Агрофизическая характеристика почв производных осинников Южного Приангарья

Столь масштабная по своим размерам смена хвойных пород мелколиственными, заметно отличающимися от них по характеру и степени своего влияния на почву [4, 16], определила актуальность оценки данного процесса с точки зрения лесного почвоведения. При этом в большинстве работ, выполненных в различных регионах страны (от Поволжья до Сибири), рассматривалось влияние смены хвойных пород березой, которое, по мнению всех авторов, приводит к улучшению почвенных условий [14, 18, 19].

К сожалению, осине, не менее активно, чем березе, возобновляющейся на вырубках хозяйственно ценных пород, в данном аспекте уделялось неоправданно мало внимания. Лишь в работах М.Е. Ткаченко [16] и С.В. Зонна [4] отмечается неоднозначное и противоречивое влияние осины на свойства почв, вследствие чего данную породу, в отличие от других лиственных, даже не считают почвоулучшающей.

Вместе с тем М.Е. Ткаченко подчеркивал, что «Одна и та же порода … при разных климатических и почвенно-топографических условиях и в зависимости от других обстоятельств будет оказывать на почву различное воздействие» [16].

Цель исследований . Оценка характера и степени влияния насаждений осины, формирующихся на сосновых вырубках, на свойства почв в условиях Южного Приангарья.

Объекты и методы исследований. Исследования проводились на территории Абанского лесничества, отнесенной, согласно лесорастительному районированию Института леса им. В.Н. Сукачева СО РАН, к Ангарскому южно-таежному району лиственнично-сосновых лесов. В соответствии же с почвенногеографическим районированием данная территория является частью Приангарской провинции дерновоподзолистых, дерново-карбонатных и дерново-таежных почв [3].

Лесничество расположено в центральной части края и имеет хорошо развитую дорожную сеть, вследствие чего его хвойные древостои еще с 70-х годов прошлого столетия подвергаются массовым сплошным рубкам. При этом в первую очередь ими были пройдены высокопродуктивные сосняки разнотравной группы, многие вырубки из-под которых возобновились мелколиственными породами, преимущественно осиной. Кроме того, при выборе объектов исследований учитывалось, что согласно литературным данным определенные изменения в свойствах почв проявляются через 10–20 лет влияния лесной растительности [4], а к 30-летнему возрасту насаждений эти изменения приобретают уже четко выраженный характер [5].

Исходя из всего вышесказанного, в качестве объектов изучения были выбраны порослевые осинники, которые сформировались после вырубки коренного соснового древостоя и относились к разным возрастным группам – молоднякам (15 лет) и средневозрастным (35 лет). Все они непосредственно примыкали к служащему контролем сохранившемуся участку коренного сосняка, пройденного подневольно-выборочной рубкой. Закладку пробных площадей в исследуемых насаждениях, их лесоводственное описание и определение таксационных показателей древостоев выполняли общепринятыми в биогеоценологии методами [10].

Обследование пробных площадей позволило отнести все изучаемые насаждения к осочково-разнотравному типу с характерным для него хорошо развитым живым напочвенным покровом, который негативно влияет на возобновление (особенно, хвойных) и формирование подлеска. Вследствие этого подрост повсеместно представлен лишь единичными крупными (выше 2 м) экземплярами осины и березы, а подлесок – небольшими куртинами шиповника. Средние таксационные показатели основного компонента исследуемых насаждений – древостоев – приведены в табл. 1.

Таксационные показатели древостоев

Таблица 1

Состав	Возраст, лет	D, см	Н, м	Бонитет	Полнота	Запас, м3/га
10С (контроль)	60	22	18,0	II	0,9	250
10Ос	15	5	9,0	I	1,0	85
9Ос1Б+С	35	14	16,6	I	0,6	120

Судя по данным табл. 1, все древостои характеризуются высокой продуктивностью, что, прежде всего, может быть обусловлено благоприятными свойствами почв, исследования которых проводили общепринятыми полевыми и лабораторными методами. С целью изучения почвенной морфологии во всех насаждениях закладывали разрез и делали прикопки. После их описания с помощью бура Качинского определяли плотность верхних горизонтов (n=10) [11] и отбирали образцы для лабораторных исследований. Последние выполняли со смешанными образцами, что позволило получить усредненные для всех пробных площадей результаты [15]. Исследования почвенной структуры проводили по Н.И. Савинову. Содержание органического вещества определяли методом прокаливания, гумуса – по И.В. Тюрину, сумму обменных оснований – по Каппену [9].

Результаты исследований и их обсуждение . Полевые исследования обнаружили общее для всех объектов строение почв, характеризующееся формулой О–AY–EL–ВТ–С, и значительное сходство других морфологических признаков. Исходя из этого, почвы всех насаждений были отнесены к одной разности и диагностированы как дерново-подзолистые типичные насыщенные бескарбонатные средние многогумусированные неглубокоподзолистые среднесуглинистые [6].

Вместе с тем следует отметить заметно меньшую среднюю мощность дернового горизонта AY в осинниках (5–7 см против 10 см на контроле). Вероятно это связано с негативным воздействием лесозаготовительной техники, в той или иной степени повреждающей не только подстилку и живой напочвенный покров, но и верхние слои почвы. Согласно литературным данным [13], это наблюдается на 90–95 % площади вырубки, причем на 30–40 % – в сильной степени. В связи с этим минимальную мощность AY (5 см), отмечаемую в молодняках, можно объяснить более коротким периодом и меньшей интенсивностью проявления дернового процесса, который, благодаря активному развитию травянистой растительности на вырубках, играет главную роль в восстановлении указанного горизонта [13].

Данное объяснение хорошо согласуется с существенно меньшим в сравнении с контролем содержанием органического вещества и гумуса в исследуемых горизонтах молодняков (табл. 2), важным источником которых здесь являются отмершие корни трав [13]. К тому же в средневозрастных осинниках, где влияние дернового процесса более продолжительно, первый из рассматриваемых показателей приблизился к контрольным значениям, а второй – даже несколько превзошел их. Последнее, вероятно, обусловлено интенсивным накоплением гуминовых кислот, основная часть которых образуется именно из отмерших корней и корневищ травянистых растений [5]. Кроме того, определенную роль в активизации накопления органических компонентов в почве средневозрастных осинников играет большее количество древесного опада, а также его более быстрое разложение, чему способствуют лучшие по сравнению с очень густыми молодняками почвенные гидротермические условия.

Некоторые агрохимические и физические характеристики почв

Таблица 2

Горизонт	Органическое вещество (ППП), %	Гумус, %	Сумма обменных оснований, м-экв/100 г	Плотность твердой фазы почвы, г/см3	Плотность почвы* г/см3	Общая пористость, %
Сосняк (контроль)
AY	23,31	14,84	37,3	2,49	0,38-0,65/0,48	80,7
EL	8,83	5,41	18,5	2,61	1,0-1,30/1,10	57,9
Молодняк осины
AY	16,06	9,37	24,3	2,59	0,40-0,89/0,64	75,3
EL	5,46	4,82	13,4	2,67	1,04-1,43/1,27	52,4
С			редневозрастный осинник
AY	21,16	15,91	32,0	2,54	0,40-0,78/0,48	81,1
EL	8,23	6,35	18,5	2,63	0,93-1,21/1,04	60,5

* Числитель – интервал значений, знаменатель – среднее.

Сумма обменных оснований в исследуемых горизонтах в целом соответствует содержанию в них гумуса, что объясняется наличием между этими показателями известной взаимосвязи [19]. Поэтому минимальная сумма обменных оснований, почти в полтора раза уступающая ее значениям в соответствующих горизонтах других объектов, отмечается в наименее гумусированной почве молодняков (табл. 2).

Известно, что содержание органического вещества является одним из основных факторов, влияющих на общие физические свойства почв [1, 11, 12]. При этом в наибольшей степени данное влияние проявляется в отношении плотности твердой фазы почвы, величина которой возрастает по мере снижения содержания органических компонентов. Вследствие этого максимальные значения плотности твердой фазы (2,59 и 2,67 г/см3) соответствуют исследуемым горизонтам молодых осинников с наименьшим содержанием органики. На двух других объектах, почвы которых характеризуются намного большим и сопоставимым между собой содержанием органического вещества, плотность твердой фазы имеет более низкие и не очень сильно различающиеся значения, особенно в горизонте EL (табл. 2).

В отличие от рассмотренного показателя, на величину плотности почвы наряду с содержанием органики влияет еще целый ряд факторов. Поэтому плотность является очень информативной интегральной характеристикой, позволяющей оценить физическое состояние почвы и его изменения [1]. В связи с одинаковым гранулометрическим составом исследуемых почв, основными факторами, от которых зависит их плотность, можно считать структурное состояние, определяющее взаимное расположение почвенных агрегатов и пустот между ними, а также влияние корневых систем растений.

Кроме того, учитывая производный характер мелколиственных насаждений, к этим факторам следует добавить уплотняющее воздействие, оказанное в свое время техникой на почву и, прежде всего, на горизонт AY [5, 8, 13]. Этим, вероятно, объясняются большие максимальные значения плотности AY в осинниках (табл. 2), тогда как более широкий интервал ее варьирования и большие коэффициенты изменчивости (23– 25 % против 18 % на контроле) могут быть обусловлены различной степенью воздействия техники на почву пасек и волоков [13]. При этом максимальные средние значения плотности обоих исследуемых горизонтов отмечаются в молодняках (AY – 0,64±0,050 г/см3; EL – 1,27±0,031 г/см3). Они достоверно (tф > 2,8) превыша- ют равные или очень близкие между собой аналогичные показатели контроля и средневозрастных осинников (соответственно AY – 0,48±0,027 и 0,48±0,035 г/см3; EL – 1,10±0,030 и 1,04±0,034 г/см3).

Вследствие известной обратной зависимости плотности почв и их общей пористости [1, 11] наименьшие значения последней, примерно на 5 % уступающие аналогичным показателям контроля, отмечаются в наиболее плотных горизонтах молодняков (табл. 2). В то же время в средневозрастных осинниках величина общей пористости оказалась несколько выше контрольных значений, особенно в горизонте EL, – на 2,6 %.

Анализ представленных данных, с одной стороны, указывает на все еще сохраняющиеся последствия уплотнения в исследуемых горизонтах молодняков, а с другой – позволяет заключить о восстановлении физических свойств почвы в 35-летних насаждениях. Схожий вывод высказывают и другие исследователи [13], утверждающие, что это происходит после 30–60 лет роста возобновившихся на вырубках насаждений.

При этом важнейшее значение для восстановления физических свойств почвы имеет влияние корневых систем растений. Оно проявляется как непосредственно в виде механического разрыхления почвы корнями, так и косвенно через улучшение ее структурного состояния. Первый из этих процессов, вероятно, в большей степени связан с влиянием корневых систем осины, что обусловлено их поверхностным строением и небольшим (преимущественно от 0,5 до 2 см) диаметром корней [4, 16]. В улучшении же почвенной структуры более значимую роль играют корневые системы хорошо развитой в осинниках травянистой растительности [17].

Исходя из известного влияния структуры на физические свойства почв [1, 11, 12], определенный интерес представляют результаты ее исследования, приведенные в табл. 3. Как можно заметить, почвы всех насаждений характеризуются довольно высоким содержанием агрегатов агрономически ценных размеров от 10 до 0,25 мм (мезоагрегатов), причем как воздушно-сухих (67,5–81,5 %), так и водопрочных (58,0–73,2 %). В связи с этим структурное состояние рассматриваемых горизонтов оценивается как хорошее и даже отличное [11].

Вместе с тем анализ табл. 3 выявил и некоторые различия между количественными характеристиками структуры отдельных горизонтов исследуемых насаждений, что, вероятно, обусловлено соответствующими различиями их агрохимических показателей, определяющих структурное состояние почв. Учитывая близкий гранулометрический состав изучаемых горизонтов, к этим показателям можно отнести содержание органических компонентов (особенно, гумуса), а также сумму обменных оснований [1, 12, 20].

Сопоставление агрохимических показателей с содержанием мезоагрегатов обнаружило наличие между ними определенной взаимосвязи. Так, меньше всего как воздушно-сухих, так и водопрочных мезоагрегатов отмечено в обоих горизонтах осиновых молодняков (табл. 3), где содержание органических компонентов и обменных оснований было минимальным (табл. 2). Вместе с тем в других исследуемых горизонтах данная взаимосвязь не столь очевидна, что можно объяснить участием в процессе структурообразования ряда других факторов, а также неравнозначной степенью влияния на него рассматриваемых агрохимических показателей. Исходя из этого, несколько большая доля мезоагрегатов в горизонте AY средневозрастных осинников, который в сравнении с контролем содержит меньше органического вещества и обменных оснований, но больше гумуса, может быть обусловлена приоритетной ролью последнего в образовании почвенной структуры и придания ей водопрочности [1, 2].

В то же время при практически равном с контролем содержанием органического вещества и обменных оснований большая гумусированность горизонта EL 35-летних осинников не обеспечила ему лучшее структурное состояние. Напротив, доля мезоагрегатов в нем оказалась почти на 6 % меньше из-за доминирования макроагрегатов – структурных отдельностей крупнее 10 мм (табл. 3). Содержание воздушно-сухих и водопрочных макроагрегатов соответственно составляет около 24 и 20 %, что почти в 5–6 раз выше, чем на контроле.

Аналогичная картина, наблюдаемая и в горизонте EL осинового молодняка, позволяет высказать предположение о возможной обусловленности большой доли макроагрегатов физическими процессами образования структуры и, прежде всего, объемными изменениями почвы, вызванными ее попеременным увлажнением и высыханием. Вероятно, благодаря особенностям микроклимата вырубок, а также известному влиянию иллювиального слоя, данные процессы в первые годы формирования осинников в их элювиальных горизонтах шли намного активнее. Результатом этого, по мнению В.И. Макеевой [7], могло стать уплотнение почвы, которое, в свою очередь, способствовало образованию крупных агрегатов [12]. Однако, как было сказано ранее, последствия этого уплотнения в настоящее время присутствуют только в почве осинового молодняка.

Показатели структурного состояния исследуемых горизонтов

Таблица 3

1— о СО о 1_______	Размер агрегатов (мм) и их содержание, % (числитель – «сухое просеивание», знаменатель – «мокрое»)										Оценка структурного состояния по шкале С.И. Долгова и П.У. Бахтина [18, 21]
	>10	10-7	7-5	5-3	3-2	2-1	1-0,5	0,5-0,25	<0,25	i i о 9
Сосняк (контроль)
AY	10,0	6,5	10,0	17,9	13,8	6,9	13,9	7,8	13,2	76,7	Хорошее
	9,5	6,2	8,1	13,9	10,5	11,7	11,6	5,8	22,7	67,8
EL	5,0	4,1	7,4	17,9	18,1	7,5	17,4	9,1	13,5	81,5	Отличное
	3,0	2,4	4,6	10,0	9,3	12,8	23,8	12,8	21,3	75,7
Молодняк осины (15 лет)
AY	18,8	10,4	11,5	17,8	11,4	5,0	10,3	6,0	8,8	72,4	Хорошее
	15,3	9,6	8,6	16,2	12,4	8,4	7,8	4,8	20,6	64,1
EL	23,9	8,3	9,1	13,7	11,2	5,3	12,5	7,4	8,6	67,5	Хорошее
	19,6	4,8	4,2	6,8	6,7	8,6	16,0	10,9	22,4	58,0
Средневозрастный осинник (35 лет)
AY	9,5	9,2	12,3	17,2	13,3	7,0	13,5	7,7	10,3	80,1	Отличное
	8,6	6,3	10,3	15,8	12,5	10,5	12,6	5,2	18,2	73,2
EL	20,4	10,3	10,0	14,4	11,1	6,4	11,5	6,2	9,7	69,9	Хорошее
	18,0	8,7	7,4	11,5	6,5	9,0	11,7	7,2	20,0	62,0

Заключение. В начальный период роста и развития осинников, формирующихся на вырубках, основные агрофизические характеристики их верхних почвенных горизонтов заметно уступают аналогичным показателям почвы коренного соснового насаждения. Главным образом это обусловлено негативными последствиями технологического фактора проведения рубки, которые, однако, под влиянием различных компонентов осиновых насаждений с течением времени постепенно ослабевают.

В результате этого в средневозрастных осинниках основные показатели агрофизического состояния почв сравниваются с исходными значениями или даже несколько превосходят их. При этом ведущую роль в восстановлении агрофизических свойств почвы, скорее всего, играет усиление дернового процесса, обусловленное более активным развитием в осинниках травянистой растительности, тогда как эффект от влияния самих древостоев не столь очевиден. Поэтому для выявления характера непосредственного влияния осины на свойства почв необходимы исследования в других типах насаждений этой породы и, прежде всего, мертвопокровных.