CC BY
80
УДК 634.0.18:631.4 П.А. Тарасов, А.В. Тарасова
ВЛИЯНИЕ ПРИДОРОЖНЫХ ПОЛОС ЛИСТВЕННИЦЫ СИБИРСКОЙ НА АГРОФИЗИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ
ЧЕРНОЗЕМА
В статье рассмотрено влияние 30-летних придорожных полос лиственницы сибирской на структурное состояние и плотность чернозема. Выявлен неоднозначный характер этого влияния, который, с одной стороны, выражается в некотором ухудшении структурного состава, а с другой - в повышении водопрочности агрегатов и уменьшении плотности почвы.
Ключевые слова: лиственница сибирская, чернозем, структурный состав, водопрочность агрегатов, плотность почвы.
P.A. Tarasov, A.V. Tarasova SIBERIAN LARCH ROADSIDE TREE BELT AREA INFLUENCE ON THE CHERNOZEM AGROPHYSICAL INDICATORS
Influence of 30-year-old roadside tree belt areas of Siberian larch on the structural condition and density of chernozem is considered in the article. Complex character of this influence that on the one hand is expressed in some structural composition deterioration, and on the other hand in unit water stability increase and soil density decrease is revealed.
Key words: Siberian larch, chernozem, structural composition, unit water stability, soil density.
Введение. Расшифровка сложных связей и многообразных взаимоотношений в системе лес - почва является одной из приоритетных задач лесной биогеоценологии. Однако в естественных насаждениях вычленить воздействие на почву отдельных видов древесных пород не представляется возможным из-за очень большой пестроты почвенного покрова каждого участка, являющейся результатом сложного и длительного процесса формирования леса [12-14]. Поэтому особый интерес в данном аспекте представляют чистые искусственные насаждения различного целевого назначения, создаваемые на нелесных почвах. К таковым относятся и придорожные и полезащитные полосы из лиственницы сибирской, весьма распространенные в степных районах Красноярского края и Республики Хакасия.
Формирующаяся в этих насаждениях своеобразная экологическая обстановка соответствующим образом изменяет направление, характер и интенсивность почвообразовательных процессов, что приводит к определенным изменениям свойств почвы [14, 20, 23].
Цель исследований. Определение характера и степени влияния придорожных полос лиственницы сибирской на свойства почв в условиях степной части г. Красноярска (микрорайон «Северный»).
Объекты и методы исследований. Объект исследований представлял собой 30-летние пятирядные посадки лиственницы общей площадью около 1 га. При ширине междурядий 2 м и расстоянии между растениями в ряду от 1 до 2 м средняя густота в расчете на 1 га - до 5000 деревьев. Средний диаметр стволов составляет около 15 см, а их высота - 16 м, что соответствует III классу бонитета [17]. Ширина и длина крон в зависимости от расположения дерева и его состояния колеблются от 2 до 5 м и от 3 до 7 м соответственно.
Несмотря на благоприятный световой режим в лесополосе, живой напочвенный покров здесь развит относительно слабо, что, вероятно, связано с негативным влиянием лесной подстилки. Общее проективное покрытие живого напочвенного покрова составляет в среднем около 20 %, а доминирующими в его составе видами являются осочка большехвостая, клевер люпиновый, подорожник ланцетолистный и осот розовый, а в нижнем ярусе - зеленые мхи.
Контролем служил расположенный в непосредственной близости участок со степной растительностью, в составе которой доминируют ксерофитные злаки. Их проективное покрытие близко к 100 %, а корневища образуют небольшую по мощности дернину (2-3 см).
С целью проведения полевых морфологических исследований почвы и отбора образцов в лесополосе и на контроле было заложено по пять полуразрезов. Их верхние органогенные горизонты соответственно были представлены подстилкой и степным войлоком мощностью не более 2 см, а ниже располагались два следующих слоя минеральной толщи:
Аи(са) - от 2 до 20 (30) см, темногумусовый горизонт, темно-серый, сухой, среднесуглинистый, структура пылевато-крупнозернистая, сложение плотное тонкопористое тонкотрещиноватое. Содержит многочисленные включения корней трав, слабо реагирует с НС1 по всему горизонту. Граница ровная, переход резкий.
ВСа - от 20 (30) до 50 см и глубже - аккумулятивно-карбонатный горизонт палево-коричневого цвета, сухой, среднесуглинистый, структура крупнокомковато-пылеватая, сложение плотное тонкопористое трещиноватое. Содержит многочисленные единичные включения корней трав и многочисленные новообразования карбонатов в виде псевдомицелия, бурно реагирует с НС1 по всему горизонту.
Анализ морфологических признаков заложенных полуразрезов позволил сделать вывод об относительно однородном характере почвенного покрова обоих исследуемых участков, сформированного черноземом криогенно-мицелярным карбонатным маломощным малогумусированным среднесуглинистым [11].
Поскольку влияние древесной растительности на почвы наиболее сильно проявляется в их верхней полуметровой толще [7, 10], изучались темногумусовый горизонт Аи(са) (2-20 см), а также два слоя аккумулятивно-карбонатного горизонта ВСа (20-30 и 30-50 см). Их плотность определяли с помощью бура
Н.А. Качинского, а изучение почвенной структуры проводили методом сухого и мокрого просеивания в модификации Н.И. Саввинова. Коэффициент структурности рассчитывался как отношение агрономически ценных мезоагрегатов (10-0,25 мм) к сумме макро- (крупнее 10 мм) и микроагрегатов (меньше 0,25 мм), а коэффициент водоустойчивости - по отношению содержания агрегатов крупнее 0,25 мм при мокром просеивании к их содержанию при сухом [3]. В качестве интегрального показателя распределения агрегатов по размеру использовалась средневзвешенная величина их диаметра [5].
Результаты исследований и их обсуждение. Большинство авторов, проводивших исследования в европейской части страны [1-2; 8-10; 19], отмечают положительный характер влияния искусственных насаждений лиственницы на черноземные почвы. В то же время В.В. Стефин [20], работавший в Хакасии, считает это влияние не столь однозначным в связи с некоторым ухудшением структуры и физических свойств южных черноземов под лесополосой.
Результаты проведенных нами исследований также не позволяют в целом однозначно оценить влияние придорожных полос лиственницы на агрофизические свойства чернозема. Прежде всего, такой вывод следует из анализа его структурно-агрегатного состава, представленного в табл. 1.
Результаты «сухого просеивания» обнаружили заметно меньшее (на 10-15 %) содержание наиболее агрономически ценных мезоагрегатов в двух верхних исследуемых почвенных слоях лесополосы (2-20 и 2030 см), вследствие чего их коэффициенты структурности оказались соответственно в 1,9 и 1,6 раза ниже, чем на контроле. В первом из них это обусловлено доминированием в структурном составе микроагрегатов, а во втором - макроагрегатов. Содержание указанных фракций в данных слоях лесополосы более чем в полтора раза превышает аналогичные показатели контрольного участка. Вследствие этого в слое 2-20 см лесополосы средневзвешенный диаметр структурных отдельностей несколько уступает контролю (3,75 против 4,39 мм), а в слое 20-30 см, напротив, на треть превосходит его (9,14 против 6,90 мм).
Вероятнее всего, столь существенные различия в структурном составе обусловлены неодинаковым проявлением прямого и косвенного влияния травянистой и древесной растительности на процессы образования почвенной структуры. Так, худшее структурное состояние слоя 2-20 см в лесополосе можно объяснить слабой степенью развития травянистой растительности, корни которой, с одной стороны, участвуют в создании агрономически ценной структуры непосредственно, а с другой - являются важным источником образования гумуса. Учитывая ведущую роль последнего в структурообразовании, можно предположить, что снижение содержания гумуса в верхнем почвенном слое лесополосы (табл. 2) является одной из причин ухудшения его структурного состояния.
Что касается слоя 20-30 см в лесополосе, то здесь резкое возрастание доли макроагрегатов (увеличение глыбистости), вероятнее всего, связано с его сильным иссушением, которое обусловлено высокой концентрацией в нем корней и очень активной транспирацией лиственницы [2, 4, 8].
В самом же нижнем из исследуемых слоев (30-50 см) различия в структурном составе между лесополосой и степью выражены гораздо слабее. При практически равном содержании мезоагрегатов, а следовательно, и коэффициентов структурности, они проявляются лишь в процентной доле макро- и микроагрегатов. При этом некоторое увеличение (почти на 5 %) содержания макроагрегатов в лесополосе, вероятно, также связано с сильным иссушением данного слоя корнями лиственницы, тогда как несколько большее содержание микроагрегатов на контроле можно объяснить заметным ослаблением с глубиной структурообразующей роли дернового процесса.
Таблица 1
Показатели структурного состояния и плотность исследуемых слоев чернозема
Горизонт, глубина, см Размер агрегатов, мм; их содержание, % (числитель - «сухое просеивание», знаменатель - «мокрое») Средневзвешенный диаметр агрегатов, мм Коэффициент структурности Коэффициент водоустойчивости Плотность почвы, г/см3
>10 10-7 7-5 5-3 3-2 2-1 1-0,5 0,5-0,25 <0,25 _0 т а г О) & а о з 05
Придорожная лесополоса лиственницы
Аи(са), 2-20 13,3 12,7 19 1,7 4,5 3,8 6,1 2,1 5,6 2,2 4,1 6,7 16,2 10,1 12,9 11,0 35,4 49,8 51,3 37,5 3,75 3,33 1,0 5 0,7 8 1,12± 0,03
ВСа, 20-30 38,3 6,8 5,7 0,6 78 0,6 4,8 0,8 27 2,4 5,9 12,0 4,3 15,8 23.7 67.8 38,0 32,2 9,14 0,35 0,6 1 0,4 2 1,29± 0,03
ВСа, 30-50 26,3 6,6 1,0 62 0,9 10,1 4,3 67 3,5 3.3 10.3 8,3 12,8 4,6 11,8 27.4 55.4 46,3 44,6 6,98 0,76 0,8 6 0,6 1 1,24± 0,02
Контроль (участок степи)
Аи(са), 2-20 11,0 2,3 73 7,4 8.3 3.3 14,7 5,4 10,1 2,8 5,2 4,4 12,7 8,4 8.3 9.3 22,4 56,7 66,6 41,0 4,39 1,81 1,9 9 0,5 6 1,24± 0,02
ВСа, 20-30 24,9 9,2 75 0,7 9,3 0,8 6,5 0,6 3.0 2.0 78 2,6 60 7,2 25,8 85,5 49,3 14,5 6,90 0,27 0,9 7 0,2 0 1,43± 0,02
ВСа, 30-50 21,4 8,5 76 10,0 0,1 6,4 0,4 3.4 2.5 67 6,7 4,0 9,6 32,0 80,7 46,6 19,3 6,17 0,24 0,8 7 0,2 8 1,33± 0,02
Таблица 2
Некоторые агрохимические показатели исследуемых слоев чернозема
Горизонт, глубина, см рН водное Поглощенные основания, ммоль/100 г Гумус, %
Са2+ Мд2+ Сумма
Придорожная лесополоса лиственницы
Аи(са), 2-20 7,78 16,70 3,58 20,28 3,80
ВСа, 20-30 8,34 10,90 1,78 12,68 0,95
ВСа, 30-50 8,62 10,00 1,87 11,87 0,73
Контроль (участок степи)
Аи(са), 2-20 7,88 17,80 3,83 21,63 5,10
ВСа, 20-30 8,46 13,70 2,66 16,36 1,05
ВСа, 30-50 8,70 9,00 2,89 11,89 0,65
Таким образом, полученные результаты указывают на ухудшение структурного состава верхнего 30-сантиметрового слоя почвы в придорожной лесополосе. Исследование же такого важного свойства агрегатов, как водопрочность или водоустойчивость [5], напротив, показало более высокие ее количественные характеристики в почве лесополосы (табл. 1), что совпадает с результатами других исследователей [2, 23]. При этом большая водопрочность агрегатов наблюдается во всех рассматриваемых слоях, несмотря на меньшее в сравнении с контролем содержание в них гумуса, который играет исключительно важную роль в создании водоустойчивости структуры [5, 17, 21, 22].
Одной из наиболее вероятных причин этого может быть обусловленное повышенной избирательной способностью лиственницы к оксидам магния [19] снижение его поглощенных катионов в почве лесополосы, поскольку высокое содержание последних негативно влияет на физические свойства почв аналогично обменному натрию [24]. Подобное снижение поглощенного магния под влиянием лесных полос отмечалось и П.Г. Адерихиным [1], проводившим исследования в Каменной степи.
Сопоставление приведенных в табл. 1-2 данных позволяет говорить о наличии определенной зависимости: чем больше уступают почвенные слои лесополосы контролю в содержании поглощенного магния, тем в большей степени они превосходят его по средневзвешенному диаметру водопрочных агрегатов и коэффициенту водоустойчивости. Исключением является только значительно (в 1,8 раза) больший средневзвешенный диаметр водопрочных агрегатов в темногумусовом горизонте лесополосы, содержание поглощенного магния в котором лишь на 0,25 ммоль/100 г (или на 7 %) уступает контролю. Это обусловлено очень высокой (95-85 %) водоустойчивостью самых крупных (более 5 мм) агрегатов данного горизонта (табл. 1), что, вероятно, связано со значительным содержанием в них детрита, который, по мнению некоторых авторов [15-16], имеет особое значение для образования водопрочных агрегатов.
Еще одной из причин резких различий водопрочности агрегатов исследуемых объектов может быть неодинаковый характер процессов замерзания и оттаивания почвы, обусловленный, главным образом, разной высотой снежного покрова. В частности, из-за гораздо меньшего количества снега на контрольном участке степи почва глубже промерзает и медленнее оттаивает, что, по мнению В.В. Чупровой [23], негативно отражается на водопрочности агрегатов.
Известно [5], что плотность почвы во многом является функцией ее структуры. Поэтому различия в структурном составе, отмеченные между исследуемыми объектами, в значительной мере обусловили и соответствующие различия в плотности рассматриваемых почвенных слоев. Как видно из данных табл. 1, в лесополосе она достоверно меньше, чем на контрольном участке.
Это противоречит результатам некоторых исследователей [20, 23], называющих в качестве одного из факторов уплотнения почвы в лесополосах давление массы дерева, но согласуется с данными большинства других авторов [2, 8, 10]. Последние уменьшение плотности почвы в искусственных насаждениях связывают, с одной стороны, с разрыхлящим воздействием мощных корневых систем деревьев, а с другой - с изменениями структурного состава.
По мнению А.Д. Воронина [5], при одинаковом гранулометрическом составе основными факторами, определяющими плотность почв, являются плотность и характер упаковки их агрегатов, которые, в свою очередь, во многом зависят от величины последних. При этом по мере уменьшения размера агрегатов рядом авторов [5, 6, 10] отмечается увеличение их плотности и более плотная упаковка в теле почвы.
Исходя из этого сопоставление средневзвешенного диаметра агрегатов и плотности рассматриваемых почвенных слоев (табл. 1) позволяет заключить следующее. В темногумусовом горизонте лесополосы, где средневзвешенный диаметр агрегатов несколько (на 0,64 мм) уступает контролю, но сосредоточена основная масса корней лиственницы [4], заметно меньшая плотность, главным образом, обусловлена их разрыхляющим воздействием. Что касается горизонта В, то здесь более низкие в сравнении с контролем значения плотности, вероятно, в большей степени обусловлены более крупным размером агрегатов. В пользу данного предположения говорит тот факт, что максимальные различия плотности отмечены в слое 20-30 см (на 0,14 г/см3), средневзвешенный диаметр агрегатов которого в сравнении со слоем 30-50 см гораздо в большей степени (на треть) превосходит аналогичный показатель контроля.
Заключение. Таким образом, за 30-летний период придорожные полосы из лиственницы сибирской вызвали определенные изменения основных агрофизических показателей исследуемого чернозема, которые сложно оценить однозначно. В качестве негативных изменений следует назвать ухудшение структурного состава, выразившееся в уменьшении содержания мезоагрегатов, тогда как заметное повышение водопроч-ности агрегатов и уменьшение плотности почвы оценивается положительно.
Литература
1. Адерихин П.Г. Влияние полезащитных лесных полос на почвы в Каменной степи // Лесные полосы Каменной степи. - Воронеж: Изд-во Воронежского ЛТИ, 1967. - С. 68-82.
2. Беляев А.Б. Многолетняя динамика свойств черноземов выщелоченных под разными лесонасаждениями // Почвоведение. - 2007. - № 8. - С. 917-926.
3. Вадюнина А.Ф., Корчагина З.А. Методы исследования физических свойств почв. - М.: Агропромиздат, 1986. - 416 с.
4. Вайчис М.В. О некоторых особенностях потребления почвенной влаги насаждениями лиственницы и ели на дерново-слабоподзолистых почвах // Влияние хвойных и лиственных насаждений на выщелоченные черноземы лесостепи. - М.: Изд-во АН СССР, 1960. - Т. 1. - С. 202-217.
5. Воронин А.Д. Основы физики почв. - М.: Изд-во МГУ, 1986. - 244 с.
6. Глобус А.М. Фрактальность некоторых физических параметров почв // Почвоведение. - 2006. - № 10.
- С. 1235-1247.
7. Зонн С.В. Взаимодействие и взаимовлияние лесной растительности с почвами // Почвоведение. -1956. - № 7. - С. 90-92.
8. Зонн С.В., Кузьмина Е.А. Влияние хвойных и лиственных пород на физические свойства и водный режим выщелоченных черноземов // Влияние хвойных и лиственных насаждений на выщелоченные черноземы лесостепи. - М.: Изд-во АН СССР, 1960. - Т. 1. - С. 145-201.
9. Зонн С.В., Соколов Д.Ф. Процессы превращения органических веществ хвойных и широколиственных
древесных пород и их влияние на состав гумуса выщелоченных черноземов. - М.: Изд-во АН СССР, 1960. - Т. 1. - С. 61-85.
10. Иванов Б.Н. Влияние насаждений разного состава на физические свойства чернозема выщелоченного // Лесоведение. - 1994. - № 5. - С. 68-78.
11. Классификация и диагностика почв России. - Смоленск: Ойкумена, 2004. - 342 с.
12. КарпачевскийЛ.О. Лес и лесные почвы. - М.: Лесн. пром-сть, 1981. - 264 с.
13. Карпачевский Л.О. Пестрота почвенного покрова в лесном биогеоценозе. - М.: Изд-во МГУ, 1977. -
312 с.
14. Почвенный покров и парцеллярная структура лесного биогеоценоза / Л.О. Карпачевский, Т.А. Зубкова, Л.Н. Ташнинова [и др.] // Почвоведение. - 2007. - № 6. - С. 107-113.
15. Лактионов Н.И., Корецкая Л.К. Гумус в длительно удобряемых черноземах // Тр. Харьков. СХИ. -1977. - Т. 230. - С. 63-72.
16. Лактионова Т.Н. Влияние длительного применения органических удобрений на структурное и гумус-
ное состояние чернозема типичного лесостепи Украинской ССР: автореф. дис.....канд. с.-х. наук. -
М., 1986. - 24 с.
17. Лесотаксационный справочник для южно-таежных лесов Средней Сибири / С.Л. Шевелев [и др.]. - М.: ВНИИЛМ, 2002. - 166 с.
18. Масютенко Н.П., Дубовик Е.В. Связь содержания и состава органического вещества чернозема типичного с размером почвенных агрегатов и их водопрочностью // Фундаментальные физические исследования в почвоведении и мелиорации: мат-лы Всерос. конф. - М.: МГУ, 2003. - С. 78-80.
19. Розанова И.М. Круговорот зольных веществ и изменение физико-химических свойств выщелоченных черноземов под хвойными и широколиственными насаждениями // Влияние хвойных и лиственных насаждений на выщелоченные черноземы лесостепи. - М.: Изд-во АН СССР, 1960. - Т. 1. - С. 5-60.
20. Стефин В.В. Взаимодействие лиственницы сибирской с южными черноземами Хакасии в лесных полосах, созданных шахматным способом // Лесные почвы Ангаро-Енисейского региона. - Красноярск: Институт леса и древесины СО АН СССР, 1978. - С. 117-127.
21. Тюрин И.В. Состав и свойства гумуса черноземов Стрелецкой степи // Вопросы генезиса и плодородия почв. - М.: Наука, 1966. - 316 с.
22. Хан Д.В. Влияние перегнойных веществ, состава минералов и обменных катионов на образование водопрочных агрегатов в черноземных почвах // Почвоведение. - 1957. - № 4. - С. 63-70.
23. Чупрова В.В. Изменение физических свойств темно-каштановой почвы под влиянием лесных насаждений // Агрофизические исследования почв Средней Сибири. - Красноярск: Ин-т леса и древесины СО АН СССР, 1975. - С. 112-120.
24. Шаврыгин П.И. Влияние поглощенного магния на физические свойства почв // Почвоведение. - 1935.
- № 2. - С. 167-173.
---------♦'----------
