Оценка пирогенного влияния на почвы ленточных боров Алтая

УДК 630*43:630*114 П.А. Тарасов, А.С. Михно, А.Ф. Сизина

ОЦЕНКА ПИРОГЕННОГО ВЛИЯНИЯ НА ПОЧВЫ ЛЕНТОЧНЫХ БОРОВ АЛТАЯ

В работе рассмотрено влияние низового устойчивого пожара средней интенсивности на свойства дерново-карбонатной песчаной почвы в одном из ленточных боров. Сделан вывод о неоднозначном и противоречивом характере этого влияния.

Ключевые слова: бор, дерново-карбонатная почва, низовой устойчивый пожар, лесная подстилка, агрохимические характеристики.

P.A. Tarasov, A.S. Mikhno, A.F. Sizina ESTIMATION OF PYROGENIC INFLUENCE ON THE SOILS OF BAND PINE FORESTS IN ALTAI

Influence of ground moderate intensity stable fire on sod-carbonate sandy soil features in one of the band pine forests is considered in the article. The conclusion that the character of this influence is diverse and contradictory is drawn.

Key words: pine forest, sod-carbonate soil, ground stable fire, forest floor, agricultural and chemical characteristics.

В последние годы лесные пожары рассматриваются как мощный и активно действующий фактор современного почвообразования, оказывающий сложное и многоплановое влияние на формирование почвенного покрова лесных биогеоценозов. При этом характер и степень пирогенного влияния на почву могут быть различными в зависимости от физико-географических условий, типа леса, исходных свойств почвы, а также вида и интенсивности пожара [3, 6, 8-10, 13-15, 19-21]. Высокая горимость еще больше усиливает роль пирогенного фактора в формировании почв. Исходя из этого, основная цель работы заключалась в оценке влияния лесных пожаров на свойства почв в условиях ленточных боров Алтая.

Объекты и методы

Исследования проводились на территории Ракитовского лесничества Алтайского края в спелом низ-кополнотном сосновом насаждении, которое, согласно разработанной для региона схеме типов леса, относится к сухим борам высоких всхомлений. В августе 2008 года часть его была пройдена устойчивым низовым пожаром средней интенсивности, а другая, не пройденная огнем, служила контролем.

Полевые исследования проводились летом 2009 года, поскольку, судя по литературным данным [3, 13, 15], именно через год после пожара пирогенные изменения свойств почвы проявляются наиболее ярко. При этом использовались общепринятые методики полевых и лабораторных исследований почвы [1, 5, 16, 17].

Результаты и их обсуждение

Морфологические исследования обнаружили относительно однородный характер почвенного покрова объектов изучения, сформированного дерново-карбонатными типичными маломощными среднегумусными связнопесчаными почвами [7].

Результаты показали, что в силу специфичности лесной подстилки наибольшее влияние пожар оказал именно на этот органогенный почвенный горизонт. Вследствие частичного сгорания ее средняя мощность уменьшилась с 2,95±0,26 до 1,64±0,15 см. При этом на гари около 0,5 см подстилки представлено послепо-жарным опадом. В связи с этим можно заключить, что сразу же после прохождения пожара снижение мощности подстилки было еще большим.

Несмотря на столь значительное уменьшение мощности, а следовательно, и объема подстилки, ее запас уменьшился менее чем на четверть (с 2915±168 до 2265±136 г/м2), что объясняется несколькими причинами. Во-первых, при пожарах в основном сгорает верхний слой рыхлого неразложившегося опада, доля которого в общем запасе подстилки невелика [2]. Во-вторых, эта потеря частично восполняется за счет поступления послепожарного опада. Наконец, подстилка на гари имеет большую, в сравнении с контролем, плотность (0,141±0,006 против 0,101 ±0,004 г/см3). Последнее в значительной степени связано с определенными изменениями ее фракционного состава, обусловленными пирогенным влиянием. Вследствие частичного сгорания тонких веток, хвои, травы и трухи, с одной стороны, и поступления послепожарного опада отмершей коры деревьев и углей, с другой, доля активной фракции подстилки сократилась с 74 до 53 %.

Кроме того, послепожарное увеличение плотности подстилки обусловлено и поступлением золы, количество которой в среднем составило до 100 г/м2. Воздействие содержащихся в ней щелочных элементов вызвало определенные изменения физико-химических показателей, которые наиболее сильно проявились в подстилке гари. Значения рН водной и солевой вытяжек здесь на 0,4-0,5 единицы сдвинулись к нейтральному диапазону (с 4,90 и 4,06 до 5,30 и 4,56), гидролитическая кислотность снизилась (с 8,45 до 6,69 ммоль/ 100 г), а сумма обменных оснований и степень насыщенности ими, напротив, возросли (соответственно с 21,9 до 26,5 ммоль/100 г и с 72,2 до 79,8 %).

Судя по более узкому в сравнении с контролем отношению С:Ы (табл. 1), улучшение физикохимических показателей подстилки гари способствовало активизации процессов минерализации органики [4,

11, 18]. Несмотря на это, вместо отмечаемого в ряде аналогичных исследований увеличения аммонийного азота, его содержание по сравнению с контролем оказалось почти на 22 % меньше. Одной из причин этого может быть активное поглощение данной формы азота теми же микроорганизмами по причине дефицита других его усвояемых минеральных соединений. В отличие от аммонийного азота, содержание в подстилке гари подвижных форм фосфора и особенно калия, благодаря их поступлению из золы, оказалось существенно выше - соответственно на 17 и 34 % (см. табл. 1).

Таблица 1

Агрохимические показатели почвы

Горизонт, глубина, см Углерод гумуса, % Азот общий, % рН водное Поглощенные основания, ммоль на 100 г почвы N^4, мг/кг Подвижные, мг на 1 кг почвы

Са2+ Mg2+ Сумма Р2О5 К2О

Гарь

А0, 0-2 17,15* 0,578 29,7 5,30 20,90 5,60 26,50 18,40 299,0 653,0

А1, 2-15 3,55 0,323 11,0 8,03 6,71 1,28 7,99 21,10 138,0 334,0

А1В, 15-25 1,71 0,099 17,3 7,06 3,42 0,64 4,06 9,83 27,8 68,8

В, 25-35 0,53 0,019 27,9 7,15 1,91 0,22 2,13 0,67 15,4 52,3

Контроль

А0, 0-3 19,40* 0,510 38,0 4,90 16,00 5,90 21,90 22,40 255,0 487,0

А1, 3-15 3,60 0,140 25,7 7,43 5,13 2,56 7,69 4,90 19,8 117,0

А1В, 15-25 1,57 0,074 21,2 8,39 3,34 2,06 5,40 1,00 8,7 108,0

В, 25-35 0,90 0,032 28,1 8,69 1,90 0,84 2,74 0,75 7,8 84,8

* общий углерод.

Наряду с подстилкой, определенные послепожарные изменения физико-химических показателей, по данным целого ряда авторов [6, 8-10, 13-15, 21], происходят и в минеральных горизонтах, что обусловлено поступлением в них с осадками легкорастворимых щелочных компонентов золы. Однако в нашем случае указанные изменения отмечаются только в горизонте А1 и в основном проявляются в заметном (на 0,6) увеличении рН водной вытяжки и содержания поглощенных катионов кальция (см. табл. 1), концентрация которого в древесной золе довольно велика [18]. Вероятнее всего, это объясняется очень небольшим количеством образовавшейся золы и малым количеством осадков. Указанные изменения физико-химических показателей горизонта А1, в котором, в связи с засушливостью климата, содержится основная масса физиологически активных корней [22], заслуживают негативной оценки. Это обосновывается тем, что наибольшую продуктивность сосновые древостои показывают на слабокислых почвах (рН=5-5,5), тогда как щелочная реакция и избыток кальция отрицательно влияют на их рост [12].

В остальных расположенных глубже горизонтах более высокие значения рассматриваемых показателей, напротив, наблюдаются на контрольном участке. Прежде всего, это касается рН водной вытяжки и содержания поглощенного магния, величины которых соответственно на 1,3-1,5 единицы и в среднем в 3,5

раза выше, чем на гари. Возможно, это обусловлено изначально более высокими значениями данных показателей в рассматриваемых горизонтах контрольного участка, поскольку содержание поглощенных катионов кальция в них практически такое же, как на гари (см. табл. 1).

Вероятно, высокая щелочность почвы контрольного участка является одной из причин меньшей активности протекающих в ней микробиологических процессов, о чем можно судить по более широкому, чем на гари, отношению &И. Такой вывод вполне обоснован, поскольку для наиболее важной группы почвенных микроорганизмов - бактерий - оптимальной является близкая к нейтральной реакция [4, 18].

В то же время, судя по заметно меньшему отношению &И, микробиологические процессы трансформации органического вещества во всех исследуемых горизонтах гари, за исключением В, идут активней [4, 11]. В горизонте А1В это, скорее всего, обусловлено невысоким значением рН (7,06), а в А1 - значительным (в 2,3 раза) возрастанием общего содержания азота, причиной которого является активное отмирание корней травянистых растений, в связи с уничтожением их наземных частей огнем. Вследствие этого в данных горизонтах в несколько раз увеличивается содержание аммонийного азота (см. табл. 1).

В подстилке гари, несмотря на возросшее после пожара поступление наземного опада, относительное увеличение содержания общего азота составило всего 11 %. Это позволяет сделать вывод, что в данных условиях послепожарный опад лишь в той или иной мере компенсирует существенные газообразные потери азота, происходящие во время горения подстилки. То же самое можно сказать и в отношении углерода, содержание которого в подстилке гари оказалось всего на 2,35 % меньше контрольного значения.

Что касается минеральных горизонтов гари, то в них, за исключением В, содержание углерода, являющегося основным компонентом гумуса, в целом сопоставимо с аналогичными показателями контрольного участка. Это обусловлено тем, что даже при устойчивых пожарах воздействие высоких температур на минеральные горизонты благодаря очень низкой теплопроводности подстилки практически не проявляется [20].

Известно, что в золе содержатся не только кальций и магний, вызывающие изменение физикохимических показателей, но и такие важнейшие элементы минерального питания растений, как калий и фосфор [6, 8-10, 13-15, 21]. Вследствие этого при анализе постпирогенных изменений подстилки нами уже отмечалось увеличение содержания в ней подвижных форм данных элементов. Наряду с подстилкой, более высокие значения данных показателей отмечаются и в горизонте А1 гари (см. табл. 1), что, вероятно, также обусловлено поступлением калия и фосфора из золы с нисходящим током воды. В горизонтах же А1В и В характер различий между гарью и контролем в содержании подвижных форм фосфора и калия диаметрально противоположен. Так, если значения первого показателя на гари в два-три раза превышают контрольные величины, то второго - более чем в полтора раза уступают им. Вероятно, меньшее содержание подвижного фосфора на контроле связано с высокой щелочностью горизонтов А1В и В, которая снижает растворимость его соединений и переход их в доступные формы [11, 18].

Несмотря на большее содержание подвижного калия в рассматриваемых горизонтах контрольного участка, обеспеченность почвы им, как и на гари, является низкой. Это обусловлено тем, что основная часть калия сосредоточена во вторичных глинистых минералах [11], содержание которых в исследуемых песчаных почвах очень мало. При этом можно предположить, что меньшее содержание подвижного калия в горизонтах А1В и В гари является результатом его усиленного потребления почвенными микроорганизмами [15]. По крайней мере, такое объяснение вполне приемлемо для горизонта А1В гари, в котором, судя по меньшему отношению &И, активность микроорганизмов выше, чем на контроле.

Наряду с содержанием элементов питания, необходимо располагать данными об их запасах в исследуемых слоях почвы. Поскольку в наибольшей степени пирогенному воздействию подвержена лесная подстилка, нами были вычислены запасы содержащихся в ней доступных форм элементов питания, а также углерода и общего азота (табл. 2).

Таблица2

Запасы доступных элементов питания, углерода и общего азота в подстилке, кг/га

N^4 К2О Р2О5 Углерод Общий азот

Гарь

0,42 14,79 6,77 3884,5 130,9

Контроль

0,65 14,20 7,43 5655,1 148,7

Как можно заметить, из всех приведенных в таблице показателей лишь запасы доступных форм калия в подстилке гари незначительно превосходят контрольные значения. Это обусловлено возросшим на треть

содержанием в ней калия, что связано с дополнительным его поступлением из золы, которая, благодаря устойчивому характеру пожара, образовалась при сгорании не входивших в состав подстилки древесных остатков [10].

В то же время, несмотря на незначительно большее содержание подвижного фосфора, его запасы в подстилке гари уменьшились почти на 10 %. Вероятнее всего, это является результатом миграции из нее подвижных соединений фосфора в минеральные горизонты, о чем можно судить по возросшему здесь их содержанию.

Примерно на 13 % в подстилке гари сократились запасы общего азота, несмотря на известную его газообразную потерю во время пожара [3, 13]. Объяснением этому является большее содержание в ней азота, обусловленное возросшим за счет отмирания поврежденных пожаром частей растений количеством опада, поступающего в подстилку гари.

Несмотря на то, что послепожарный опад в значительной мере компенсирует и потерю углерода из подстилки, его запасы здесь снизились почти в полтора раза. Главной причиной этого, по всей видимости, является очень большая величина газообразных потерь углерода во время горения подстилки, поскольку именно реакция его окисления составляет основу данного процесса.

Еще в большей степени (почти на 55 %) сократились запасы аммонийного азота. Из этого следует, что в исследуемых насаждениях послепожарный опад, даже с учетом его более активного разложения, лишь в той или иной мере компенсирует существенные газообразные потери различных форм азота, наблюдающиеся во время горения подстилки.

Отмеченное в подстилке гари резкое уменьшение запасов углерода и аммонийного азота заслуживает крайне негативную оценку, поскольку, во-первых, приводит к увеличению содержания СО2 в атмосфере, следствием которого может стать усиление «парникового эффекта», а во-вторых, обостряет дефицит доступных форм азота в лесных почвах.

Выводы

Проведенные исследования показали неоднозначный и противоречивый характер влияния пожаров на почвы ленточных боров Алтая. Учитывая негативную оценку большинства сторон этого влияния, а также уникальность и исключительно важную средообразующую роль данных лесных массивов, следует всемерно усилить работу по профилактике пожаров и подготовке к их тушению.

Литература

1. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. - М.: Изд-во МГУ, 1970. - 487 с.

2. Аткин А.С., Аткина Л.И. Запасы напочвенных горючих материалов в сосняках // Лесные пожары и их

последствия: сб. ст. - Красноярск: ИЛиД, 1985. - С. 92-101.

3. Пирогенная трансформация почв сосняков средней тайги Красноярского края / И.Н. Безкоровайная [и др.] // Сиб. эколог. журн. - 2005. - № 1. - С. 143-152

4. Ершов Ю.И. Основы теории почвообразования. - Красноярск: КГПУ, 1999. - 384 с.

5. Зонн С.В., Базилевич Н.И. Изучение почвы как компонента биогеоценоза // Программа и методика биогеоценотических исследований. - М.: Наука, 1966. - С. 229-268.

6. Лес, почва и лесное почвоведение / Л.О. Карпачевский [и др.] / Почвоведение. - 1996. - № 5. -С. 587-598.

7. Классификация и диагностика почв СССР. - М.: Колос, 1977. - 223 с.

8. Краснощеков Ю.Н. Влияние пожаров на свойства горных дерново-таежных почв лиственничников

Монголии // Почвоведение. - 1994. - № 9. - С. 102-109.

9. Краснощеков Ю.Н. Почвозащитная роль горных лесов бассейна озера Байкал. - Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2004. - 224 с.

10. Кулагина М.А. Влияние низового пожара на биогенную миграцию элементов питания в сосняке багульниково-брусничном // Эколого-фитоценотические особенности лесов Сибири: сб. ст. - Красноярск: Изд-во ИЛиД, 1982. - С. 24-37.

11. Мякина Н.Б., Аринушкина Е.В. Методическое пособие для чтения результатов химических анализов почв. - М.: Изд-во МГУ, 1979. - 62 с.

12. Орлов А.Я., Кошельков С.П. Почвенная экология сосны. - М.: Наука, 1971. - 323 с.

13. Попова Э.П. О продолжительности пирогенного воздействия на свойства лесных почв // Горение и

пожары в лесу: тез. докл. - Красноярск: Изд-во ИЛиД Со АН СССР, 1978. - С. 185-186.

14. Попова Э.П. Пирогенная трансформация свойств лесных почв Среднего Приангарья // Сиб. эколог.

журн. - 1997. - № 4. - С. 413-418.

15. Попова Э.П. Экологическая роль пожаров в почвообразовании // Почвенно-экологические исследования в лесных биогеоценозах. - Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1982. - С. 119-174.

16. Практикум по почвоведению / под ред. И.С. Кауричева. - М.: Колос, 1980. - 272 с.

17. Растворова О.Г. Физика почв (практическое руководство). - Л.: ЛГУ, 1983. - 196 с.

18. Роде А.А., Смирнов В.Н. Почвоведение. - М.: Высш. шк., 1972. - 480 с.

19. Сапожников А.П. Роль огня в формировании лесных почв // Экология. - 1976. - № 1. - С. 42-46.

20. Софронов М.А., Вакуров А.Д. Огонь в лесу. - Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1981. -124 с.

21. Стефин В.В. Антропогенные воздействия на горно-лесные почвы. - Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1981. - 169 с.

22. Ткаченко М.Е. Общее лесоводство. - М.-Л.: Гослесбумиздат, 1952. - 599 с.

---------♦'-----------

УДК 631.43 (571.63) А.В. Назаркина, А.М. Дербенцева, Л.Т. Крупская

ВЗАИМОСВЯЗЬ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ И ЭРОЗИОННЫХ СВОЙСТВ АЛЛЮВИАЛЬНЫХ

ПОЧВ ДОЛИНЫ реки УССУРИ

В статье приводятся результаты исследования взаимосвязи физико-механических и эрозионных свойств аллювиальных почв долины р. Уссури, которые свидетельствуют, что в процессе сельскохозяйственного использования меняются характер микрооструктуривания почв и тип связей межчастичного взаимодействия со смешанного типа связи на пластифицированно-коагуляционный. Установлено, что в агрогумусовом горизонте тип межчастичного взаимодействия имеет свои особенности формирования. В этом горизонте была обнаружена обратная линейная зависимость между значениями плотности твердой фазы почвы и числом пластичности.

Ключевые слова: аллювиальные почвы, эрозия, плотность, число пластичности.

A.V. Nazarkina, A.M. Derbentseva, L.T. Krupskaya RELATIONSHIP BETWEEN THE PHYSICAL AND MECANICAL AND EROSION PROPERTIES OF THE ALLUVIAL SOILS IN THE USSURY RIVER VALLEY

The research results of interrelation between physical and mechanical and erosion properties of the alluvial soils in the Ussury river valley which testify that the character of soil microstructuring and type of relations of interparticle interaction change in the process of agricultural use from the mixed type of relation to plastificised and coa-gulatory are given in the article. It is determined that in the agricultural and humic horizon the type of interparticle interaction has the own features of formation. In this horizon return linear dependence between the values of soil firm phase density and plasticity number was discovered.

Key words: alluvial soils, erosion, density, plasticity index.

Введение

Экологическая устойчивость аллювиальных почв обусловливается их способностью противостоять развитию эрозионных процессов, связана с особенностями их физико-механических свойств - плотностью, гранулометрическим и агрегатным составом, пластичностью. В связи с тем, что аллювиальные почвы активно используются в сельском хозяйстве Приморского края, на них происходит ускоренное развитие эрозионных процессов, что часто приводит к их полной деградации [6]. Разработка научных основ почвозащитных технологий [2] предусматривает, в первую очередь, выявление причин смены типа связей и структур меж-частичного взаимодействия аллювиальных почв при различных формах воздействия на них.

В связи с этим была поставлена цель исследования - изучить взаимосвязь физико-механических и эрозионных свойств почв долины р. Уссури и оценить степень их потенциальной эрозионной опасности.