Фитоиндикация почв и почвообразующих пород в лесах южной части Приволжской возвышенности

УДК 634.0.11

ФИТОИНДИКАЦИЯ ПОЧВ И ПОЧВООБРАЗУЮЩИХ ПОРОД В ЛЕСАХ ЮЖНОЙ ЧАСТИ ПРИВОЛЖСКОЙ ВОЗВЫШЕННОСТИ

© В.А. Болдырев

Ключевые слова: леса Приволжской возвышенности; почвы и почвообразующие породы; фитоиндикация. Приведены сведения по лесным почвам южной части Приволжской возвышенности, указаны растения -индикаторы почв и почвообразующих пород.

ВВЕДЕНИЕ

Нагорные леса южной части Приволжской возвышенности (в административных границах Саратовской области) представляют собой остатки лесных массивов, появившихся на этой территории в раннем голоцене (10-12 тыс. лет тому назад). Сложное строение ландшафтов, пестрота почв и почвообразующих пород района исследования, особые исторические причины привели к формированию своеобразных лесов, функционирующих в тесном контакте со степной и культурной растительностью при высоком уровне антропогенной нагрузки. В настоящее время на лесопокрытой площади преобладают дубовые, липовые, кленовые и березовые леса. Леса по почвозащитному и водоохранному значению относятся к первой группе; особенно ценны насаждения вдоль рек, зеленые зоны вокруг населенных пунктов, нагорные лесные массивы на высоких местах Приволжской возвышенности и государственные лесные полосы.

Для почвенного покрова района исследования характерна преобладающая бескарбонатность почв, сформированных на осадочных силикатных породах. Карбонатные почвы, приуроченные к поверхностным выходам известняка и его элювиально-делювиальных отложений, занимают сравнительно небольшие территории. Положительные формы рельефа, абсолютно преобладающие на территории, определяют господство почв автоморфного увлажнения.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

При таксономии почв и лесных подстилок использовали известные руководства [1-2]. Об условиях местообитания судили с помощью инструментальных методов [3-4] и по составу экоморф травяного покрова [5-7]. Названия видов приводятся по П.Ф. Маевскому [8] с изменениями по сводке С.К. Черепанова [9]. Статистическую обработку данных проводили общепринятыми методами [10].

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

По свойствам и направленности почвообразовательного процесса автоморфные лесные почвы на поверхностных выходах почвообразующих пород в юж-

ной части Приволжской возвышенности объединяются в четыре группы типов: почвы на песках, почвы на супесчаных и суглинистых бескарбонатных породах, почвы на плотных силикатных породах, почвы на плотных карбонатных породах. В свою очередь в группах типов выделяются почвенные типы (протопочвы, дерновые и полнопрофильные), находящиеся на разных временных стадиях своего формирования (табл. 1).

Почвы на песках включают ареносоли и дерновые лесные песчаные. Слаборазвитые почвы - ареносоли -характеризуются маломощной (1-2 см) лесной подстилкой, буровато-серым или светло-серым гор. А мощностью 1-8 см, и далее залегает почвообразующая порода. Следует добавить, что во многих случаях лесная растительность приурочена к поверхностным выходам песков, в которых трудно выделить какие-либо признаки почвообразовательного процесса. Лесная подстилка дерновых лесных почв относительно маломощная (2-6 см), чаще всего модерроогумусовая (АО -АО2 - АО3 - А). Профиль дерновых почв слаборазвитый и маломощный (10-35 см). Наибольшей мощностью характеризуются почвы плакоров и нижних частей склонов, а наименьшей - верхних и средних. Такая закономерность свойственная и для всех других авто-морфных лесных почв. Подробная характеристика лесных почв района исследования опубликована ранее [11].

Травяной покров лесов на песках и песчаных почвах относительно беден видами. Их основная масса -это виды песчаных степей, из типичных лесных встречаются лишь ландыш майский (ConvaUaria majalis), мятлик дубравный (Poa nemoralis), дремлик темнокрасный (Epipactis atrorubens), чина лесная (Lathyrus sylvestris) и некоторые другие. В фитоценозах плакоров и теневых склонов доминируют виды сухо- и свежелугового типов увлажнения (ксеромезофиты) - коротконожка перистая (Brachypodium pinnatum), вейник наземный (Calamagrostis epigeios), мятлик дубравный и другие, а в фитоценозах световых склонов - среднестепного типа (мезоксерофиты) - костер растопыренный (Bromus squarrosus), солонечник узколистный (Galatella angustissima) и некоторые другие со значительной примесью видов пустынно-степного увлажнения (ксерофиты) полынь Маршалла (Artemisia marschalliana), горец песчаный (Polygonum arenarium) и лугово-степного увлажнения (ксеромезофиты) - спар-

Таблица 1

Классификационная таблица автоморфных лесных почв

Почвообразующие породы Положение в рельефе Почвы

Почвы на песках

Моно- и полимиктовые пески, иногда подстилаемые песчаниками Ю, С, П Ареносоли (AC - A - AC или AO - A - C) Ксеролесные Не подразделяются

Ю, С, П, Тс Дерновые лесные песчаные (AO - A - AC - C) Типичные То же

Почвы на супесчаных и суглинистых бескарбонатных породах

Крупно- и среднезернистые алевриты, супеси, суглинки с глинистыми прослойками или без таковых; песчаники алевритовые и алеври-тистые С1, С2, Ю1, Ю2 Регосоли Ксеролесные насыщенные Не подразделяются

С1, С2, Ю1- ЮЗ Дерновые лесные супесчаные и суглинистые (АО - А - АС - С) Насыщенные То же

С1-СЗ, ЮЗ, П, Тс Серые лесные Темно-серые (АО - А1 - А2В - В - С) Суглинистые

То же Серые ксеролесные (АО - А1А2 - В - С) Темно-серые (АО - А1 - А2В - В - С) То же

Типичные Суглинистые, супесчаные

Светло-серые Супесчаные, связнопесчаные

Почвы на плотных силикатных породах

Ю1, Ю2, С1, С2 Литосоли силикатные (АО - А - АК - R) или (АО - А - R) Ксеролесные Не подразделяются

Опоки, алевролиты глинистые Ю1-ЮЗ, С1-СЗ, П, Тс Дерновые лесные каменистые (ранкеры) (АО - А - АК - R или Аt - А - АК - R) Ксеролесные Дерновые, сухоторфянистые

ЮЗ, СЗ, П, Тс Черноземовидные лесные каменистые (АО - А - АК - R) Типичные Обычные, слабо-дифференцированные

Почвы на карбонатных породах

Ю1-ЮЗ Литосоли карбонатные (АО -АШ - Rk или АО - АК - Rk) Ксеролесные Не подразделяются

Ю1-ЮЗ, С1, С2, П, Тс Дерново-карбонатные

Рыхлые карбонатные породы Ю1-ЮЗ, С1-СЗ, П, Тс Регосоли карбонатные (пара-рендзины) (АО - А - АС; - Си) Ксеролесные Глинисто- мергелистые, суглинистые

Примечание: Ю - световые склоны (южной, юго-западной, юго-восточной и западной экспозиции), С - теневые склоны (северной, северо-восточной, северо-западной и восточной экспозиции), П - плакоры, Тс - днища суходольных балок; 1 - верхняя, 2 -средняя, 3 - нижняя части склонов.

жа лекарственная (Asparagus officinalis), ястребинка румянковидная (Hieracium echioides).

Для супесчаных и суглинистых бескарбонатных местообитаний характерны регосоли, дерновые лесные, серые лесные и серые ксеролесные почвы. Формирование этих почв на породах более тяжелого гранулометрического состава предопределяет потенциально их более высокое плодородие и лучшие водно-физические свойства по сравнению с песчаными. Регосоли принципиальных морфологических отличий от ареносолей не имеют, отметим лишь, что первые характеризуются более темной окраской в связи с «утяжеленным» гранулометрическим составом по сравнению со вторыми. Дерновые лесные почвы формируются в верхних и средних частях склонов, а также на плакорах на выхо-

дах плотных и твердых горных пород (песчаники алевритовые и алевритистые), где почвообразовательный процесс существенно замедлен по сравнению с рыхлыми породами. В этом случае почвы характеризуются укороченным профилем и резким разделом с почвообразующей породой. Дальнейшая направленность почвообразовательного процесса определяется почвообразующей породой. Это выражается в том, что на суглинках с близким (0,6-1,5 м) залеганием глинистых слоев, что исключает сквозное промачивание их, образуются, как правило, темно-серые лесные почвы. Мощность почв колеблется от 7-12 до 125 см. Лесная подстилка мулевая (АО - А) и маломощная (1-3 см).

Травяной покров лесов на супесчаных и суглинистых почвах относительно небогат видами, и подав-

Таблица 2

Таблица З

Доминанты древесного яруса на разных почвообразующих породах

Видовой состав кустарников на разных породах

Древесная порода Пески Супе- си, квар- цевые песча- ники Опоки, глини- стые алев- ролиты Из- вестня- ки

Плакоры

Дуб летний ((2ивгст гоЬиг) + + + +

Сосна обыкновенная (Ріпи sv/ves/'r^,s) + +

Береза бородавчатая (Бєїи/а рєпсіиіа) + +

Осина (Рориіш іїетиіа) + +

Липа сердцевидная (Тіїіа соЫаТа) + +

Клен остролистный (Асєг р/аґапоі(1єз) + +

Теневые склоны

Дуб летний + +

Сосна обыкновенная + +

Клен остролистный + +

Береза бородавчатая + + +

Осина + +

Липа сердцевидная + +

Световые склоны

Дуб летний + + +

Сосна обыкновенная + +

ляющее большинство их относится к т. н. мезофитному дубравному широкотравью, лишь в фитоценозах световых склонов значительная доля принадлежит более сухолюбивым видам. Для фитоценозов плакоров, теневых склонов и днищ суходольных балок характерно абсолютное господство видов влажнолугового увлажнения, таких как сныть обыкновенная (Aegopodium podagraria), осока волосистая (Carex pilosa), ландыш майский, звездчатка ланцетолистная (Stellaria holostea), фиалка удивительная (Viola mirabilis) и другие, с примесью видов сухо- и свежелугового увлажнения - лазурник трехлопастный (Laser trilobum), чина весенняя (Lathyrus vernus) и др. Лишь фитоценозы световых склонов характеризуются доминированием видов сухо-и свежелугового увлажнения - вейник наземный, мятлик узколистный (Poa angustifolia), мятлик дубравный, купена душистая (Polygonatum odoratum) и др. Осока волосистая доминирует в дубравах и липо-дубравах только на этих почвах.

Почвы, формирующиеся на каменистых силикатных породах, включают литосоли силикатные, дерновые лесные и черноземовидные лесные каменистые. Профиль почв относительно маломощный (от 6 до 57 см). Лесная подстилка чаще всего модергумусовая (АО1 - АО2 - А), мощностью З-5, реже 6-8 см. Каменистость поверхностных горизонтов дерновых почв может достигать 50-70, а литосолей - 90 %. Гранулометрический состав мелкозема колеблется от тяжелосуглинистого до глинистого, а плотность его увеличи-

Теневые склоны

Световые склоны

Древесная порода Пес- ки Супеси, кварце- вые песча- ники Опоки, глини- стые алевро- литы Из- вест- няки

Плакоры

Бересклет бородавчатый (Euonymus verrucosa) + + + +

Ракитник русский (Chamaecytisus ruthenicus) + +

Дрок красильный (Genista tinctoria) + +

Жимолость обыкновенная (Lonicera xylosteum) +

Лещина обыкновенная (Corylus avellana) + +

Рябина обыкновенная (Sorbus aucuparia) + +

Боярышник волжский (Crataegus volgensis) +

Бересклет бородавчатый + + + +

Ракитник русский + +

Дрок красильный + +

Жимолость лесная +

Лещина обыкновенная +

Рябина обыкновенная +

Шиповник майский (Rosa majalis) +

Бересклет бородавчатый + + + +

Ракитник русский + +

Дрок красильный + +

Клен татарский (Acer tataricum) + +

Вишня кустарниковая (Cerasus fruticosa) + +

Спирея городчатая (Spiraea crenata) +

Боярышник волжский +

вается от 0,48-0,50 г/см3 в гор. А до 0,61-0,90 в гор. В и С.

В лесах на плотных каменистых силикатных породах в травостое фитоценозов плакоров, теневых склонов и днищ суходольных балок характерно абсолютное господство видов влажнолугового увлажнения (Convallaria majalis, Aegopodium podagraria, Viola mirabilis и др.) с примесью сухо- и свежелугового (Laser trilobum, Lathyrus vernus и др.). Для фитоценозов световых склонов выражено преобладание видов влажностепного и свежелугового увлажнения (Brachypo-dium pinnatum, Calamagrostis epigeios, Poa angustifolia, P. nemoralis, Polygonatum odoratum и др.). Наибольшим флористическим богатством (от 38 до 76 видов) травяного яруса характеризуются пограничные со степью фитоценозы и дубравы световых склонов. В их составе присутствует значительная доля степных видов. Наименьшей видовой насыщенностью характеризуются

фитоценозы теневых склонов, днищ суходольных балок (от 8 до 16 видов) и особенно кленовники мертвопокровные (1-3 вида). Мертвопокровность последних определяется комплексом экологических факторов: физиологической сухостью почвы, относительно низкой освещенностью и высоким аллелопатическим фоном в лесной подстилке и почве. Кроме лесных видов (сныти обыкновенной, ландыша майского, купены душистой и др.) в зависимости от конкретных лесорастительных условий в травяном покрове доминируют коротконожка перистая, вейник наземный, осока приземистая (Сагех зпрта) и др.

Для каменистых карбонатных местообитаний характерны литосоли карбонатные, дерново'-карбонатные почвы и регосоли карбонатные. Почвообразующие породы придают почвам своеобразные признаки, отличающие их от бескарбонатных. Самые маломощные почвы - литосоли карбонатные - формируются в верхних частях достаточно крутых склонов. Для них характерна маломощная, часто фрагментарная подстилка и укороченный (до 10 см), слегка прокрашенный гумусом гор. А, который непосредственно располагается на сплошном многометровом меловом фундаменте или отделяется от него тонким слоем рухляка породы. Лесная подстилка в большинстве своем модерроогумусо-вая (АО1 - АО2 - АО3 - А), мощностью в лиственных лесах от 4 до 6, сосновых борах от 5 до 8 и еловых насаждениях от 15 до 32 см. Необычно большая мощность подстилки в последнем случае объясняется низкой скоростью разложения опада ели в сухих местообитаниях, который содержит в своем составе в значительном количестве смолы, воск, дубильные вещества и другие соединения, устойчивые к разложению.

В травяном покрове лесов на карбонатных почвах доминируют, как правило, степные и лугово-степные виды (коротконожка перистая, вейник наземный, осока приземистая) и редко - лесные (мятлик дубравный). В

особенно жестких экологических условиях световых склонов в травяном покрове встречаются виды пустынно-степного увлажнения (Ajuga genevensis, Allium globosum, Ephedra distachya). В фитоценозах световых склонов число видов колеблется от 5 до 52, плакоров -от 18 до 39 и теневых склонов - от 25 до 43. В фитоценозах световых склонов (боры порезниковый и вейни-ковый) преобладают виды лугово-степного увлажнения (Carex supina, Filipendula vulgaris, Galium verum, Phleum phleoides и др.). В фитоценозах плакоров и теневых склонов доминируют виды сухо- и свежелугового увлажнения (Brachypodium pinnatum, Calamagrostis epigeios, Poa angustifolia, P. nemoralis и др.). Следует добавить, что истинные кальцефильные растения в лесах этой эдафической группы встречаются, как правило, лишь на меловых осыпях.

Существенные различия в свойствах почвообразующих пород района исследования в сочетании с малой мощностью лесных почв позволили определить в лесном покрове элементы, имеющие индикационное значение в выявлении почвообразующей породы (табл. 2).

Набор доминантов древостоя весьма беден, и нет возможности выделить виды, приуроченные к тем или иным почвообразующим породам. Связано это с широкой экологической амплитудой деревьев к эдафиче-скому фактору и, кроме того, многократные вырубки внесли значительные изменения в видовой состав естественных древостоев. Тем не менее, естественные лесные массивы являются показателями каменистых и легких по гранулометрическому составу почв и почвообразующих пород.

Основываясь на видовом составе кустарников с учетом положения лесного сообщества в рельефе, есть все основания выделять две группы горных пород: 1 - пески и известняки, 2 - супеси, кварцевые песчаники и опоки (табл. 3).

Таблица 4

Доминанты травяного покрова и сопутствующие им виды на разных почвообразующих породах

Пески Алевриты и кварцевые Опоки, глинистые Известняки

песчаники алевролиты

Плакоры

Carex supina, Calamagrostis Carex pilosa + Convallaria Convallaria majalis, Brachypodium pinnatum,

epigeios + Artemisia majalis, Anemonoides ranunculoides, Viola mirabilis, Pulmonaria obscura, Stellaria holostea, Poa nemoralis Aegopodium podagraria, Calamagrostis epigeios +

tschernjeviana, Polygonum arenarius, Koeleria sabuletorum, Eremogone saxatilis, Dianthus arenarius Brachypodium pinnatum + Adonis vernalis, Oxytropis pilosa, Centaurea ruthenica, Pimpinella litophila, Carex rhizina, Pteridium aquilinum

Achilea millefolium, Carex digitata, Torilis japonica, Veronica chamaedris

Теневые склоны

Calamagrostis epigeios, Poa Galium odoratum, Мертвопокровные фитоценозы. Единично встречаются Convallaria majalis и Carex digitata Brachypodium pinnatum,

nemoralis + Artemisia Aegopodium podagraria + Calamagrostis epigeios +

marschalliana, Dianthus arenarius, Eremogon saxatilis, Sedum telephium Convallaria majalis, Pulmonaria obscura, Stellaria holostea, Viola mirabilis Pteridium aquilinum, Polygonatum odoratum, Agrimonia eupatoria, Medicago romanica

Световые склоны

Carex supina + Artemisia Calamagrostis epigeios, Stipa capillata, Festuca Seseli libanotis, Calamag-

marschalliana, Helichrysum arenarium, Koeleria sabuletorum Brachypodium pinnatum + rupicola + Nonea picta, rostis epigeios, Brachypo-

Carex supim, C. digitatum. Koeleria cristata, Nepeta parviflora, Achilea nobilis, Echium russicum dium pinnatum + Aiuga

glabra, Onosma simplicis-sima, Pimpinella tragium

Примечание: доминантные виды подчеркнуты; сопутствующие - приведены в порядке убывания их встречаемости.

Более детальное подразделение горных пород на основе видового состава кустарников не представляется возможным.

Данные по видовому составу травяного покрова в лесах разных эдафических групп приведены в табл. 4.

Из табл. 4 видно, что основой индикации почвообразующих пород в большинстве случаев могут служить доминанты травяного яруса с учетом положения фитоценоза в рельефе. В случаях, когда в силу высокой экологической пластичности доминируют одни и те же виды, лесные сообщества отличаются по сопутствующим доминантам видам. Так, например, на плакорах на песках и известняках может доминировать Calamagrostis epigeios, однако в первом и во втором случаях его дополняют разные группы трав.

Таким образом, наибольшее индикационное значение в выявлении горных пород имеет видовой состав трав и наименьшее - виды деревьев и кустарников.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Разработанная фитоиндикация почвообразующих пород позволяет решить, по крайней мере, две задачи: 1) прогнозировать направленность почвообразовательного процесса на разных почвообразующих породах, что имеет ведущее значение при лесовосстановительных мероприятиях; 2) определить локализацию горных пород, являющихся ценными строительными материалами или сырьем.

ЛИТЕРАТУРА

1. Eгopoв В.В., Фридланд В.М., Иванoва Е.Н. Классификация и диагностика ночв СССР. М.: Колос, 1977. 224 с.

2. Рoзанoв Б.Г. Классификация ночв. Гл. 15 // Почвоведение. Ч. 2: Типы почв, их география и использование. М.: Изд-во Моск. унта, 1988. С. 241-261.

3. Качинский Н.А. Физика почвы. Вводно-физические свойства и режимы почв. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1970. Ч. 2. 360 с.

4. Воронин А.Д. Основы физики почв. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1986. 244 с.

5. Раменский Л.Г., Цаценкин И.А., Чижиков О.Н., Антипин Н.А. Экологическая оценка кормовых угодий по растительному покрову. М.: Сельхозгиз, 1956. 472 с.

6. Матвеев Н.М. Биоэкологический анализ флоры и растительности (на примере лесостепной и степной зоны). Самара: Изд-во «Самарский университет», 2006. 311 с.

7. Горин В., Болдырев В. Расширение шкал Л.Г. Раменского. Дополнение шкал данными по экологии видов флоры Саратовской области. Saarbruchen: LAP lambert Academic Publishing, 2013. 62 p.

8. Маевский П.Ф. Флора средней полосы европейской части СССР. Л.: Колос, 1964. 880 с.

9. Черепанов С.К Сосудистые растения России и сопредельных государств (в пределах бывшего СССР). СПб.: Мир и семья, 1995. 992 с.

10. Дмитриев Е.А. Математическая статистика в почвоведении. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1995. 320 с.

11. Болдырев В.А. Естественные леса Саратовского Правобережья. Эколого-ценотический очерк. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 2005. 92 с.

БЛАГОДАРНОСТИ: Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках базовой части государственного задания в сфере научной деятельности по Заданию № 2014/203, код проекта: 1287.

Поступила в редакцию 1 июля 2G14 г.

Boldyrev V.A. PHYTOINDICATION OF SOILS AND SOIL MATERIALS IN FORESTS OF SOUTH OF VOLGA UPLAND

Data about forest soils of south of Volga Upland are presented, indicator plants of soils and soil materials are reported.

Key words: forests of Volga Upland; soils and soil materials; phytoindication.

Болдырев Владимир Александрович, Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского, г. Саратов, Российская Федерация, доктор биологических наук, профессор, зав. кафедрой ботаники и экологии, e-mail: boldyrev52@bk.ru

Boldyrev Vladimir Aleksandrovich, Saratov State University named after N.G. Chernyshevsky, Saratov, Russian Federation, Doctor of Biology, Professor, Head of Botany and Ecology Department, e-mail: boldyrev52@bk.ru