизонта. Наличие включений пирогенного характера в отдельных почвенных разрезах свидетельствует о том, что пожары на данной территории имели место и раннее.
Выводы. В результате исследования установлено, что в березняке максимальное содержание гумуса в почве зависит от состава опада, специфики его разложения и процессов гумусообразования, а пожары препятствуют этому процессу и восстановление происходит годами. Содержание общего гумуса связано не только с гранулометрическим составом почвы, но и с содержанием илистой фракции в почве берёзового фитоценоза, которая составляет 17,1 %. Также выявлено низкое количество лабильного гумуса в слое 0-10 см в почве (2,0 %), что объясняется реакцией среды, которая близка к нетральной. Содержание подвижного гумуса в микропрофилях в березовых лесах небольшое, всего 2,6 %. Таким образом, полученные данные свидетельствуют о том, что растительность березового леса за относительно короткий промежуток времени оказывает существенное влияние на количественные и качественные показатели гумуса, а также на характер его распределения внутри почвенного профиля.
Исследования, проведенные на гарях, привели к таким выводам:
1. Морфология темно-серых лесных почв мелколиственных лесов под влиянием лесных пожаров изменяется незначительно. Изменения морфологических признаков наблюдаются на видовом уровне и в пределах разновидности почв. Переувлажнение почвенного профиля приводит к развитию процессов оглеения.
2. Лесные пожары способствуют подщелачива-нию почвенного раствора темно-серых лесных почв и переводит почвы в более кислые.
3. После пожара отмечается снижение содержание гумуса на горельнике, приближаясь по своим значениям к контрольным.
В процессе гумусообразования в почвах горель-ников в условиях сухой лесостепи ведущими компонентами среди основных групп гумусовых веществ являются гуминовые кислоты, что приводит к образованию в верхних горизонтах гуматного типа гумуса.
4. В почвах горельников в составе обменных катионов происходит увеличение Са. Содержание обменного кальция в почвах гарельников увеличивается в 2-3 раза, что способствует накоплению в составе гумуса гуматов кальция.
5. Температура поверхности почвы горельников в дневное время суток на всех вариантах на 5-7 °С выше температуры почв под пологом леса. Остывание поверхности почвы на участках растительности происходит быстрее, что обуславливает низкие температуры горельников в ночное время суток.
Библиографический список
1. Сапожников, А. П. Роль огня в формировании лесных почв / А. П. Сапожников // Экология. - 1976. - № 1. -С. 33-36.
2. Понамарева, В. В. Гумус и почвообразование / В. В. По-намарева. - Л. : Наука, 1980. - 220 с.
3. Фуряев, В. В. Роль пожаров в процессе лесообразования / В. В. Фуряев. - Новосибирск : Наука, 1996. - 402 с.
ГОЛОЩАПОВА Юлия Юрьевна, соискатель по кафедре экологии и природопользования. КАЛИНЕНКО Николай Алексеевич, доктор сельскохозяйственных наук, профессор кафедры экономической и социальной географии.
Адрес для переписки: уиЦуа.уигеупа@тЪох
Статья поступила в редакцию 18.10.2011 г.
© Ю. Ю. Голощапова, Н. А. Калиненко
Книжная полка
Владимирова, Е. В. Общая экология : конспект лекций / Е. В. Владимирова. - Омск : Изд-во ОмГТУ, 2012. - 75 с.
Рассматриваются экологические проблемы по масштабам проявления. Особое внимание уделяется раскрытию причин возникновения глобальных экологических проблем; приводятся последствия действия региональных и локальных экологических процессов на окружающую среду. Раскрываются причины экологических кризисов и усилия общества к их преодолению.
Химия окружающей среды : учеб. пособие для вузов по специальностям 656600 «Защита окружающей среды» (специалист), 280300 «Техносферная безопасность» (специалист) / Т. И. Ха-ханина [и др.] ; под ред. Т. И. Хаханиной. - М. : Юрайт: Высш. образование, 2010. - 129 с. -ISBN 978-5-9916-0291-4.
Изложены основные закономерности функционирования экологических систем и биосферы в целом. Рассмотрены проблемы загрязнения биосферы по разделам: происхождение и эволюция Земли, гидросфера, атмосфера, озоновые дыры в атмосфере, кислотные дожди, последствия и возможные методы решения проблемы, радионуклиды и их воздействие на окружающую среду.
