Помощь студентам в учебе
Трансформация подстилки в экосистемах разных лесообразователей (экспериментальное исследование)
|
Введение………………………………………………………………………...3
1. Органическое вещество почвы: состав, структура и пути
трансформации………………………………………………………………………5
1.1 Легкоминерализуемая фракция органического вещества почвы и
основные источники ее формирования…………………………………………….8
1.1.1 Растительный опад……………………………….………………...8
1.1.2 Корневой опад……………………………………..………………..9
1.1.3 Микробная биомасса……………………….……………………..10
1.1.4 Лесная подстилка………………………………………….………11
1.2 Трансформация компонентов фракции ЛМОВ……………………..…13
1.2.1 Факторы, влияющие на трансформацию…………...……………13
1.2.2 Минерализация и гумификация растительного вещества………14
1.2.3 Формирование подвижного органического вещества……….….18
1.3 Водорастворимые продукты разложения подстилки и их роль в
почвообразовании………………………………………………………..……20
1.4 Значение легкоминерализуемого органического вещества почвы……20
2. Объект и методы исследования…………………………….………….....22
2.1 Объект исследования…………………………………..………………22
2.2 Методы исследования……………………………………….…………23
3. Экологические условия района исследования……………………………26
3.1 Характеристика района исследования…………………………………26
4. Запас и фракционный состав подстилки и опада в 40-летних экосистемах
кедра, сосны, ели, лиственницы, осины и березы ……………………..………30
4.1 Интенсивность отмирания фитомассы древостоев и фракционный состав опада…………………………………………………...…………………...30
4.2 Запас подстилки и ее состав в экосистемах разных лесообразователей……………………………………………………………….…31
4.3 Соотношение углерода и азота в опаде и подстилке…………………33
5. Трансформация подстилки в полевом эксперименте (разложение
подстилки на лизиметрах)…………...…………………………………………….34
5.1 Изменение запаса и стратиграфии подстилки в процессе
разложения…………………………………………………………….……………35
5.2 Интенсивность разложения массы подстилка + опад на лизиметрах..36
5.2.1 Вынос в почву водорастворимых органических продуктов
разложения подстилки……………………………………………………………..38
5.2.2 Состав подвижного органического вещества подгоризонтов
подстилки…………………………………………………………………………...39
5.2.3. Изменение содержания подвижного углерода при разложении
подстилки…………………………………………………………………………...41
5.2.4. Соотношение потоков минерализации и гумификации при разложении органического вещества опада + подстилки……………………….44
Заключение………………………………………………….…………………46
Список использованных источников………………………….……………..4
1. Органическое вещество почвы: состав, структура и пути
трансформации………………………………………………………………………5
1.1 Легкоминерализуемая фракция органического вещества почвы и
основные источники ее формирования…………………………………………….8
1.1.1 Растительный опад……………………………….………………...8
1.1.2 Корневой опад……………………………………..………………..9
1.1.3 Микробная биомасса……………………….……………………..10
1.1.4 Лесная подстилка………………………………………….………11
1.2 Трансформация компонентов фракции ЛМОВ……………………..…13
1.2.1 Факторы, влияющие на трансформацию…………...……………13
1.2.2 Минерализация и гумификация растительного вещества………14
1.2.3 Формирование подвижного органического вещества……….….18
1.3 Водорастворимые продукты разложения подстилки и их роль в
почвообразовании………………………………………………………..……20
1.4 Значение легкоминерализуемого органического вещества почвы……20
2. Объект и методы исследования…………………………….………….....22
2.1 Объект исследования…………………………………..………………22
2.2 Методы исследования……………………………………….…………23
3. Экологические условия района исследования……………………………26
3.1 Характеристика района исследования…………………………………26
4. Запас и фракционный состав подстилки и опада в 40-летних экосистемах
кедра, сосны, ели, лиственницы, осины и березы ……………………..………30
4.1 Интенсивность отмирания фитомассы древостоев и фракционный состав опада…………………………………………………...…………………...30
4.2 Запас подстилки и ее состав в экосистемах разных лесообразователей……………………………………………………………….…31
4.3 Соотношение углерода и азота в опаде и подстилке…………………33
5. Трансформация подстилки в полевом эксперименте (разложение
подстилки на лизиметрах)…………...…………………………………………….34
5.1 Изменение запаса и стратиграфии подстилки в процессе
разложения…………………………………………………………….……………35
5.2 Интенсивность разложения массы подстилка + опад на лизиметрах..36
5.2.1 Вынос в почву водорастворимых органических продуктов
разложения подстилки……………………………………………………………..38
5.2.2 Состав подвижного органического вещества подгоризонтов
подстилки…………………………………………………………………………...39
5.2.3. Изменение содержания подвижного углерода при разложении
подстилки…………………………………………………………………………...41
5.2.4. Соотношение потоков минерализации и гумификации при разложении органического вещества опада + подстилки……………………….44
Заключение………………………………………………….…………………46
Список использованных источников………………………….……………..4
Лесная подстилка исполняет важнейшую роль в обмене веществом и энергией между элементами системы древостой почва. Процессы её трансформации в значительной мере определяют характер почвообразовательных процессов и плодородия почв. Являясь результатом сложного взаимодействия живого и косного вещества, лесная подстилка представляет собой особый горизонт профиля почв в лесных экосистемах. Отмирание растительных органов (опад, отпад) и их деструкция обусловливают формирование периодически обновляющегося органического вещества (ОВ), обладающего относительно постоянной величиной [1].
Верхняя часть лесной подстилки (L) ежегодно подновляется за счет опадающих фракций фитомассы, нижняя - последовательно трансформируется в подгоризонты ферментации (F) и гумификации (Н) [2, 3, 4]. Аккумуляция органического материала и содержащихся в нем зольных элементов и азота формирует ближайший резерв элементов питания для растительного полога и энергетических ресурсов, «под влиянием которых изменяются как отдельные компоненты биогеоценозов, так и биогеоценозы в целом. Эти изменения происходят в результате постепенного накопления почвами новых признаков и свойств».
Разложение подстилки осуществляется в процессе минерализации органического вещества до конечных продуктов окисления (О2, СО2, Н2О и др.) и гумификации, приводящей к синтезу гумусовых веществ. Интенсивность процесса разложения характеризует изменение массы органического вещества на единице площади за единицу времени (кг,г/(га,м2*год). массу высвобождающегося вещества на единице площади, Вычленить участие каждого из этих звеньев процесса разложения возможно, используя изотопно¬индикаторный метод с тотально-меченными соединениями. Исключительно важное значение имеет оценка интенсивности гумификации лесной подстилки. Этот показатель, характеризуя количество новообразованного гумуса за единицу времени на единице площади, служит единственной приходной статьей углеродного балансы почвы, по которой можно оценить годовую аккумуляцию гумуса почвы при разложении подстилки. Включение продуктов разложения подстилки в гумусовые вещества зависит от ее количества и состава. Доля углерода органических остатков подстилки в гумусовых веществах почвы при полном их разложении варьирует от 0 (полная минерализация) до 50% и более.
Целью дипломной работы явился анализ соотношения процессов минерализации и гумификации при разложении подстилки в 40-летних насаждениях основных эдификаторов лесных экосистем Сибири: лиственница, сосна, кедр, ель, осина и береза.
В задачи исследования входило:
1. Определить интенсивность и фракционный состав опада как основного источника формирования лесной подстилки;
2. Определить запас подстилки, ее состав и интенсивность разложения в 40-летних экоситемах;
3. Для определения интенсивности разложения, поступления в почву водорастворимых продуктов разложения подстилки, высвобождения диоксида углерода и новообразовании гумусовых веществ в насаждении каждого лесообразователя заложить эксперимент с разложением массы подстилки, равновеликой запасу в исследуемом насаждении, на лизиметрах.
4. Провести расчет интенсивности процессов минерализации и новообразования гумусовых веществ при разложении подстилки в полевом эксперименте.
Верхняя часть лесной подстилки (L) ежегодно подновляется за счет опадающих фракций фитомассы, нижняя - последовательно трансформируется в подгоризонты ферментации (F) и гумификации (Н) [2, 3, 4]. Аккумуляция органического материала и содержащихся в нем зольных элементов и азота формирует ближайший резерв элементов питания для растительного полога и энергетических ресурсов, «под влиянием которых изменяются как отдельные компоненты биогеоценозов, так и биогеоценозы в целом. Эти изменения происходят в результате постепенного накопления почвами новых признаков и свойств».
Разложение подстилки осуществляется в процессе минерализации органического вещества до конечных продуктов окисления (О2, СО2, Н2О и др.) и гумификации, приводящей к синтезу гумусовых веществ. Интенсивность процесса разложения характеризует изменение массы органического вещества на единице площади за единицу времени (кг,г/(га,м2*год). массу высвобождающегося вещества на единице площади, Вычленить участие каждого из этих звеньев процесса разложения возможно, используя изотопно¬индикаторный метод с тотально-меченными соединениями. Исключительно важное значение имеет оценка интенсивности гумификации лесной подстилки. Этот показатель, характеризуя количество новообразованного гумуса за единицу времени на единице площади, служит единственной приходной статьей углеродного балансы почвы, по которой можно оценить годовую аккумуляцию гумуса почвы при разложении подстилки. Включение продуктов разложения подстилки в гумусовые вещества зависит от ее количества и состава. Доля углерода органических остатков подстилки в гумусовых веществах почвы при полном их разложении варьирует от 0 (полная минерализация) до 50% и более.
Целью дипломной работы явился анализ соотношения процессов минерализации и гумификации при разложении подстилки в 40-летних насаждениях основных эдификаторов лесных экосистем Сибири: лиственница, сосна, кедр, ель, осина и береза.
В задачи исследования входило:
1. Определить интенсивность и фракционный состав опада как основного источника формирования лесной подстилки;
2. Определить запас подстилки, ее состав и интенсивность разложения в 40-летних экоситемах;
3. Для определения интенсивности разложения, поступления в почву водорастворимых продуктов разложения подстилки, высвобождения диоксида углерода и новообразовании гумусовых веществ в насаждении каждого лесообразователя заложить эксперимент с разложением массы подстилки, равновеликой запасу в исследуемом насаждении, на лизиметрах.
4. Провести расчет интенсивности процессов минерализации и новообразования гумусовых веществ при разложении подстилки в полевом эксперименте.
Результаты полевого эксперимента показали, что за 3 года и 5 месяцев в подстилке всех лесообразователей заметно увеличилась доля подгоризонта гумификации. Максимальная интенсивность разложения, т.е. максимальное снижение массы разлагающегося материала отмечено при разложении подстилки кедровника, минимальное - при разложении подстилки осинника и березняка. При близкой массе участвующего в разложении органического вещества скорость его разложения обусловлена качественным и биохимическим составом (соотношением С- и N-содержащих соединений и соотношением органических и минеральных (зольных) элементов).
Основная часть высвободившегося при разложении органического вещества (87-97%) минерализуется до диоксида углерода.
С водорастворимыми органическими продуктами разложения подстилки, вымываемых атмосферными осадками, в почву хвойных насаждений поступает от 4 (в ельнике) до 10 (в сосняке) г С/ (м2 год), в осиннике - 4 и в березняке - 7 г С/(м2 год), что составляет от 2 до 4% разложившегося органического вещества.
Интенсивность гумификации при разложении подстилки хвойных насаждений составляет 18, 19, 4 и 2 гС/(м2 год), соответственно в кедровнике, сосняке, ельнике и лиственничнике. Синтез молодых гумусовых веществ при разложении подстилки в осиннике и березняке составляет 5 гС/(м2 год). В целом, при разложении подстилки хвойных лесообразователей по пути гумификации «уходит» от 1% (в лиственничнике) до 8% (в сосняке) углерода разложившегося вещества, в осиннике и березняке - по 3%. Относительно массы С, участвующей в годичном разложении, на гумификацию расходуется от 0.1 до 1%.
Основная часть высвободившегося при разложении органического вещества (87-97%) минерализуется до диоксида углерода.
С водорастворимыми органическими продуктами разложения подстилки, вымываемых атмосферными осадками, в почву хвойных насаждений поступает от 4 (в ельнике) до 10 (в сосняке) г С/ (м2 год), в осиннике - 4 и в березняке - 7 г С/(м2 год), что составляет от 2 до 4% разложившегося органического вещества.
Интенсивность гумификации при разложении подстилки хвойных насаждений составляет 18, 19, 4 и 2 гС/(м2 год), соответственно в кедровнике, сосняке, ельнике и лиственничнике. Синтез молодых гумусовых веществ при разложении подстилки в осиннике и березняке составляет 5 гС/(м2 год). В целом, при разложении подстилки хвойных лесообразователей по пути гумификации «уходит» от 1% (в лиственничнике) до 8% (в сосняке) углерода разложившегося вещества, в осиннике и березняке - по 3%. Относительно массы С, участвующей в годичном разложении, на гумификацию расходуется от 0.1 до 1%.