ИЗМЕНЕНИЕ ЛЕСОРАСТИТЕЛЬНЫХ СВОЙСТВ ПОЧВ В ТРАНСФОРМИРОВАННЫХ ЛИСТВЕННИЧНЫХ ЛЕСАХ ГОР ЮГА СИБИРИ
|
Введение 3
2. Условия почвообразования 5
2.1. Рельеф 5
2.2. Климат 7
2.3. Растительность 10
2.4. Почвообразующие породы 12
3. Объекты и методы исследования 14
3.1.Объекты исследования 14
3.2. Методы исследования 28
4. Физические и физико-химические свойства исследуемых почв 29
4.1. Физические свойства 29
4.1.1. Гранулометрический состав 29
4.1.2. Плотность сложения 33
4.1.3. Гигроскопическая влага 35
4.2. Физико-химические свойства 37
4.2.1. Содержание гумуса 37
4.2.2. рН водной вытяжки 39
4.2.3. Содержание карбонатов 41
4.2.4. Ёмкость катионного поглощения 42
4.2.5. Сумма поглощённых оснований, содержание Ca2+ и Mg2+ 43
5. Заключение 46
6. Список литературы 49
2. Условия почвообразования 5
2.1. Рельеф 5
2.2. Климат 7
2.3. Растительность 10
2.4. Почвообразующие породы 12
3. Объекты и методы исследования 14
3.1.Объекты исследования 14
3.2. Методы исследования 28
4. Физические и физико-химические свойства исследуемых почв 29
4.1. Физические свойства 29
4.1.1. Гранулометрический состав 29
4.1.2. Плотность сложения 33
4.1.3. Гигроскопическая влага 35
4.2. Физико-химические свойства 37
4.2.1. Содержание гумуса 37
4.2.2. рН водной вытяжки 39
4.2.3. Содержание карбонатов 41
4.2.4. Ёмкость катионного поглощения 42
4.2.5. Сумма поглощённых оснований, содержание Ca2+ и Mg2+ 43
5. Заключение 46
6. Список литературы 49
Таёжный пояс горных систем Юга Сибири является самым обширным по площади поясом высотной зональности. Особенное место занимают лиственничные леса, которые простираются на большие площади, хотя произрастают отдельными массивами повсеместно. Почвозащитная роль лесов, которую отмечали и исследовали многие учёные, заключается в свойстве леса скреплять корнями рыхлый почвообразущий слой, образовывать подстилку, формировать ярусность насаждения, ослабляя поверхностный сток, способствуя переводу его во внутренний. Это имеет большое противоэрозионное значение особенно в горных условиях.
Одним из важнейших факторов влияющий на строение, состав и формирование горных лесов Южной Сибири являются пожары. Лесные пожары - сложный комплекс прямо- и косвеннодействующих факторов, которые вызывают преобразование всех взаимосвязанных элементов биогеоценозов. В основном, вспышки их повторяются с определённой регулярностью через 10-12 лет на фоне 22 - 24 летних циклов, обусловленные изменением атмосферной циркуляции под влиянием солнечной активности (Санников, 1973). В отличии от других природных катаклизмов, которые изменяются постепенно, пожары характеризуются импульсивным действием, возникая внезапно и интенсивно.
Основной характеристикой циклических смен лесных пожаров служит возвращение системы в исходное или близкое к исходному состояние. До антропогенного воздействия, пожары носили закономерный циклический характер. Однако участившиеся пожары, массовая вырубка лесов и друга деятельность человека превратили это в необратимый процесс. (Коморова, 1992)
По степени опасности возникновения пожаров исследуемая территория светлохвойных лесов гор Южной Сибири относится к классу средней пожарной опасности. Пожароопасный период, согласно А.М. Стародумову (1966), наступает весной сразу после таяния снега, при этом весенние пожары чаще всего носят временный характер. Осенние пожары обычно более устойчивые.
Однако лесные пожары не единственная проблема светлохвойных лесов Южной Сибири. Леса издавна подвергаются антропогенному явлению. Они использовались для строительства, обогрева жилищ, в металлургии, расчищался для сельскохозяйственных угодий. В результате производственной деятельности человека, усилении эксплуатации природных ресурсов лесные экосистемы серьёзно пострадали. В следствии активного использования природы происходит перестройка всех компонентов биосферы и её преобразование, что может привести к необратимым последствиям.
Вырубка лесов приводит к изменению растительности, наращению почвенного покрова, способствует развитию эрозионных процессов, уменьшение содержание гумуса. В горах в условиях гумидного климата и рассечённого рельефа сведение леса может приводит к полной деградации почв, как результата уничтожения лесной подстилки, обесструктуривания, уплотнения, смыва и т.д. Происходит формирование антропогенно- нарушенных ландшафтов, которые в свою очередь отличаются от природных лесов.
Цель данной работы - проследить изменение лесорастительных свойств почвы после лесных пожаров и сплошных лесных вырубок. В качестве диагностических показателей были исследованы физические и физико-химические свойства почв Кузнецкого Алатау и Западного Саяна.
Для этого были поставлены следующие задачи:
1. Изучить особенности формирования почв под лиственничными лесами;
2. Определить физические и физико-химические свойства исследуемых почв;
3. Составить сравнительную характеристику лесорастительных свойств почв под ненарушенным древостоем и после лесных пожарищ и вырубок.
Одним из важнейших факторов влияющий на строение, состав и формирование горных лесов Южной Сибири являются пожары. Лесные пожары - сложный комплекс прямо- и косвеннодействующих факторов, которые вызывают преобразование всех взаимосвязанных элементов биогеоценозов. В основном, вспышки их повторяются с определённой регулярностью через 10-12 лет на фоне 22 - 24 летних циклов, обусловленные изменением атмосферной циркуляции под влиянием солнечной активности (Санников, 1973). В отличии от других природных катаклизмов, которые изменяются постепенно, пожары характеризуются импульсивным действием, возникая внезапно и интенсивно.
Основной характеристикой циклических смен лесных пожаров служит возвращение системы в исходное или близкое к исходному состояние. До антропогенного воздействия, пожары носили закономерный циклический характер. Однако участившиеся пожары, массовая вырубка лесов и друга деятельность человека превратили это в необратимый процесс. (Коморова, 1992)
По степени опасности возникновения пожаров исследуемая территория светлохвойных лесов гор Южной Сибири относится к классу средней пожарной опасности. Пожароопасный период, согласно А.М. Стародумову (1966), наступает весной сразу после таяния снега, при этом весенние пожары чаще всего носят временный характер. Осенние пожары обычно более устойчивые.
Однако лесные пожары не единственная проблема светлохвойных лесов Южной Сибири. Леса издавна подвергаются антропогенному явлению. Они использовались для строительства, обогрева жилищ, в металлургии, расчищался для сельскохозяйственных угодий. В результате производственной деятельности человека, усилении эксплуатации природных ресурсов лесные экосистемы серьёзно пострадали. В следствии активного использования природы происходит перестройка всех компонентов биосферы и её преобразование, что может привести к необратимым последствиям.
Вырубка лесов приводит к изменению растительности, наращению почвенного покрова, способствует развитию эрозионных процессов, уменьшение содержание гумуса. В горах в условиях гумидного климата и рассечённого рельефа сведение леса может приводит к полной деградации почв, как результата уничтожения лесной подстилки, обесструктуривания, уплотнения, смыва и т.д. Происходит формирование антропогенно- нарушенных ландшафтов, которые в свою очередь отличаются от природных лесов.
Цель данной работы - проследить изменение лесорастительных свойств почвы после лесных пожаров и сплошных лесных вырубок. В качестве диагностических показателей были исследованы физические и физико-химические свойства почв Кузнецкого Алатау и Западного Саяна.
Для этого были поставлены следующие задачи:
1. Изучить особенности формирования почв под лиственничными лесами;
2. Определить физические и физико-химические свойства исследуемых почв;
3. Составить сравнительную характеристику лесорастительных свойств почв под ненарушенным древостоем и после лесных пожарищ и вырубок.
Влияние лесных пожаров и вырубок являются наиболее актуальными вопросами современного почвоведение в связи с широкой освоенностью горно-лесных территорий и потеплением климата. Лесные вырубки на данном этапе носят исключительно антропогенный характер, когда пожарам в горах Юга Сибири можно присвоить звание «природных катаклизмов», которые способны полностью уничтожить древостой и привести к смене ценных древесных пород на малоценные. Растущие антропогенные нагрузки в совокупности с имеющейся нарушенностью территории и характерными для юга Сибири климатическими и лесорастительными засушливыми условиями предопределяют высокую степень горимости.
Пирогенные явления в почвах рассматриваются в ландшафтно-геохимическом аспекте, уделяя внимание влиянию геоморфологических особенностей на трансформацию почв, пройденных огнём. (Цибарт, Геннадиев, 2009). Данные по изучению свойств почв под воздействием пирогенного фактора противоречивы: одни утверждают, что влажность почв после пожара возрастает из-за уменьшения транспирационного поступления осадков на поверхность почвенного покрова в результате разрушения древостоя, другие высказывают мнения, что происходит обезвоживание илистой и коллоидной фракций, которые связывают влагу, кроме того уменьшается влагоёмкость за счёт уплотнения почвы.
В изученных почвах установлены направленные изменение содержания гумуса. Процесс накопления углерода может быть вызван многими причинами.
Во-первых, при пожарах сильной интенсивности древесная растительность сменяется на травянистую и, следовательно, увеличивается количество органических остатков, которые поступают в почву. Во-вторых, было отмечено, что в первые годы после пожара накопление органического углерода происходит в результате ускоренного разложения несгоревших остатков корней. В литозёмах серогумусовых типичных почвах постпирогенного характера содержание в верхнем гумусовом горизонте составляет 13,8%, в то время как в фоновых литозёмах оно находится в пределах 13,2% (не столь сильное различие объясняется коротким промежутком времени прошедшим после пожара - 1 год).
Как уже было отмечено, литозёмы серогумусовые типичные карбонатосодержащие характеризуются нейтральной или слабощелочной реакцией среды верхних горизонтов. Изменение кислотности верхних горизонтов почв наиболее заметно в год прохождения пожара или наследующий, в нижележащих горизонтах сдвиг реакции среды происходит немного позже. В изученных почвах, по сравнению с исследованиями прошлого года, которые были подвержены воздействию пирогенного фактора, наблюдается увеличение щёлочности, что объясняется нейтрализацией органических кислот гумусовых горизонтов зольными элементами сгоревших растений.
Снижение кислотности почвенного профиля способствовало повышению окислительно-восстановительного потенциала, что отразилось на содержании обменных Ca2+ и Mg2+. Содержание обменных катионов в литоземе серогумусовом типичном карбонатосодержащем фонового участка колеблется в пределах 35 мг-экв/100 г почвы, в то время как в почвах, пройденных пожаром, оно возрастает почти до 53 мг-экв/100 г почвы.
Многие исследователи, такие как Карпель Б.А., Короходкина В.Г.(1979), Ю.Н. Красощеквова (1988, 1994), как правило, отмечали, что под влиянием высокой температуры ухудшается микроагрегированность почв, возрастает их объёмная масса, уменьшается общая пористость верхних горизонтов, происходит увеличение плотности, а также увеличивается содержание мелких фракций и уменьшается содержание крупных. Однако, видимых изменений в физических свойствах исследованных почвах не произошло, что можно объяснить коротким промежутком времени, прошедшим после пожара.
Сплошные рубки оказывают такое же влияние на лесорастительные свойства почв: изменяется водно-воздушный режим, агрегатного, микроагрегатного состав, водопроницаемость, плотность и т.д. Как было отмечено Р.П. Титараевым (2009), изменения свойств почв на вырубках затрагивают преимущественно верхние горизонты, на восстановление исходных свойств которых потребутся 100 и более лет. Наиболее интенсивно почвообразовательные процессы изменяются в первые несколько лет после вырубки.
Чернозёмовидные типичные карбонатосодержащие почвы широко распространены в поясе светлохвойных лиственничных лесов восточного склона Кузнецкого Алатау. (Ильиных, 1970). Генетической особенностью данных почв служит интенсивное биогенное накопление оснований вместе с органическим веществом в условиях сухого «антициклонального» климатического режима и при наличии пород, богатых основаниями.
Сплошная лесная вырубка, а, следовательно, смена растений эндификаторов и увеличение температурного режима почв, оказали непосредственное влияние на органическое вещество почв. Содержание гумуса фоновых почв колеблется в пределе 10-11% (Мерзляков, 2012), однако в почвах под сплошными вырубками его значение выросло 1,3 - 1,8 раз до 13 - 18 % за счёт высокой скорости и интенсивности процесса гумификации.
Нарушения, вызванные лесозаготовкой, способствуют увеличению вариабельности показателя кислотности почв вырубок. Для начальных стадий характерно некоторое подщелачивании, однако, как утверждает Р.П. Титараев (2009) при появлении хотя бы одновозрастного древесного яруса показатель кислотности увеличивается.
Участки ненарушенных черноземовидных почв характеризуются содержание обменных оснований в количестве 28 - 34 мг-экв/100 г почвы (Мерзляков, 2012), однако на изученных участках вырубок эти значений достигли 57 - 71 мг-экв/100 г почвы. Такое значительное повышение суммы обменных оснований связано с усиливающимися процессами разложения органического вещества и влиянием травянистой растительности, которая стала преобладающей.
Выявленные нами изменения экологических свойств почв: увеличение содержание гумуса, емкости катионного поглощения, снижение кислотности почвенного раствора, уплотнение верхних горизонтов приводят к остепнению, вследствие чего может произойти сдвиг границ зон и высотных поясов.
Однако исследования проводились на начальных этапах пирогенного и антропогенного воздействия и необходимо дальнейшее изучение динамики изменения основных лесорастительных свойств почв данных территорий.
Пирогенные явления в почвах рассматриваются в ландшафтно-геохимическом аспекте, уделяя внимание влиянию геоморфологических особенностей на трансформацию почв, пройденных огнём. (Цибарт, Геннадиев, 2009). Данные по изучению свойств почв под воздействием пирогенного фактора противоречивы: одни утверждают, что влажность почв после пожара возрастает из-за уменьшения транспирационного поступления осадков на поверхность почвенного покрова в результате разрушения древостоя, другие высказывают мнения, что происходит обезвоживание илистой и коллоидной фракций, которые связывают влагу, кроме того уменьшается влагоёмкость за счёт уплотнения почвы.
В изученных почвах установлены направленные изменение содержания гумуса. Процесс накопления углерода может быть вызван многими причинами.
Во-первых, при пожарах сильной интенсивности древесная растительность сменяется на травянистую и, следовательно, увеличивается количество органических остатков, которые поступают в почву. Во-вторых, было отмечено, что в первые годы после пожара накопление органического углерода происходит в результате ускоренного разложения несгоревших остатков корней. В литозёмах серогумусовых типичных почвах постпирогенного характера содержание в верхнем гумусовом горизонте составляет 13,8%, в то время как в фоновых литозёмах оно находится в пределах 13,2% (не столь сильное различие объясняется коротким промежутком времени прошедшим после пожара - 1 год).
Как уже было отмечено, литозёмы серогумусовые типичные карбонатосодержащие характеризуются нейтральной или слабощелочной реакцией среды верхних горизонтов. Изменение кислотности верхних горизонтов почв наиболее заметно в год прохождения пожара или наследующий, в нижележащих горизонтах сдвиг реакции среды происходит немного позже. В изученных почвах, по сравнению с исследованиями прошлого года, которые были подвержены воздействию пирогенного фактора, наблюдается увеличение щёлочности, что объясняется нейтрализацией органических кислот гумусовых горизонтов зольными элементами сгоревших растений.
Снижение кислотности почвенного профиля способствовало повышению окислительно-восстановительного потенциала, что отразилось на содержании обменных Ca2+ и Mg2+. Содержание обменных катионов в литоземе серогумусовом типичном карбонатосодержащем фонового участка колеблется в пределах 35 мг-экв/100 г почвы, в то время как в почвах, пройденных пожаром, оно возрастает почти до 53 мг-экв/100 г почвы.
Многие исследователи, такие как Карпель Б.А., Короходкина В.Г.(1979), Ю.Н. Красощеквова (1988, 1994), как правило, отмечали, что под влиянием высокой температуры ухудшается микроагрегированность почв, возрастает их объёмная масса, уменьшается общая пористость верхних горизонтов, происходит увеличение плотности, а также увеличивается содержание мелких фракций и уменьшается содержание крупных. Однако, видимых изменений в физических свойствах исследованных почвах не произошло, что можно объяснить коротким промежутком времени, прошедшим после пожара.
Сплошные рубки оказывают такое же влияние на лесорастительные свойства почв: изменяется водно-воздушный режим, агрегатного, микроагрегатного состав, водопроницаемость, плотность и т.д. Как было отмечено Р.П. Титараевым (2009), изменения свойств почв на вырубках затрагивают преимущественно верхние горизонты, на восстановление исходных свойств которых потребутся 100 и более лет. Наиболее интенсивно почвообразовательные процессы изменяются в первые несколько лет после вырубки.
Чернозёмовидные типичные карбонатосодержащие почвы широко распространены в поясе светлохвойных лиственничных лесов восточного склона Кузнецкого Алатау. (Ильиных, 1970). Генетической особенностью данных почв служит интенсивное биогенное накопление оснований вместе с органическим веществом в условиях сухого «антициклонального» климатического режима и при наличии пород, богатых основаниями.
Сплошная лесная вырубка, а, следовательно, смена растений эндификаторов и увеличение температурного режима почв, оказали непосредственное влияние на органическое вещество почв. Содержание гумуса фоновых почв колеблется в пределе 10-11% (Мерзляков, 2012), однако в почвах под сплошными вырубками его значение выросло 1,3 - 1,8 раз до 13 - 18 % за счёт высокой скорости и интенсивности процесса гумификации.
Нарушения, вызванные лесозаготовкой, способствуют увеличению вариабельности показателя кислотности почв вырубок. Для начальных стадий характерно некоторое подщелачивании, однако, как утверждает Р.П. Титараев (2009) при появлении хотя бы одновозрастного древесного яруса показатель кислотности увеличивается.
Участки ненарушенных черноземовидных почв характеризуются содержание обменных оснований в количестве 28 - 34 мг-экв/100 г почвы (Мерзляков, 2012), однако на изученных участках вырубок эти значений достигли 57 - 71 мг-экв/100 г почвы. Такое значительное повышение суммы обменных оснований связано с усиливающимися процессами разложения органического вещества и влиянием травянистой растительности, которая стала преобладающей.
Выявленные нами изменения экологических свойств почв: увеличение содержание гумуса, емкости катионного поглощения, снижение кислотности почвенного раствора, уплотнение верхних горизонтов приводят к остепнению, вследствие чего может произойти сдвиг границ зон и высотных поясов.
Однако исследования проводились на начальных этапах пирогенного и антропогенного воздействия и необходимо дальнейшее изучение динамики изменения основных лесорастительных свойств почв данных территорий.
