Ферментативная активность почв после первого приема выборочной рубки в сосняках Красноярской лесостепи

Заключение

Для предотвращения деградации почвенного покрова сельскохозяйственных земель учебного хозяйства «Миндерлинское» необходимо обобщить все имеющиеся сведения о почвах. Такого рода информация необходима для обоснования и реализации проектов по охране почв и почвенного покрова хозяйства, а также будет полезна при разработке и испытании систем земледелия и современных технологий возделывания сельскохозяйственных культур.

Литература

1. Ерунова М.Г., Гостева А.А. Методика создания единой цифровой картографической основы систем управления территорий // Вестн. КрасГАУ. - 2006. - №14. - С. 196-199.

2. Классификация и диагностика почв СССР / В.В. Егоров, В.М. Фридланд, Е.Н. Иванова [и др.]. - М.: Колос, 1977. - 223 с.

3. Классификация и диагностика почв России / Л.Л. Шишов, В.Д. Тонконогов, И. И. Лебедева, М.И. Герасимова. - Смоленск: Ойкумена, 2004. - 342 с.

4. Кускова Е.С., Чагина Е.Г. Почвы учебного хозяйства «Миндерлинское». - Красноярск, 1962. - 56 с.

УДК 630*221.04:630*114.61 Г.И. Антонов, И.Н. Безкоровайная, А.В. Климченко, Д.А. Семенякин

ФЕРМЕНТАТИВНАЯ АКТИВНОСТЬ ПОЧВ ПОСЛЕ ПЕРВОГО ПРИЕМА ВЫБОРОЧНОЙ РУБКИ В СОСНЯКАХ

КРАСНОЯРСКОЙ ЛЕСОСТЕПИ

В работе оценивается влияние первого приема выборочной рубки на ферментативную активность почвы в сосняках Красноярской лесостепи. Анализ ферментативной активности дерново-подзолистых почв до и после проведения первого приема выборочной рубки показал, что относительно высокой напряженностью биологических процессов отличаются подстилки и верхние минеральные слои почвы 0-10 см. Тип леса и интенсивность проводимой рубки определяют активность ферментов окислительно-восстановительной группы, азотного и углеродного метаболизма.

Ключевые слова: сосняки, лесная подстилка, почва, выборочная рубка, ферментативная активность, Красноярская лесостепь.

G.I. Antonov, I.N. Bezkorovaynaya, A.V. Klimchenko, D.A. Semenyakin SOIL ENZYME ACTIVITY AFTER FIRST SET SELECTION CUTTING IN THE KRASNOYARSK FOREST-STEPPE PINE FORESTS*

Influence of the first set selection cutting on soil enzyme activity in the Krasnoyarsk forest-steppe pine forests is estimated in the article. The analysis of sod-podzol soil enzyme activity before and after first set selection cutting has shown, that litters and the top mineral soil layers of 0-10 cm is relatively notable for high intensity of the biological processes. Forest type and cutting intensity determine activity of the redox-group enzymes, nitrogen and carbonic metabolism.

Key words: pine forests, forest litter, soil, selection cutting, enzyme activity, Krasnoyarsk forest-steppe.

Сосновые боры лесостепной зоны являются особо ценными лесными массивами, выполняющими защитные, средообразующие, рекреационные и другие полезные функции. В настоящее время повышение устойчивости и продуктивности лесостепных сосновых боров является приоритетной и важнейшей задачей лесного хозяйства Российской Федерации.

Выборочные рубки - это рубки главного пользования, при которых за один прием вырубают часть деревьев спелого поколения (интенсивность рубки) с равномерным распределением по площади, а также другие

* Работа выполнена при поддержке грантов РФФИ (№09-04-98013 и №10-04-00337).

61

деревья по лесоводственным соображениям (селекционный отбор) с расчетом на постоянное повторение приема рубки через равные промежутки времени (периода повторяемости), в течение которых восстанавливается ранее вырубленный лес [6]. Подобное вмешательство в жизнь леса всегда сопровождается изменением биологического потенциала почвы. Ферментативная активность почвы, служащая показателем ее биологической активности и обеспеченности автотрофных организмов питательными веществами, неизбежно трансформируется под влиянием интенсивности разреживания древостоя, поступления дополнительных растительных остатков на поверхность почвы при проведении рубки. Ферментативный пул почвы, определяющий ее биогеоценотические функции, играет далеко не последнюю роль в сукцессионных изменениях после проведения первого приема выборочной рубки.

Цель данной работы - оценить влияние первого приема выборочной рубки на ферментативную активность дерново-подзолистой почвы в сосняках Красноярской лесостепи.

Объекты и методы исследования

Исследования проводятся на территории экспериментального хозяйства «Погорельский бор» Института леса СО РАН (N 56°22' Е 92°57') на трех пробных площадях, заложенных в сосняках бруснично-разнотравном, разнотравно-зеленомошном и брусничном. Основной фон почвенного покрова района исследований составляют дерново-подзолистые почвы разной степени оподзоленности.

В исследуемых сосняках были проведены несплошные (выборочные) рубки [1]. Лесоводственная оценка лесосечных работ проводилась по общепринятым в лесоводстве методикам [4, 5].

Учет живого напочвенного покрова и подстилки, отбор образцов минеральных слоев почвы проводили в 10-кратной повторности до рубок и после рубок на участках пасек и волоков общепринятыми методами [3]. Анализ физико-химических свойств почв был проведен с помощью аналитических систем на основе сканера NIR 4250 (методом ближней инфракрасной спектроскопии) [2]. Активность каталазы (фермент окислительновосстановительной группы) определялась газометрическим методом Галстяна, инвертаза (фермент углеродного цикла) - колориметрическим методом Гоффманна и Паллауфа, ферменты азотного метаболизма - протеазу и уреазу определяли соответственно аппликационным методом Мишустина, Никитина и Вострова in vivo и методом Щербаковой [7].

Результаты и обсуждение

Сосновые древостои, поступившие в рубку, имеют возраст 100-120 лет и высокие показатели запаса, полноты и продуктивности (табл. 1).

В результате разреживания относительная полнота древостоев снизилась до 0,5-0,6, а по запасу древесины на лесосеках вырублено от 27 до 42%, что соответствует умеренной и умеренно-высокой интенсивности выборочной рубки.

Анализ дерново-подзолистой почвы показал, что содержание гумуса в почвах убывает с глубиной и в верхней 0-30 см части профиля составляет в среднем 5-6 %, в слое 0-5 см соответственно меняется от 9,8 до 15,1 %. На 15 см происходит резкое сокращение содержания гумуса до 0,04-2,39 %. По содержанию валового азота подстилки сосняков близки его концентрация составляет 918-1060 мг/100г. В минеральной части почвенного профиля содержание азота снижается вниз по профилю от 191,3-252,5 до 10-38,5 мг/100г. Сумма обменных оснований, так же, как и содержание гумуса, резко падает на глубине 15 см и изменяется с 22,5-28,3 до 3,28,3 моль-экв/100г почвы. Реакция почв меняется от кислой до слабокислой. Высокое содержание гумуса, накопление обменных оснований в верхней 0-15 см части профиля, увеличение величины pH с глубиной может свидетельствовать о специфическом проявлении дернового процесса в слое почвы 0-15см исследуемых сосняков.

Таблица 1

Таксационная характеристика древостоев

Тип леса Состав древостоя ср ^ 8 « Нср, м N/га Запас, м3/га Пол- нота Интенсивность рубки по запасу, %

1 2 3 4 5 6 7 8

До рубки

Сосняк брусничноразнотравный 10С 36,8 26,6 397 532 1,0 -

Сосняк разнотравно-зеленомошный 10С 38,9 25,1 311 448 0,8 -

Окончание табл. 1

1 2 3 4 5 6 7 8

Сосняк брусничный 10С 34,5 25,0 470 435 0,8 -

После рубки

Сосняк брусничноразнотравный 10С 35,4 25,6 294 309 0,6 42

Сосняк разнотравно-зеленомошный 10С 35,4 24,7 218 327 0,6 27

Сосняк брусничный 10С 30,6 24,7 310 261 0,5 40

Живой напочвенный покров и подстилки являются индикатором экологических условий и своей динамикой могут охарактеризовать динамику лесных экосистем и по сравнению с минеральной частью почвы отражают сукцессии, сопутствующие, как правило, процессам восстановления лесов, в том числе и после рубок. Анализ травянистого яруса после выборочной рубки в сосняке с разреживанием древостоя 27% показал увеличение его запасов с 43 до 131 г/м2. При более сильном разреживании древостоя (42%) запасы травянистого яруса близки к исходным - 51 г/м2. Запасы подстилок исследуемых сосняков до рубки близки между собой и составляют в среднем 2,5-3 кг/м2 (табл. 2). Основная доля подстилок (36-56%) представлена фракцией трухи. Хвоя составляет 7-18%. На мягкие фракции травы и листьев приходится не более 2%. Остальная доля сосновых подстилок представлена грубыми фракциями веток, коры и шишек (от 4 до 18%). Во время валки деревьев происходит дополнительное поступление древесного опада, что находит отражение в запасах и фракционном составе подстилок. Через год после рубок запасы подстилки в сосняках разнотравно-зеленомошном и брусничном увеличились до 3,7-4,5 кг/м2 (табл. 2). В сосняке бруснично-разнотравном изменения их запасов незначительны. Поступление в подстилку порубочных остатков после проведения рубок привело к долевому увеличению фракций хвои, коры и шишек до 27%.

Таблица 2

Запасы подстилки и порубочных остатков до и после рубки, кг/м2

Тип леса Подстилка Порубочные остатки

до рубки на пасеке* после рубки на пасеке* на волоке* на пасеке*

Сосняк брусничноразнотравный 3,0 2,5 12,1 0,9

Сосняк разнотравно-зеленомошный 2,6 4,5 361,0 9,9

Сосняк брусничный 2,7 3,6 183,0 1,3

* пасека и волок - технологические участки рубки.

Технологические участки рубки леса (пасека и волок) различаются по степени нарушения подстилок -на волоках происходит ее полное уничтожение и вся поверхность покрыта мощным слоем порубочных остатков (см. табл. 2). Под мощным слоем порубочных остатков формируются специфические гидротермические условия. В подстилках и в слое порубочных остатках на волоках температура составляет в среднем за вегетационный период 16-19оС, в слое 0-20 см она на 3-4 градуса ниже. Физическое испарение с поверхности на пасеках ниже, чем на волоках. Влажность подстилок пасечных участков сосняков в среднем за вегетационный период составляет 144-148%, что на 30-60% выше, чем в порубочных остатках на волоках. Влажность минеральных слоев почвы 0-20 см технологических участков составляет 12-16%.

Активность каталазы в подстилках ненарушенных сосняков составляет 1,7-2,0 мл О2/г (табл. 3). Ее активность в 0-30 см минеральном слое составляет 0,1-0,3 мл О2/г. После рубки каталаза увеличивает свою активность до 2,6-4,7 мл O2/1г почвы.

Активность инвертазы в подстилке намного ниже, чем в минеральных слоях, и составляет 41-43 мг глюкозы/1 г почвы за 3 ч компостирования при температуре 38оС. Инвертазная активность почвы в минеральном слое почвы 0-30 см ненарушенных сосняков колеблется в среднем от 60 до 96 мг/г. После проведения рубки

63

активность фермента изменилась незначительно. Нечеткое распределение инвертазы по минеральным слоям может свидетельствовать о различных источниках поступления данного фермента в соответствующий слой. Известно, что ферменты не только локализуются в клетках почвенной микрофлоры, но и адсорбируются на поверхности глинистых минералов почвы, выделяются из корней растений и при делении клеток [8].

Актуальная протеазная активность почв возрастает на волоках всех сосняков (табл. 3). За вегетационный период в порубочных остатках сосняков активность протеазы в среднем на 2% больше, чем в подстилках пасек. В минеральном слое почвы волоков активность протеазы составляет 30%, что на 10% выше, чем на пасеке. Анализ активности фермента показал, что сокращение полноты древостоя (с 1,0 до 0,6) обусловливает ее увеличение.

Активность уреазы в подстилках ненарушенных рубкой сосняков составляет 6,0—6,8 мг N-N44/1 г и снижается с глубиной до 0,4 мг N-N^/1 г почвы. Через год после проведения рубки активность уреазы увеличивается в подстилках до 12 мг N-N^/1 г.

Анализ ферментативной активности почвы на участках с разной интенсивностью рубки показал, что по мере увеличения разреживания происходит активизация биохимических процессов. Активность каталазы изменяется с 0,4 мл O2/г в сосняке бруснично-разнотравном до 0,73 мл O2/г в этом же сосняке после 42% разреживания, уреазы - с 1 до 1,39 мг N^4^ соответственно (рис.).

Влияние интенсивности рубки древостоя на ферментативную активность почвы

Для инвертазы отмечена обратная зависимость - при увеличении интенсивности рубки происходит незначительное снижение активности инвертазы с 94,7 до 89,8 мг глюкозы/г. Можно предположить, что такая раз-нонаправленность биохимических процессов отражает ослабление трансформации углеродсодержащих соединений при увеличении интенсивности проводимой рубки.

99

Ферментативная активность почв после первого приема выборочной рубки*

Таблица 3

До рубки* Через год после рубки

На пасеке На волоке

Глубина,

см Каталаза, Уреаза, мг Инвертаза, мг Каталаза, Уреаза, мг Инвертаза, мг Про- Каталаза, Уреаза, мг Инвертаза, мг Про-

мг О2 / 1 г N-N44 / 1 г глюкозы 1 г мг О2 / 1 г N-N44 / 1 г глюкозы 1 г теа- мг О2/1 г N-N44 / 1 г глюкозы 1 г теаза,

почвы почвы почвы почвы почвы почвы за, % почвы почвы почвы %

Сосняк бруснично-разнотравный

Подстил- 1,7 6,0 40,6 3,9 5,5 44,0 21,2 ** 19,6

ка 0—10 0,6 2,0 92,5 0,7 2,7 86,8 0,8 2,3 91,3

10—20 0,3 0,9 95,8 0,5 0,5 97,2 0,9 0,6 94,4

20-30 0,3 0,5 95,7 0,6 0,5 75,6 22,3 0,7 0,6 82,5 36,8

0-30

Сосняк разнотравно-зеленомошный

Подстил- 2,0 6,8 42,8 4,7 8,5 36,9 24,0 - 25,5

ка 0—10 1,8 3,0 79,0 0,9 1,7 94,6 0,8 1,6 08 90,3

10—20 0,4 0,7 67,7 0,2 0,8 95,3 0,1 0,6 87,6

0,1 0,4 93,4 0,3 0,7 97,2 0,2 87,0

20-30 23,9 - 25,0

0-30

Сосняк брусничный

Подстил- 2,0 6,8 42,8 2,6 12,0 35,8 24,2 31,6

ка 0—10 1,8 3,0 79,0 1,4 4,0 87,5 1,0 4,1 89,4

10—20 0,4 0,7 67,7 0,2 1,2 88,2 0,5 0,8 95,3

20-30 0,1 0,4 93,4 0,1 0,6 81,4 13,6 0,4 0,6 94,3 27,6

0-30

* Активность протеазы до рубки не определялась; активность ферментов в порубочных остатках не определялась.

¿»Ж 1Ш %ІЇЛ>:п>(ЬОтпж>з

Заключение

Анализ ферментативной активности на вырубках показал, что относительно высокой напряженностью биологических процессов отличаются подстилки и верхние минеральные слои почвы 0-10 см.

В результате несплошной рубки леса происходит изменение в первую очередь гидротермических условий. Различия в температуре и влажности почвы на разных технологических участках рубок отражаются на биохимических процессах. Более сильное влияние рубки на активность почвенных ферментов разных классов и групп отмечено на захламленных порубочными остатками волоках всех сосняков.

Тип леса и интенсивность проводимой рубки определяют активность биохимических процессов. При увеличении разреживания сосняков увеличивается активность почвенных ферментов окислительновосстановительной группы и азотного метаболизма, одновременно наблюдается снижение активности фермента углеродного обмена - инвертазы, что, возможно, свидетельствует об ослаблении трансформации углеродсодержащих соединений на участках с более высокой интенсивностью рубки.

Литература

1. Белов С.В. Лесоводство: учеб. пособие для вузов. - М.: Лесн. пром-сть, 1993. - 352с.

2. Борцов В.С. Использование автоматизированной аналитической системы на основе отражательной спектроскопии в исследовании агроценозов: автореф. дис. ... канд. биол. наук. - Красноярск, 2009.

- 26 с.

3. КарпачевскийЛ.О. Лес и лесные почвы. - М.: Лесн. пром-сть, 1981. - 264с.

4. ОСТ 56-69-83. Площади пробные лесоустроительные. Метод закладки. - М., 1983.

5. Побединский А.В. Изучение лесовосстановительных процессов: метод. указания. - М.: Наука, 1966. - 64с.

6. Справочник лесничего / В.Д. Новосельцев, С.Г. Синицын, Г.М. Киселёв [и др.]; под ред. канд. с.-х. наук В.Д. Новосельцева. - 4-е изд., перераб. - М.: Лесн. пром-сть, 1980. - 399с.

7. Хазиев Ф.Х. Методы почвенной энзимологии / Уфим. НЦ. - М.: Наука, 2005. - 252с.

8. Хазиев Ф.Х. Системно-экологический анализ ферментативной активности почв. - М.: Наука, 1982.

- 204с.

УДК 631.4

М.В. Бабаев, НЛ. Кураченко МИКРОСТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ПОЧВ ТЕХНОГЕННЫХ ЛАНДШАФТОВ НАЗАРОВСКОЙ КОТЛОВИНЫ

В статье приведены результаты научных исследований по изучению микроструктурного состояния техноземов и эмбриоземов Назаровской котловины.

Ключевые слова: почва, технозем, эмбриозем, гранулометрический состав, микроагрегатное состояние.

M.V. Babaev, N.L. Kurachenko SOIL MICROSTRUCTURAL ORGANIZATION IN THE NAZAROVSKAYA HOLLOW TECHNOGENIC LANDCAPES

The scientific research results on studying the microstructural state of tehnozems and embriozems of the Nazarovskaya hollow are given in the article.

Key words: soil, tehnozem, embriozem, granulometric composition, microaggregate state.

Добыча полезных ископаемых открытым способом представляет максимальную степень негативного влияния на естественные ландшафты. В результате такого воздействия появляются техногенные ландшафты, свойства и режимы которых отдаленно напоминают аналогичные характеристики естественных экосистем [5]. Вследствие нарушения целостности почвенного покрова нарушается весь комплекс почвенно-