Нарушение лесорастительных свойств почвенного покрова Северного Сахалина пожарами

УДК 631 Е.А. Жарикова, В.И. Ознобихин

НАРУШЕНИЕ ЛЕСОРАСТИТЕЛЬНЫХ СВОЙСТВ ПОЧВЕННОГО

ПОКРОВА СЕВЕРНОГО САХАЛИНА ПОЖАРАМИ____________________________________

Рассмотрено влияние пирогенного фактора на эволюцию почвенного покрова под лиственничными лесами Северного Сахалина. Стартовой ситуацией резкого ухудшения лесорастительных свойств почв является обнажение минеральных слоев при выгорании органогенных горизонтов.

В современном почвообразовании на территории Северного Сахалина существенную роль играет пирогенный фактор. Интенсивные геофизические изыскания на этой территории и последующие за ними буровые работы, проводимые зачастую без необходимой предосторожности, способствовали периодическому возникновению пожаров, что привело к сильной деградации растительного и почвенного покрова. В данной статье авторы постарались показать исходное состояние почв, рассмотреть их послепожарную эволюцию и направление изменения лесорастительных свойств.

Современная растительность представляет хороший индикатор экологических условий Северного Сахалина. Она явилась диагностирующим моментом при картографировании почвенного покрова с использованием космических снимков, так как обусловливает цвет, тональность и структуру рисунка контура.

Значительную часть территории Северного Сахалина занимают лиственничные леса, образованные лиственницей камчатской (Lar^x kamtschat^ka), являющиеся зональным типом растительности. Они занимают плакоры, сформированные песками, намытыми, как предполагают, в далеком историческом прошлом рекой Амур. Леса эти развиваются на чрезвычайно маломощных подзолистых почвах, поэтому, как правило, малопродуктивны и редкостойны [6]. Значительного коммерческого значения они не имеют, но выполняют исключительно важные экологические функции: почвозащитные, водорегулирующие, климатозащитные, являясь одновременно местом обитания зверей и птиц, в том числе промысловых [2].

На исследуемой территории выделяют два основных типа леса. Первый - лиственничники кедрово-стланиковые с хорошо выраженным ярусом из кедрового стланика (Ртив ритУа), малыми (0,1-0,5) полнотами и низкой производительностью ^^а бонитет, запасы - до 50 м3/га). Высота древостоев редко превышает 10 м, а средний диаметр - 24 см. Большого хозяйственного значения по причине малых запасов и низкого качества древесины эти леса не имеют. Запасы древесины кедрового стланика на БКП не очень велики и редко превышают 5 м3/га. Второй тип - лиственничники лишайниково-кедровостланиковые, отличаются от предыдущего наличием хорошо выраженного лишайникового яруса. Характеризуются теми же таксационными параметрами. В этих лесах складываются идеальные условия для возникновения лесных пожаров: огонь распространяется по цепочке лишайник^-кедровый стланики-лиственница и в ветреную погоду переходит в верховой пал.

Значительная часть лиственничных лесов этого региона пройдена повальными пожарами. Первые сильные пожары на данной территории были отмечены во время Русско-японской войны 1904-1905 года. Массив старых гарей расположен на западном побережье от верхнего течения реки Пырки до среднего течения реки Уанга, а на восточном побережье это район от реки Кадыланьи до реки Аскасай. Значительные площади лесов выгорели в 1988-1989 годах от реки Пильтун до реки Большая Вени. На участках уничтоженной тайги развиваются вторичные растительные сообщества - лиственничные и кедровостланниковые редколесья, кустарники ольхи, пустоши. Естественное восстановление растительности зависит от длительности послепожарного периода и степени пирогенной нарушенности и происходит медленно. На восстановление лишайникового покрова требуется до 30-40 лет. Хозяйственного значения свежие гари не имеют. Как результат экзогенных смен растительного покрова, гари представляют собой хаотическое и труднопреодолимое нагромождение валежа и сухостоя лиственницы и кедрового стланика. Запасы сухостойного леса достигают 70 м3/га. В процессе самовосстановления идет процесс постепенного зарастания кустарниковой березой, иван-чаем и т.д., по понижениям - ольхой и вейником.

Оба типа лиственничников развиты преимущественно на разнообразных подзолистых почвах, которые подразделяется по степени и глубине оподзоливания, характеру проявления иллювиальных, глеевых процессов, степени и характеру оторфованности [4]. Главным профилеобразующим процессом для них является подзолистый, в результате которого ярко проявляется дифференциация почвенного профиля в мор-

Эк,ология

фологическом, гранулометрическом, гидрофизическом и химическом отношениях. В верхней части (горизонты А0 и А1) накапливаются плохо разложившиеся, малозольные растительные остатки и перегнойные кислоты, связанные большей частью с полуторными окислами. Под органогенным слоем залегает осветленный, сильно выщелоченный и бедный питательными элементами подзолистый горизонт, который сменяется иллювиальным, обогащенным главным образом полуторными окислами железа (иллювиально-железистый) и иногда гумусом (иллювиально-гумусовый).

Профиль данных почв отличается очень слабой насыщенностью основаниями, значительной актуальной и обменной кислотностью всего профиля (табл. 1). Высокая интенсивность биологических процессов в подзолистых почвах наблюдается только в верхней части профиля. Рассмотренные признаки подзолистых почв отражают основные закономерности подзолообразовательного процесса, который в зависимости от конкретных экологических условий и свойств пород проявляется в различной степени, что приводит к формированию различных подтипов почв от подзолов иллювиально-железистых до иллювиально-гумусовых, подзолов торфянисто- и торфяно-глеевых.

На формирование поверхностных горизонтов подзолистых почв практически по всей обследованной в почвенном отношении территории повлиял неоднократно и часто имеющий место пирогенный фактор. Преобладающие в исходном состоянии кедровостланиковые и другие лиственничники с лишайниково-моховым покровом настолько деградировали, что представляют на обширных пространствах серии ассоциаций - от полностью выгоревших до очень редко встречающихся частично восстанавливающихся лиственичников или кедровостланиковых зарослей и их сочетаний. После многократного выгорания ягеля и мхов образуется очень редкий злаково-разнотравный травостой, который на более влажных местообитаниях замещается сплошным ольховником. Именно под вторичными ольшаниками начинает возобновляться лиственница и кедровый стланик, хотя первая активно возобновляется и на незаросших пространствах и при отсутствии палов могла бы создать нормальный древостой. Основной причиной успешного роста лиственницы на открытых, свободных от растительности пространствах гарей считается ее большое светолюбие [1].

При такой прогорелости территории можно было ожидать по мере разрастания и уплотнения вейникового травостоя формирование слабо дерновых подзолов и дерново-подзолистых почв (по схеме: подзолы^- пирогенные подзолы^- слабодерновые подзолы^- дерново-подзолистые почвы), как указывают [7] для темнохвойных лесов Сибири. Однако на Сахалине этого не происходит, поскольку травостой остается изреженным и образования дернины, необходимой для интенсивного накопления растительных остатков, не наблюдается. В восстанавливающихся ценозах поверхность покрывают кустарниковая береза и отдельные растения вейника, иван-чая, мхи и лишайники.

Полевые наблюдения свидетельствуют, что в качестве базового профиля почв, характерного для всей территории, необходимо принять То-Ат1А2-А2-В1^-В-С. В таком профиле оторфованно-перегнойно-оподзоленный горизонт переходит постепенно в оподзоленный. После прогорания То и Ат1 на поверхности появляется горизонт А1А2 с углистыми частицами. Иногда угли отсутствуют, что объясняется смывом их с поверхности почв в период интенсивного таяния снегов. Иссушение почвенного профиля летом из-за исчезновения верхнего мульчирующего горизонта То ведет к образованию ортзандового горизонта Вf (сцементированный песок). Как тенденция просматривается прямая зависимость мощности ортзандового горизонта от исходной (былой, «целинной») оподзоленности. Ожерствление («спекание») наблюдается в любой части этого горизонта. Такой ортзанд представляет собой плотный, сцементированный полуторными окислами песок. Сверху он плотный, темно-коричневый, ниже - резко переходит в рыхлую ярко лимонно-желтую массу. В этой части профиля редки корни, которые проходят через многочисленные промежутки между отдельными фрагментами ожерствленной массы.

Наиболее долгосрочным и разрушительным результатом пожара является обнажение минерального слоя почвы вследствие уничтожения растительного напочвенного покрова и органогенных горизонтов. По-слепожарные фазы сопровождаются интенсивными процессами плоскостной и мелкобороздчатой эрозии, хотя при легком гранулометрическом составе, свойственном почвам описываемой территории, и значительных коэффициентах фильтрации эрозия не должна, на первый взгляд, проявляться. Однако разрезы по днищам водосборных конусов и первичных ложбин стока показывают на многократные циклы эрозии, протекающие на водосборных площадях. Величины прослоек крупнозернистого песка колеблются от 0,5 до 10 см, а их число от 3-5 до 8-10.

137

Таблица 1

Физико-химические и химические свойства подзолистых почв

Гори- зонт Глубина отбора, см Содержание гумуса, % рН Гк** Поглощенные катионы, мэкв/100 г почвы Степень насыщености, % Подвижные, мг/100 г

Н2О КС1 Са++ Мд++ К+ Na+ Сумма Р2О5 К2О

Р. 11 Торфянисто-подзолистая иллювиально-железистая

Т1 0-7 87,0* 3,4 2,5 70,5 5,5 14,5 1,94 0,60 21,94 24 32 154

Т2 8-15 * ОО 51 3,6 2,5 52,6 4,0 4,0 0,77 0,62 9,39 15 8,7 28,6

А2 20-30 1,08 4,5 3,5 8,85 1,3 0,5 0,03 0,15 1,93 18 0,6 1,5

ВFe 40-50 3,48 5,2 4,2 3,05 1,3 0,5 0,04 0,13 1,92 39 4,0 1,9

В2 70-80 1,32 5,1 4,1 4,23 1,5 0,5 0,09 0,21 2,3 35 1,3 3,0

ВС 80-90 0,66 5,0 4,0 6,97 1,5 1,3 0,11 0,22 3,08 31 0,4 3,7

Р.8 Средненнеглубокоподзолистая иллювиально-железистая

Адер 0-10 7,1* 4,5 3,2 11,2 2,3 2,0 0,12 0,14 4,51 29 3,2 4,6

А2 10-20 0,56 5,4 4,3 4,15 1,8 0,8 0,02 0,1 2,62 39 0,6 1,4

В20 30-40 2,9 5,1 4,5 5,25 1,8 0,8 0,12 0,17 2,79 35 3,5 4,0

ВFe 45-55 0,66 5,1 4,9 1,18 1,8 0,8 0,09 0,26 2,85 71 1,6 3,1

ВС 70-80 0,56 5,7 5,0 1,03 1,3 0,5 0,06 0,21 2,02 66 1,7 2,0

Р.14 Слабоповерхностноподзолистая иллювиально-железистая

А1А2 0-5 2,63 4,8 3,4 8,11 1,8 0,5 0,07 0,14 2,46 23 0,6 3,2

А2 5-8 0,8 5,0 4,1 3,63 1,3 0,5 0,03 0,15 1,93 35 0,6 1,4

ВFe 8-17 0,94 5,5 4,9 2,35 1,8 0,5 0,06 0,2 2,51 52 4,2 1,8

В2 30-40 0,14 5,7 4,6 1,78 1,8 0,5 0,04 0,18 2,47 58 1,8 1,6

ВС 50-60 0,47 6,0 4,7 1,60 1,8 0,5 0,03 0,18 2,46 61 1,7 1,3

Р. 22 Мелкоподзолистая иллювиально-железистая

А1А2 0-7 1,22 5,5 4,1 3,05 1,3 0,8 0,07 0,2 2,27 43 1,4 2,6

ВFe 7-15 0,75 5,7 5,0 1,98 1,3 0,5 0,06 0,13 1,94 49 1,9 1,9

В2 18-28 0,47 5,8 5,1 0,83 1,3 0,5 0,04 0,13 1,92 70 2,1 0,8

Вз 30-40 0,47 5,8 4,8 1,40 1,5 0,8 0,03 0,1 2,38 63 1,3 1,1

В4 60-70 0,47 5,9 4,8 0,93 1,3 0,8 0,03 0,11 2,14 70 1,4 0,9

ВС 80-90 0,47 5,9 4,7 1,28 1,5 0,8 0,04 0,13 2,42 65 1,7 1,3

* потеря при прокаливании; ** гидролитическая кислотность.

Эк,ология

Эрозия приводит к различной степени деградации почв. Наблюдаются интенсивные процессы смыва и дефляции мелкозема, усиливается образование морозобойных трещин и трещин иссушения, увеличиваются глубина промерзания и скорость оттаивания почв. Однако необходимо отметить, что только полное удаление грубогумусного горизонта в результате пожара приводит к смыву верхней части минеральных горизонтов. Смыв идет до того момента, пока не сформируется перегнойно-аккумулятивный горизонт. В [5] авторы отмечают плоскостной смыв до 6 см за один вегетационный сезон. По данным [2], количество смытой почвы на участке, пройденном низовым пожаром, составляло 6,5 м3/га за теплый сезон. При восстановлении перегнойного горизонта формируется подзолистый вторичный горизонт на месте оставшегося иллювиального. Таким образом, узловым моментом при создании обстановки, способствующей вышеперечисленным процессам деградации почв, является полное прогорание грубогумусового и торфяного горизонтов. Именно этот процесс создает стартовую ситуацию для начала процессов, ухудшающих свойства почв.

Выгорание верхних органогенных горизонтов приводит к резкому снижению плодородия почв. Происходит значительное уменьшение содержания органического вещества, и, как следствие, потеря азота, резко падают значение суммы поглощенных катионов и степень насыщенности почв основаниями (табл. 1). Отмечается тенденция к уплотнению почв.

Базовый профиль эволюционирует из сильно- и среднеподзолистых в слабо-подзолистые и неопод-золенные, а из глубоко- и неглубокоподзолистых - в мелкоподзолистые и неоподзоленные (табл. 2). При этом запасы подвижных форм элементов питания в корнеобитаемом слое (30 см) значительно варьируют в зависимости от стадии эволюционирования почвы (рис.). Уменьшается содержание подвижного калия, легко вымывающегося из золы, и несколько увеличивается содержание подвижного фосфора.

Таблица 2

Схема послепожарной эволюции подзолистых почв

Гипотетический профиль (горизонты и их мощность) Стадия

Т0 (6-0)-АТ 1 /АТ 1 (0-7)- А2 (7-18)- Исходная «целинная» почва средненеглубоко-подзолистая оторфованная

А1 (0-7)-А2(7-18)- Неоднократное прогорание

А1 (0-2)-А2(2-13)- Плоскостная эрозия

А1А2 (0-2)-А2 (2-12) - Частичное восстановление

А1А2 (0-2)-А2 (2-10) - Прогорание и последующая эрозия. Переход среднеподзолистым к слабоподзолистым

А1А2 (0-2)-А2 (2-8) - Плоскостная эрозия. Переход к поверхностноподзолистым

А1А2 (0-2)-А2 (2-6) - Плоскостная эрозия

А1А2 (0-2)-А2 (2-4) - Фрагментарно оподзоленных

А1-А1А2 (0-2)^ (2 ...) - Переход в группу «неоподзоленных»

Современное состояние лесорастительных свойств почвенного покрова на значительной части территории Северного Сахалина можно оценить как средне- и сильнодеградированное. Это вызвано частыми пожарами, которые привели к почти полному выгоранию лиственничных и кедровостланиковых лесов. И хотя видовой состав растений, как и спектр растительных ассоциаций района исследований, не отличается большим разнообразием, значение растительного покрова для сохранения целостности ландшафтов в условиях муссонного климата и доминирования песчаных почв очень велико.

Обширные пожары, имевшие место на территории Северного Сахалина, привели к нарушению ландшафтов, носящих во многих случаях необратимый характер, и к очень сильной деградации почв, т.е. существенному ухудшению их лесорастительных свойств. Нарушенные ландшафты способны восстановиться естественным путем, но для этого требуется длительное время, в течение которого должны быть исключены пожары. Процесс восстановления может быть, по-видимому, существенно ускорен специальными приемами. Однако конкретных исследований, которые бы показали возможность и целесообразность восстановления подобных ландшафтов, как видно по литературным данным, пока еще нет.

кг/га

350

300

250

200

150

100

50

Фосфор

Ш К алий

Торфянисто-

подзолистая

иллювиально-

железистая

Средненнеглубоко-

подзолистая

иллювиально-

железистая

Слабоповерхност-

ноподзолистая

иллювиально-

железистая

Мелкоподзо-

листая

иллювиально-

железистая

0

Запасы подвижных форм элементов питания в корнеобитаемом слое

Литература

1. Гуков, Г.В. Лесоведение на Дальнем Востоке / Г.В. Гуков. - Владивосток: Изд-во ДВГУ, 1990. - 312 с.

2. Клинцов, А.П. Защитная роль лесов Сахалина / А.П Клинцов; Дальневост. НИИ лесн. хоз-ва. Сахал. лесн. опыт. ст. - Южно-Сахалинск: Дальневост. кн. изд-во, 1973. - 231 с.

3. Колесников, Б.П. Очерк растительности Дальнего Востока / Б.П. Колесников. - Хабаровск: Кн. изд-во, 1955. - 104 с.

4. Костенков, Н.М. Классификация и характеристика почв Северо-Сахалинской низменности / Н.М. Кос-тенков, В.И. Ознобихин, В.П. Гулецкий // Аграрная политика и технология производства сельскохозяйственной продукции в странах Азиатско-Тихоокеанского региона. - Т. 2. - Уссурийск: Изд-во ПГСХА, 2002. - С. 78-84.

5. Мизеров, А.В. Эрозия почв юга Дальнего Востока и острова Сахалин и меры борьбы с нею / А.В. Мизеров. - М.: Наука,1966. - 152 с.

6. Толмачев, А.И. Широтные пределы распределения растений на Сахалине / А.И. Толмачев // Геогр. сб. Т.8. Растительный покров Сахалина. - М.: Изд-во АН СССР, 1956. - С.5-14.

7. Фуряев, В.В. Изучение послепожарной динамики лесов на ландшафтной основе / В.В. Фуряев, Д.М. Киреев. - Новосибирск: Наука, 1979. - 160 с.