Влияние лесных пожаров на свойства подзолистых почв (на примере Ханты-Мансийского автономного округа)

ВЛИЯНИЕ ЛЕСНЫХ ПОЖАРОВ НА СВОЙСТВА ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ

Л.М. БУРЛАКОВА, профессор, зав. кафедрой почвоведения и агрохимии Алтайского государственного аграрного университета, д. с.-х. н.,

Г.Г. МОРКОВКИН, профессор кафедры почвоведения и агрохимии Алтайского ГАУ, д. с.-х. н., Ю.С. АНАНЬЕВА, доцент Алтайского государственного педагогического университета, к. х. н., С.И. ЗАВАЛИШИН, доцент кафедры почвоведения и агрохимии Алтайского ГАУ, к. с.-х. п., В.А. КАМЕНСКИЙ, аспирант кафедры почвоведения и агрохимии Алтайского ГАУ

Расширяющееся воздействие человека на естественные биогеоценозы приводит к изменению функционирования экосистем и делает необходимым проведение мониторинговых работ. Одним из факторов, влияющих на изменение биологических систем, являются лесные пожары. За период с 1995 по 2000 г. в Ханты-Мансийском автономном округе (ХМАО) округе зарегистрировано 2374 лесных пожара. Площадь, пройденная пожарами, составила 53155,1 га (О состоянии окружающей среды ..., 2001). Влияние лесных пожаров на природные объекты многопланово и сложно. Вмешиваясь в жизнь леса, пожары часто нарушают естественное, веками установленное равновесие между компонентами биогеоценозов. Почва как неотъемлемая составная часть биогеоценозов также испытывает на себе разностороннее влияние пожаров. Пирогенное воздействие на почвы различается в зависимости от типа пожара (верховой, низовой), его интенсивности, продолжительности, повторяемости и т.д. Эти особенности могут сильно определять последствия пожара. Причем механические, физико-химические и биологические свойства почвы могут изменяться под действием как непосредственно влияния высоких температур и золы, поступившей на поверхность почвы после сгорания подстилки и древесного опада, так и смены растительности.

При верховых пожарах высокой интенсивности может наблюдаться разрушение

всего растительного покрова и прокаливание почвы, а при низовом беглом огне может происходить лишь небольшое изменение структуры подстилки.

Наибольшее воздействие испытывает верхний гумусовый горизонт и подстилка, прогорание которых приводит к минерализации органического вещества. Существенным отрицательным последствием является выгорание гумусовых веществ (Сорокин, 1983).

По почвенно-географическому районированию основная территория Ханты-Мансийского автономного округа (ХМАО) входит в Европейско-Западно-Сибирскую таежно-лесную область, зону глееподзоли-стых, подзолистых и дерново-подзолистых почв подзон северной, средней и южной тайги (Почвенно-географическое районирование ..., 1980).

В составе почвенного покрова средней тайги преобладают подзолистые почвы. Широкое распространение получили подзолистые иллювиально-железистые почвы.

Изучение влияния лесного пожара на изменение состояния подзолистых почв (мощности гумусового горизонта, содержания гумуса, кислотности, биологической активности и группового состава почвенных микроорганизмов) проводилось в рамках мониторинга земель Ханты-Мансийского автономного округа. Работы проведены на территории Корликовского сельского совета, расположенного в восточной части Нижневартовского района. Нами были за-

ложены две площадки наблюдения: одна из которых находилась в естественном лесном массиве - сосновый бор, а другая на го-рельнике этого же лесного массива. В 1986 г. здесь произошел верховой пожар, при котором растительный покров был полностью уничтожен.

Почвенный покров на площадках наблюдения представлен подзолистыми иллю-виально-железистыми мелкими песчаными почвами. Характеристика почв приводится по разрезам 26-1997 и 38-1997.

В ходе обследования было заложено 3 основных разреза, 9 полуям и 36 прикопок на эталонном участке и такое же количество выработок на гари. Статистическая обработка полученных данных позволила выявить достоверное снижение мощности гумусово-элювиальных горизонтов после пожара с 2 см до 0,2-0,5 см. Это связано с изменением структуры подстилки. Лесной опад и напоч-

Морфологический профиль подзолистой иллювиально-железистой почвы, не подвергшейся пирогенному воздействию, можно охарактеризовать по разрезу № 26-1997, заложенному в сосновом бору к востоку от с. Корлики. Поверхность покрыта лишайниками и брусничником.

Характерными морфологическими свойствами в строении почвенного профиля подзолистых почв является его четкая дифференциация на генетические горизонты, проявление ярко выраженного подзолистого горизонта.

венный покров в результате пожара полностью сгорел, что привело к выгоранию гумусовых веществ и поступлению в верхний горизонт почвы золы.

Подзолистые почвы района исследования имеют песчаный механический состав. Результаты анализа гранулометрического состава почв представлены в табл. 1.

А0-(0-0,5см) Лесная подстилка из лишайника и хвойного опада, неразложившаяся, рыхлая

АоАг(0,5-!см) Влажный, белесый, песчаный, слоистый, рыхлый, кремнезёмистая присыпка, растительные остатки, переход по цвету

А2-(1-10см) Влажный, белесый, песчаный, бесструктурный, рыхлый, отдельные корни, переход по цвету

В-(10-28см) Влажный, красновато-коричневый, песчаный, бесструктурный, рыхлый, корни, переход по цвету

ВС-(28-73см) Влажный, серовато-коричневый с белесоватостью, песчаный, бесструктурный, рыхлый, корни, переход по цвету

С-(73-210см) Влажный, серый с белесоватым оттенком, песчаный, бесструктурный, рыхлый

Морфологический профиль почвы-аналога (разрез № 38-1997), подвергшейся пирогенному воздействию

А0 Отсутствует

АоАг(0-0,2см) Влажный, светло-серый, песчаный, мощность горизонта непостоянна, присутствует зола сгоревшей растительности, переход по цвету

А2-(0,2-6 см) Свежий, белесо-палевый, песчаный, бесструктурный, рыхлый, отдельные корни древесных растений, переход по цвету

В-(6-26 см) Свежий, красновато-коричневый, песчаный, бесструктурный, рыхлый, переход по цвету

ВС-(26-79 см) Свежий, светло-желтый с красно-коричневыми вкраплениями, песчаный, бесструктурный, рыхлый, корни, переход по цвету

С-(79-160 см) Свежий, светло-серый с белесоватым оттенком, песчаный, бесструктурный, рыхлый

Таблица 1

Гранулометрический состав подзолистой иллювиально-железистой почвы

Горизонт, глубина отбора образца, см Содержание фракций, % сухой почвы гигроск. влаг, % Название почвы по гран. сост.

1-0,25 мм 0,25-0,05 мм 0,05-0,01 мм 0,01-0,005 мм 0,005-0,001 мм <0,001 мм <0,01 мм

А21-10 47,9 48,7 0,9 0,2 0,2 2,1 2,5 0,45 рых. пес

В 10-20 41,9 51,7 1,2 0,5 0,2 4,5 5,2 4,52 связ. пес.

ВС 50-60 43,6 52,4 0,2 0,3 0,4 3,1 3,8 2,82 рых. пес

Почвы относятся к песчаной разновидности и характеризуются резкой обедненно-стью подзолистого горизонта илистыми частицами. Иллювиальный горизонт (В), по сравнению с подзолистым (А2) в большей степени обогащен илом и физической глиной.

Изучаемые почвы характеризуются низким содержанием гумуса, кислой реакцией среды и низкой насыщенностью основаниями (табл. 2).

Таблица 2

Физико-химическая характеристика подзолистых иллювиально-железистых почв

Горизот. глубина отбора образца, см рН8 рнс Гумус, % Степень насыщенности почв основаниями, V, % Мг. экв на 100 г почвы

8 нг

А2 1-10 4,57 4,07 1,27 45,4 0,88 10,06

В 10-20 6,05 5,26 53,2 0,99 0,87

ВС 50-60 6,02 5,11 - - -

Т а б л и ц а 3

Кислотность подзолистых иллювиально-железистых почв

Пожары оказывают влияние на реакцию среды. Нами отмечена тенденция к увеличению рН водной и солевой вытяжки (табл. 3).

Подщелачивание, по-видимому, связано с поступлением в почву золы после сгорания растительности и лесной подстилки.

Горизонт рнв РНС

1 эталон | гарь 1 эталон 1 гарь

1997 г.

А0А1 4,01 4,67 3,40 3,94

а2 4,57 5,42 4,07 4,09

В 6,05 5,88 5,26 5,15

ВС 6,02 5,70 5Д 5,14

2000 г.

А0А, 4,16 4,6 3,14 3,14

а2 5,02 5,19 4,03 4,03

В 4,96 5,18 4,43 4,43

Микроорганизмы, являясь активным компонентом лесного биогеоценоза, одними из первых реагируют на пирогенные воздействия. Наблюдается изменение качественных и количественных показателей биологической активности почвы по мере возрастания срока давности пожара

На момент обследования (2000 г.) надпочвенный покров участка гари представлен отдельными пятнами лишайников (высота 2-5 мм), редкими кустарничками брусники. Отмечено возобновление сосны (высота 5-150 см). Отбор почвы проводился на участке лишенном растительности.

В лабораторных условиях была определена каталазная активность и групповой состав микрофлоры почвенных образцов, составленных путем смешивания трех индивидуальных проб.

Ферментативную активность почвы принято рассматривать как совокупность процессов, катализируемых внеклеточными и внутриклеточными ферментами почвенной биоты (Звягинцев, 1987). В почве накапливается определенный «пул» ферментов, качественный и количественный состав которого характерен для данного типа почв, однако интенсивность ферментативных процессов зависит от конкретных условий: наличия и концентрации субстрата, температуры, влажности, рН и др. Ферментативная активность почв - один из показателей потенциальной биологической активности почв, характеризующий способность сохранять гомеостаз (Звягинцев, 1987).

Ферменты, относящиеся к классу ок-сидоредуктаз, катализируют окислительно-восстановительные реакции, играющие ведущую роль в биохимических процессах в клетках живых организмов, а также в почве.

Одним из характерных показателей биологической активности почвы является активность катал азы. Катал аза разлагает ядовитую для клеток перекись водорода, образующуюся в процессе дыхания живых организмов и в результате различных биохимических реакций окисления органических веществ, на воду и молекулярный кислород: 2аднвна^ 2НгО + Ог

Каталазная активность характерна для всех живых организмов, в том числе и микроорганизмов. Каталаза широко распространена в почвах.

Каталазная активность определялась газометрическим методом, основанном на измерении скорости разложения перекиси водорода при ее взаимодействии с почвой, по объему выделившегося кислорода (Методы почвенной..., 1991). Воспроизводимость результатов достигалась трехкратной по-вторностью определения.

Для оценки активности каталазы использовали оценочную шкалу (Методы почвенной..., 1991).

Таблица 4

Активность каталазы при восстановлении леса после пожара, 02 см3 /г почвы за 1 мин

Вариант Глубина взятия образца, см

0-5 5-10

Эталон 1,2 0,4

Гарь 0,8 0,4

Отношение к эталону, % 66,7 100

Результаты каталазной активности почв, приведенные в табл. 4, показали более низкую активность каталазы на гари по отношению к контрольному участку в слое почвы 0-5 см. Каталазная активность в слое 5-10 см в обоих вариантах 0,4 Ог см /г почвы за 1 мин.

Численность микроорганизмов учитывали методами, принятыми отделом почвенных микроорганизмов Института микробиологии АН СССР (Методы почвенной..., 1991). Численность бактерий-аммонификаторов учитывалась на мясо-пептонном агаре (МПА), микроорганизмов, использующих минеральные формы азота, - на крахмало-аммиачной среде (КАА), микромицетов - на подкисленной среде Чапека.

Родовая идентификация грибов проводилась путем прямого микроскопирования в чашках Петри при небольшом увеличении микроскопа и приготовлением препарата «раздавленная капля». Родовая идентификация определялась по типу конидиогенеза и строению конидий.

Для выделения и количественного учета почвенных микроорганизмов мы использовали традиционный метод поверхностного посева из разведений на плотные питательные среды.

Для оценки степени обогащенности почв микроорганизмами (бактериями) использовалась оценочная шкала (Методы почвенной..., 1991).

Из литературы известно (Аристовская, 1965), что типичные подзолистые почвы в их естественном состоянии характеризуются бедностью микрофлоры. Характерной чертой микрофлоры почв лесной зоны является необычайно высокое состояние низших грибов, играющих ведущую роль в превращении растительных остатков. Азотобактер в них большей частью отсутствует, отсутствуют или слабо развиты нитрификаторы. А также бактерии разлагающие клетчатку. Иногда не обнаруживаются и денитрификаторы. Относительно хорошо развиты в подзолистых почвах маслянокислые бактерии и аммонификаторы.

По данным наших исследований почвы контрольного участка и гари характеризуются низкой численностью бактерий (аммонифи-

цирующих и потребляющих минеральные формы азота бактерий). Коэффициент минерализации в почве на горельнике ниже, чем на контрольном участке (табл. 5).

Численность микромицетов на участках гари снижена. Предполагают, что именно частые лесные пожары могут быть факторами, определяющими низкое содержание микроскопических грибов в почвах некоторых лесных регионов (Сорокин, 1983).

Актиномицеты на гари отсутствуют, что может быть связано с недостатком органического вещества в почве.

Таким образом, почва на изучаемом этапе вторичной сукцессии (восстановление соснового леса через 14 лет после пожара) характеризуется пониженной биологической активностью.

Результаты исследования показали, что лесные пожары существенно влияют на почвообразовательные процессы: снижается ферментативная и биологическая активность почвы, уменьшается запас органического вещества в верхнем горизонте, происходит изменение реакции среды.

Таблица 5

Численность почвенной микрофлоры при восстановлении соснового леса после пожара, млн/г почвы

Вариант Бактерии наМПА Микроорганизмы на КАА (в скобках % от общего учтенного на среде) КАА: МПА Микро-мицеты на Чапеке, тыс/'г

бактерии актиномицеты микро мицеты общее учтенное на КАА

Эталон 1,61 1,35 (75,4) 0,42. (23,5) 0, 02 0,1) 1,79 1,1 30,2

Гарь 1,60 1,35 (99,3) Не обнаружены 0,01 (0,7) 1,36 0,85 3,5

Отношение к эталону, % 99,4 100 50,0 76,0 77,3 11,6

Литература

1. Аристовская Т.В. Микробиология подзолистых почв. -М.: Наука, 1965,- 187 с.

2. Добровольский Г.В., Розов Н.Н., Урусевская И.С. Поч-венно-географическое районирование СССР -1980.

3. Звягинцев Д.Г. Почва и микроорганизмы. - М: Изд-во МГУ,1987-256 с.

4. Методы почвенной микробиологии и биохимии: Учеб. пособие / Под ред. Д.Г. Звягинцева - М.: Изд-во МГУ, 1991,-304 с.

5. Обзор: О состоянии окружающей среды Ханты-Мансийского автономного округа в 2000 году.- Ханты-Мансийск, 2001-132 с.

6. Сорокин Н. Д. Влияние лесных пожаров на биологическую активность почв//Лесоведение- 1983- № 4. С.246-254.

7. Сорокин Н.Г., Ефграфова С.Ю., Гродкищая И.Д. Влияние низовых пожаров на биологическую активность криогенных почв севера Сибири// Почвоведение,- 2000,- № 3.- С. 315 - 319.

ИЗДАТЕЛЬСТВО МОСКОВСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА ЛЕСА ПРЕДЛАГАЕТ ВАМ ПОЛНЫЙ СПИСОК УЧЕБНИКОВ С ГРИФОМ МИНОБРАЗОВАНИЯ И УМО.

УЧЕБНИКИ С ГРИФОМ МИНИСТЕРСТВА ОБРАЗОВАНИЯ РФ

1. Амалицкий В.В. и др. Надежность машин и оборудования лесного комплекса. Объем 19,75 п. л., 1998.

2. Булыгин Н.Е., Ярмишко В.Т. Дендрология. Объем 33,0 п. л., 2001.

3. Камусин A.A. и др. Водный транспорт леса. Объем 27,25 п. л., 2000.

4. Мелехов И.С. Лесоведение. Объем 25,0 п. л., 1999.

5. Мелехов И.С. Лесоводство. Учебник для ВУЗов по специальности "Лесное хозяйство". Объем 25 п.л., 2002.

6. Мельникова Л.В. Технология композиционных материалов из древесины. Объем 14.25 п. л., 1999.

7. Миляков В В., Назаренко Е.С., Серов A.B. Техническая эксплуатация лесозаготовительного оборудования. Объем 29 п.л., 2001.

8. Обливин А.Н., Прокофьев Н.С., Киприанов А.И. Процессы и аппараты химической технологии древесины. Учебник для студентов высших учебных заведений, обучающихся по спец. 260300. Объем 656 с, илл., 2002. ISBN 5-8135-0044-8. Учебник предназначен для студентов лесотехнических вузов, готовящих специалистов для целлюлозно-бумажной и смежных с ней отраслей промышленности, может быть полезен также широкому кругу научных и инженерно-технических работников лесотехнического профиля.

9. Обливин В.Н. Безопасность жизнедеятельности в лесопромышленном производстве и лесном хозяйстве. Объем 33,0 п. л., 1998.

10. Родин А.Р. Лесные культуры. Учебник для студентов спец. 260400. Объем 16,75 п.л., 2002.

11. ТурскийМ.К. Лесоводство. Репринтное издание классического учебника издания 1912 года. Объем 25,0 п. л.

12. Уголев Б.Н. Древесиноведение с основами лесного товароведения. Издание 3-е, переработанное и дополненное. Объем 21,25 п. л., 2001.

13. Шелгунов Ю.В., Кутуков Г.М., Лебедев Н.И. Технология и оборудование лесопромышленных предприятий. Объем 37 п. л., 2001.

14. Царев А.П., Погиба С.П., Тренин В.В. Генетика лесных древесных пород. Издание второе, исправленное. Учебник для студентов ВУЗов, по спец. "Лесное и лесопарковое хозяйство". Объем 21,25 п.л., 2001.

УЧЕБНИКИ С ГРИФОМ УМО

Мурашев В.П. Роботы и манипуляторы в лесном комплексе. Учебник для студентов спец. 170400. ISBN 5-8135-0109-6. Объем 15 п.л., ил., 2002.