Лесотипологические особенности структуры растительности и почв Зауральской холмисто-предгорной провинции

Лесотипологические особенности структуры растительности и почв Зауральской холмисто-предгорной провинции*

Е.С. Золотова, аспирантка, Ботанический сад УрО РАН

Более 90% площади Свердловской области расположено в лесной зоне, из них 62,7% покрыто лесами, подвергающимися активному антропогенному воздействию. Для их восстановления и устойчивого лесопользования нужна информация о структуре и восстановительно-возрастной динамике растительности, их взаимосвязи с лесорастительными условиями. Наиболее полно данные зависимости отражены в исследованиях Б.П. Колесникова с коллегами [1], однако данная фундаментальная работа нуждается в дополнении количественными данными, в особенности о структуре подпологовой растительности и почв, которые после сплошных рубок и пожаров во многом определяют направление

и интенсивность восстановительно-возрастных смен. Без количественных данных невозможна разработка сценариев ведения лесного хозяйства для реальных объектов.

Цель работы — на основе подходов генетической типологии выявить взаимосвязи физикохимических характеристик почв и структуры растительности в южно-таёжных лесах Зауральской холмисто-предгорной провинции и дополнить составленный Б.П. Колесниковым, Р.С. Зубаревой и Е.П. Смолоноговым [1] кадастр типов леса количественными данными о структуре почв и растительности.

Объекты и методы исследований. Исследования проводились в условно-коренных сосновых и еловых лесах, а также на сплошных вырубках и вырубках-гарях южно-таёжного округа Заураль-

* Работа выполнена при поддержке программы Президиума РАН N0. 12-П-4-1060

1. Лесорастительные условия, типы условно-коренных лесов и вырубок по Б.П. Колесникову и др. [1]

Положение в рельефе Индекс Условно-коренной тип леса, шифр Тип вырубки

Устойчиво сухие

резко очерченные вершины возвышенностей, хорошо инсолированные крутые склоны 311 сосняк лишайниково-брусничниковый (С лиш.-бр.) вейниково-бруснично- ракитниковые

Периодически сухие

вершины и верхние половины склонов возвышенностей 321 сосняк брусничниковый; С бр. вейниковые

Устойчиво свежие

вершины спокойных возвышенностей, пологие склоны, реже надпойменные террасы 331 сосняк ягодниковый (С яг.) вейниковые, ракитниково-вейниковые

верхние части придолинных склонов и вершины невысоких холмов 332 сосняк ягодниково-липняковый (С яг.-лп.) липняково-вейниковые, вейниковые

придолинные склоны со щебнем горных пород 333 ельник-сосняк зеленомошниково-ягодниковый (Е-С зм.-яг.) ягодниково-разнотравно-вейниковые, ракитниково-ягодниково-вейниковые

средние и нижние части пологих склонов 334 сосняк орляковый (С орл.) орляково-вейниковые, разнотравно-вейниковые

невысокие водораздельные возвышенности, реже нижние части склонов к небольшим логам 335 сосняк травяно-липняковый (С тр.-лп.) вейниково-разнотравно- липняковые

Свежие, периодически влажные

ровные, слегка приподнятые участки водоразделов, пологие склоны 341 сосняк разнотравный (С ртр.) злаково-разнотравные, кипрейно-вейниковые

слегка приподнятые участки ровных водоразделов и депрессий 342 сосняк с темнохвойным ярусом мшисто-черничниковый (С-Тх мш.-чер.) кипрейно-вейниковые, малиново-кипрейно- вейниковые

Влажные, периодически сырые

дренированные шлейфы придолинных склонов, днища ложбин с временными или небольшими постоянными водотоками 361 сосняк-ельник высокотравный (приручьевой) (С-Е втр.) высокотравные

неглубокие ложбины и котловины на ровных водоразделах 362 ельник мшистый (Е мш.) высокотравно-злаковые, злаковые

ской холмисто-предгорной провинции [1] между 57°00'—57°05' с.ш. и 60°15'—60°25' в.д. Первый этап исследований включал изучение условнокоренных, старовозрастных лесов, сохранившихся в данном регионе на крайне незначительной площади и находящихся под угрозой полного уничтожения.

Второй этап — изучение вырубок-гарей 1—12-летней давности в широком градиенте лесорастительных условий. Пробные площади подбирались по положению в рельефе, градиенту увлажнения, согласно классификации Б.П. Колесникова [1]. Проведены комплексные геоботанические исследования [методы], заложены полнопрофильные почвенные разрезы, описана морфология, определены основные физико-химические характеристики почв. Сопряжённая классификация условно-коренных лесов и сплошных вырубок приведена в таблице 1.

Результаты исследований. В районе исследований в условно-коренных лесах, как и на вырубках-гарях, преобладают бурые горнолесные почвы в сочетании с примитивно-

аккумулятивными на хорошо инсолированных крутых склонах и вершинах холмов. Морфология условно-коренных почв [2] и вырубок [3] дана нами ранее.

Для условно-коренных лесов и вырубок гарей наименьшая видовая насыщенность отмечается для наиболее сухих типов леса на горно-лесных примитивно-аккумулятивных почвах малой мощности (С лиш.-бр.). Увеличение видовой насыщенности на бурых горно-лесных грубогумусовых почвах происходит с усилением устойчивости увлажнения и мощности профиля. Подробное описание взаимосвязи физико-химических свойств почв с характеристиками травяно-кустарничкового яруса условно-коренных лесов приводилось ранее [4].

При рассмотрении взаимосвязи физикохимических свойств почв с характеристиками травяно-кустарничкового яруса изученных вырубок-гарей выявлено, что оптимальная плотность аккумулятивного горизонта от 0,70 до 1,3 г/см3 (табл. 2). Наибольшее видовое разнообразие наблюдается в диапазоне рН водной

2. Физико-химические свойства почв и характеристика травяно-кустарничкового

яруса изученных вырубок-гарей

Почвы Травяно-кустарничковый ярус

Индекс гори- зонт мощ- ность, см скелет, % плот- ность, г/см3 рН н2о РН КС1 К2О, мг/кг проект. покрытие, % абсол. сухая масса, г/м2 число видов на 1 м2

311 А1 ВС 2-6 6-20 11,3 20,2 1,0 1,3 5,54 5,46 4,05 3,78 337.5 116.5 10-15 5-15 6-9

Ах 2-12 6,1 1,0 5,22 4,06 459,0

321 В 12-35 21,9 1,3 4,92 3,94 75,0 15-25 10-40 6-10

ВС 35-50 33,7 1,4 5,10 3,98 78,0

А1 3-11 6,7 1,0 5,73 4,88 313,0

331 В 11-25 10,8 1,4 4,96 3,85 121,0 60-70 50-150 10-15

ВС 25-53 12,6 1,6 5,16 4,02 126,5

А1 2-12 5,1 0,5 5,09 4,36 1255

332 АВ 12-20 18,1 1,3 4,89 3,63 77,5 70-80 90-200 10-20

В 20-55 23,2 1,5 5,13 4,21 49,25

ВС 55-70 25,1 1,6 5,27 4,22 83,5

А1 3-10 5,2 1,0 5,26 4,24 358

333 В 10-15 10,7 1,3 4,75 3,90 73,5 70-80 100-250 12-20

ВС 15-48 15,9 1,6 4,80 3,79 86,5

А1 3-15 6,9 1,2 4,97 3,81 213

334 В1 15-35 4,8 1,5 5,28 3,56 233,5 80-100 200-300 15-21

В2 35-45 16,5 1,5 5,26 3,62 186

ВС 45-80 13,5 1,5 5,25 3,64 191

А1 7-20 2,6 1,0 5,39 4,34 158,5

335 В 30-45 3,4 1,4 5,26 3,70 138,5 80-100 250-350 10-12

ВС 45-85 4,1 1,3 5,45 3,54 233,5

А1 6-16 4,4 0,9 5,36 4,38 212

341 В1 В2 32 35 -- 63 13 8,6 9,5 1,3 1,6 5,10 5,19 3,94 3,83 102 141 80-100 300-400 10-12

ВС 52-112 10,6 1,5 5,67 3,86 167

342 А1 ВС 3-15 15-40 12,1 24,6 1,2 1,4 5,37 5,45 3,82 3,97 123,5 49,75 90-100 400-500 7-10

А1 2-15 8,2 0,8 4,67 3,83 486,5

361 В1 В2 15-47 47-65 21,8 15,8 1,4 1,8 5,24 5,58 3,78 3,81 170 108 90-100 400-500 10-14

ВС 65-100 39,3 1,5 5,12 3,85 138

А1 2-23 21,5 0,9 5,48 4,36 466,5

А2 23-33 15,2 1,5 5,43 3,84 125

362 А2В 33-43 9,3 1,5 5,70 3,71 175 90-100 400-500 10-13

В 43-73 5,7 1,3 5,82 3,87 189

ВС 73-90 17,3 1,4 6,19 4,10 191

вытяжки почв от 4,97 до 5,39 (слабокислые), а наименьшее на среднекислых почвах под вырубкой-гарью сосняка-ельника высокотравного. Для рН солевой вытяжки подобных тенденций не выявлено, преимущество — все почвы изученных вырубок-гарей очень сильно кислые (рНКС1 < 4,0) и сильно кислые (рНКС1 = 4,1—4,5), а видовое разнообразие при данных значениях максимально для вырубки-гари сосняка орлякового и ягодниково-липнякового и минимально для вырубки-гари сосняка лишайниково-брусничникового.

Для всех изученных почв, как условнокоренных типов леса, так и вырубок-гарей, характерно высокое содержание легкоподвижного калия.

В топоэкологическом профиле трёх типов леса сосняка брусничникового, сосняка ягодниково-

липнякового, сосняка разнотравного, в вариантах лес-вырубка, с конца апреля по сентябрь 2012 г. определялась полевая влажность с интервалом 7 дней. Образцы почвы на влажность проанализированы термо-весовым методом. Получено 19 временных рядов. Дисперсионный анализ данных позволил получить ряд выводов. Различия во влажности между почвенными горизонтами для всех изученных типов леса максимальны в начале сезона. Установлена достоверность различий между горизонтами А1 и В во влажности почвы для всех изученных типов леса, а также достоверность различий между лесом и вырубкой (рис.).

Выводы. Лесотипологический анализ позволил выявить особенности структурной организации старовозрастных лесов и вырубок-гарей Зауральской холмисто-предгорной провинции.

Стадия; LS Means Current effect: F(1, 570)=15,690, p=,00008 Effective hypothesis decomposition Vertical bars denote 0,95 confidence intervals

-Û

I—

о

0

1

x

го

с;

m

Рис.

Лес Вырубка

Сукцессионный статус

Зависимость влажности почвы от сукцессионного статуса

Для 10 преобладающих субкоренных типов леса и 11 типов вырубок-гарей южно-таёжного округа дополнен кадастр типов леса Зауральской холмисто-предгорной провинции данными о

морфологии почв, их плотности, скелетности, гигроскопической влажности, pH, содержании калия, динамике этих свойств в почвенном профиле, а также данными о видовой структуре и продуктивности травяно-кустарничкового яруса. Для условно-коренных лесов и вырубок-гарей впервые на количественном уровне проанализированы зависимости видовой насыщенности, проективного покрытия травяно-кустарничкового яруса от физико-химических свойств почвы, изучены тенденции изменения свойств внутри почвенного профиля. Выявлены особенности для режимов увлажнения и типов леса. Впервые показано, что данные зависимости статистически значимые. Впервые для трёх типов южно-таёжных лесов в вариантах лес — вырубка-гарь получены длинные временные ряды динамики полевой влажности в течение сезона для двух горизонтов. Выявлена достоверность различий влажности почвы для горизонтов, типов леса, сукцессионного статуса (условно-коренной лес и вырубка-гарь).

Литература

1. Колесников Б.П., Зубарева P.C., Смолоногов Е.П. Лесорастительные условия и типы лесов Свердловской области. Практическое руководство. Свердловск: УНЦ АН СССР, 1974. 176 с.

2. Иванова Н.С., Золотова Е.С. Экология южно-таёжных лесов Зауральской холмисто-предгорной провинции // Любшцев-ские чтения — 2011. Современные проблемы эволюции: сб. матер, междунар. конф. Ульяновск, 2011. С. 305—314.

3. Золотова Е.С., Иванова Н.С. Лесотипологическое исследование вырубок Зауральской холмисто-предгорной провинции // Известия Самарского научного центра РАН. 2012. Т. 14. № 1 (4). С, 1016-1019.

4. Иванова Н.С., Золотова Е.С. Факторы типологического и видового разнообразия лесов Зауральской холмистопредгорной провинции // Фундаментальные исследования. Пенза, 2011. № 12 (2). С. 275-280.