Изменение показателей плодородия почв под воздействием искусственных лесных насаждений в Ширинской степи
Автор: Куулар Ч.И., Сорокина О.А.
Журнал: Вестник Красноярского государственного аграрного университета @vestnik-kgau
Рубрика: Почвоведение
Статья в выпуске: 5, 2014 года.
Бесплатный доступ
Искусственные лесные насаждения различного видового состава в возрасте 35 лет оказывают положительное воздействие на свойства агрозема аккумулятивно-карбонатного в прибрежной зоне озера Шира. Исследованиями авторов установлена статистически достоверная аккумуляция гумуса и биогенных элементов в верхних слоях почвы как под лесом, так и на целинных участках, характеризующихся максимальной экологической устойчивостью, почвозащитным и водоохранным значением.
Лесные насаждения, целина, свойства почв, достоверность различий, пространственное варьирование, показатели плодородия
Короткий адрес: https://sciup.org/14083721
IDR: 14083721
Текст научной статьи Изменение показателей плодородия почв под воздействием искусственных лесных насаждений в Ширинской степи
Общая цель комплексных исследований, проводимых в прибрежной зоне озера Шира, – разработка био-экологических основ и технологий создания устойчивых защитных и лечебно-оздоровительных лесных насаждений на основе использования местных (природных) и интродуцированных растений. Одна из задач исследований наряду с оценкой состояния древостоев в искусственных лесопосадках включает изучение трансформации свойств почв с динамикой изменения их плодородия, а также оценку экологической устойчивости.
Древесные растения потребляют значительное количество воды на рост, образование тканей, различных химических соединений и т.д. Интродукция древесных пород в Ширинской степи ограничивается основными лимитирующими факторами – дефицитом почвенной влаги, а также реакцией среды и наличием доступных питательных веществ [Почвенные условия .., 1975].
Цель исследований . Оценить изменение показателей плодородия почв под воздействием искусственных лесных насаждений прибрежной зоны озера Шира в сравнении с целинными участками (старая залежь).
Объекты и методы исследований . Работы проводились в искусственных лесных насаждениях, произведенных в этой зоне 35 лет назад. Были заложены опытные экспериментальные площадки в посадках лиственницы, сосны, вяза, караганы, смешанных посадках вяза и лиственницы. Для сравнения взяты участки целины (старой залежи), расположенной в непосредственной близости от лесных насаждений. Все указанные массивы занимают склон юго-восточной экспозиции крутизной 1,5–2˚, обращенный к озеру Шира.
Почвы объектов исследования черноземы обыкновенные карбонатные среднегумусные маломощные легкосуглинистые. По новой классификации они относятся к агроземам аккумулятивно-карбонатным темным, которые в основном формируются из черноземов с укороченным гумусовым горизонтом [Классификация и диагностика …, 2004]. Общее строение профилей этих почв следующее: AUpa (PA) – BCAdc – Cca.
Отбор образцов почвы проводили 20 июня, 24 июля и 25 августа 2010 г. из слоев 0–10 и 10–20 см в пятикратной повторности. Агрохимические свойства почв определяли общепринятыми методами: содержание гумуса по Тюрину (ГОСТ 26213-91); актуальную кислотность (рНн 2 о) ионометрически, нитратный азот (N-NO 3 ) ионометрически, подвижные соединения фосфора (P 2 O 5 ) и калия (K 2 O) по Чирикову в модификации ЦИНАО.
Все полученные экспериментальные материалы статистически обработаны. Рассчитаны коэффициенты пространственного варьирования свойств почв (С v , %), достоверность их различий по критерию Стьюдента (t факт при t теор 2,1) между объектами и глубинами взятия почвенных образцов.
Результаты исследований и их обсуждение . Подробная характеристика агрохимических свойств почв всех объектов исследований приведена нами ранее [Биогенные показатели …, 2013]. В данной работе приводятся результаты оценки достоверности различий между агрохимическими показателями в слоях почвы 0–10 и 10–20 см на целине и под лесными насаждениями.
Содержание гумуса в почвах разных объектов колеблется от 4,2 до 9,1 %. Самое высокое содержание гумуса обнаружено на целине. В сравниваемых участках искусственных лесных насаждений максимальное содержание гумуса зафиксировано под сосной (6,6 %), а также караганой (7,4 %). Минимальная степень гумусированности установлена в почве под лиственницей, где содержание гумуса составляет 4,2 %. Это свидетельствует о более интенсивной минерализации гумуса в почвах под хвойной породой лиственницей за счет развития комплекса бактериально-грибной микрофлоры, интенсивно разлагающей поступающий на поверхность почвы опад. Отмечается угнетение развития травянистой растительности под пологом загущенных лиственничных насаждений.
Таблица 1
Достоверность различий (t ф ) агрохимических показателей между объектами исследований в слое 0–10 см
|
Сравниваемый объект |
Гумус, % |
рН н2о |
N-NO 3 |
P 2 O 5 |
K 2 O |
|||||
|
Мср |
t ф |
Мср |
t ф |
Мср |
t ф |
Мср |
t ф |
Мср |
t ф |
|
|
Целина – лиственница |
7,3 |
6,2 |
7,2 |
2,1 |
11,2 |
0,3 |
86,4 |
2,8 |
517,6 |
4,1 |
|
4,2 |
7,5 |
13,4 |
51,1 |
245,6 |
||||||
|
Целина – вяз + лиственница |
7,3 |
4,0 |
7,2 |
2,3 |
11,2 |
0,5 |
86,4 |
0,1 |
517,6 |
1,6 |
|
5,3 |
7,6 |
7,8 |
88,7 |
388,4 |
||||||
|
Целина – вяз |
6,3 |
0,6 |
7,4 |
0,5 |
7,0 |
0,3 |
76,6 |
1,0 |
484,0 |
0,7 |
|
5,9 |
7,3 |
8,1 |
58,7 |
393,4 |
||||||
|
Вяз – лиственница |
5,9 |
4,3 |
7,6 |
0,5 |
8,1 |
0,9 |
58,7 |
0,5 |
393,4 |
1,4 |
|
4,2 |
7,5 |
13,4 |
51,1 |
245,6 |
||||||
|
Лиственница – вяз + лиственница |
4,2 |
2,2 |
7,5 |
0,6 |
13,4 |
0,9 |
51,1 |
3,1 |
245,6 |
2,5 |
|
5,3 |
7,6 |
7,8 |
88,7 |
388,4 |
||||||
|
Сосна – целина |
6,6 |
3,5 |
7,3 |
1,0 |
3,4 |
1,9 |
53,4 |
4,2 |
377,8 |
4,0 |
|
9,1 |
7,5 |
5,9 |
104,4 |
801,0 |
||||||
|
Сосна – карагана |
6,6 |
2,0 |
7,3 |
1,0 |
3,4 |
2,3 |
53,4 |
1,9 |
377,8 |
1,0 |
|
7,4 |
7,5 |
5,5 |
83,1 |
463,3 |
||||||
|
Карагана – целина |
7,4 |
4,2 |
7,5 |
0 |
5,5 |
0,3 |
83,1 |
1,1 |
463,3 |
3,0 |
|
9,1 |
7,5 |
5,9 |
104,4 |
801,0 |
||||||
Статистически достоверным является увеличение содержание гумуса в верхнем слое почв целинных парных участков (t факт . 3,5 – 6,2), расположенных в непосредственной близости от лесных насаждений, а также под вязом и караганой по сравнению с сосной и лиственницей (табл. 1). Это указывает на отчетливо выраженную биогенную аккумуляцию гумуса, особенно в целинных участках и под влиянием лиственных видов древесных насаждений.
Величины актуальной кислотности почвы (рН Н2О ) всех объектов исследований колеблются от 7,3 до 7,6 единиц. На всех участках реакция почвы близка к нейтральной. Не отмечено подкисляющего действия на почву лесных насаждений. Как правило, различия величины рН статистически не подтверждаются. Достоверными являются различия по реакции среды между сравниваемой парой целина – вяз+лиственница (t факт 2,3), указывающие на подщелачивающее воздействие совместных лесных хвойно-лиственных насаждений.
Несмотря на то что в данной зоне ограничивающими факторами нитрификации является влажность почвы, иногда достигающая значений влажности завядания, содержание нитратного азота колеблется от 2 до 4 класса обеспеченности. В почвах разных объектов его количество составляет от 3,4 до 13,4 мг/кг почвы. Угнетение нитрификации отчетливо выражено под посадками сосны и караганы, где содержание нитратного азота составляет 3,4–5,5 мг/кг почвы. Наиболее интенсивное нитратонакопление за весь период вегетации выявлено на целинном участке (11,2–12,8 мг/кг почвы), под лиственницей (13,4–14,4) и под совместными посадками вяза с лиственницей (7,8–10,5). Существенных различий по содержанию нитратного азота между почвами целины и под искусственными лесными насаждениями не обнаружено, за исключением пары «сосна – карагана».
Обеспеченность почвы всех объектов подвижным фосфором очень низкая, его содержание не превышает 104 мг/кг почвы. Максимальное количество подвижных фосфатов зарегистрировано на целинных участках возле посадок лиственницы и сосны (86–104 мг/кг почвы). Меньше всего содержится фосфора в почве под сосной, вязом и лиственницей (51–59 мг/кг почвы). Как правило, отмечается биогенная аккумуляция фосфора в слое 0–10 см по сравнению со слоем 10–20 см. Особенно это разница видна в сравнении целины и насаждений сосны, лиственницы и вяза с лиственницей, где установлены высокие значения критерия Стьюдента (t факт . 2,8–4,2).
В почвах всех объектов отмечается высокое содержание обменного калия. Почвы относятся к 5–6 классу обеспеченности этим элементам питания. В слое почвы 0–10 см на целинных участках содержание обменного калия максимальное, что связано с высокой зольностью растительных остатков за счет богатого травяного опада. Эти различия подтверждаются высокими значениями критериев достоверности. Минимальное количество обменного калия зафиксировано в посадках лиственницы, вяза с лиственницей и сосны, более интенсивно потребляющих калий из почвы. Отмечается довольно отчетливая дифференциация содержания этого элемента по слоям отбора образцов, указывающая на аккумуляцию калия в самом верхнем слое почвы.
В таблице 2 приведены агрохимические показатели и критерии достоверности их различий между объектами исследования в слое почвы 10–20 см. Содержание гумуса здесь значительно меньше, чем в слое 0–10 см, что является вполне закономерным. Более высокое содержание гумуса в слое почвы 10–20 см, как и в слое 0–10 см, зафиксировано на целинных участках, а также под вязом и совместными насаждениями вяза с лиственницей. Самое низкое содержание гумуса в этом слое отмечается под сосной и караганой. Поэтому практически между всеми сравниваемыми парами установлены статистически достоверные различия. При t теор, составляющим 2,1, значения t факт равны 2,4–8,0.
Таблица 2
Достоверность различий (t ф ) агрохимических показателей между объектами в слое 10–20 см
|
Объект |
Гумус, % |
рН н2о |
N-NO 3 |
P 2 O 5 |
K 2 O |
|||||
|
Мср |
t ф |
Мср |
t ф |
Мср |
t ф |
Мср |
t ф |
Мср |
t ф |
|
|
Целина – лиственница |
6,1 |
5,3 |
7,3 |
0,8 |
12,8 |
0,2 |
74,9 |
2,1 |
393,8 |
3,7 |
|
3,9 |
7,6 |
14,9 |
41,9 |
147,8 |
||||||
|
Целина – вяз+лиственница |
6,1 |
3,2 |
7,3 |
0 |
12,8 |
0,3 |
74,9 |
0,7 |
393,8 |
2,9 |
|
4,8 |
7,3 |
10,5 |
62,0 |
193,6 |
||||||
|
Целина – вяз |
5,7 |
2,4 |
7,5 |
0 |
4,2 |
0,9 |
66,6 |
1,9 |
340,4 |
0,9 |
|
4,9 |
7,5 |
6,7 |
43,9 |
243,0 |
||||||
|
Вяз – лиственница |
4,9 |
3,3 |
7,6 |
0,1 |
6,7 |
1,2 |
43,9 |
0,2 |
243,0 |
1,1 |
|
3,9 |
7,5 |
14,9 |
41,9 |
147,8 |
||||||
|
Лиственница – вяз+лиственница |
3,9 |
2,7 |
7,6 |
0,9 |
14,9 |
0,5 |
41,9 |
3,1 |
147,8 |
1,5 |
|
4,8 |
7,3 |
10,5 |
66,6 |
193,6 |
||||||
|
Сосна – целина |
3,7 |
4,0 |
7,6 |
0,8 |
4,8 |
1,4 |
30,6 |
2,9 |
218,0 |
3,6 |
|
6,9 |
7,5 |
6,9 |
75,2 |
585,8 |
||||||
|
Сосна – карагана |
3,7 |
0 |
7,5 |
3,3 |
4,8 |
0,6 |
30,6 |
1,8 |
218,0 |
1,8 |
|
3,7 |
7,7 |
3,7 |
47,3 |
305,3 |
||||||
|
Карагана – целина |
3,7 |
8,0 |
7,7 |
0,8 |
3,7 |
2,5 |
47,3 |
2,1 |
305,3 |
2,8 |
|
6,9 |
7,6 |
6,9 |
75,2 |
585,8 |
||||||
Не обнаружено достоверных различий между объектами в слое почвы 10–20 см по величине рН и содержанию нитратного азота. Исключение составляет существенно более высокое содержание минерального азота в почве целинного участка по сравнению с насаждениями караганы. Как правило, статистически достоверные различия, указывающие на биогенную аккумуляцию фосфора и калия и в слое почвы 10–20 см, отмечаются на целинных участках в сравнении со всеми лесными насаждениями.
Результаты статических расчетов показывают более значительное пространственное варьирование содержания гумуса в слое 0–10 см по сравнению с нижележащим. Это обусловлено неравномерным распределением органического вещества в виде корней, растительного опада и зообиоты.
Для образцов почв всех объектов, отобранных из разных слоев, установлено очень низкое варьирование актуальной кислотности (табл. 3). Коэффициенты варьирования не выходят за пределы 3,9 %. Самые высокие коэффициенты пространственной вариации, составляющие до 54,5 %, отмечены для нитратного азота. Более высокая пространственная вариабельность характерна по содержанию нитратного азота, особенно в почвах целинных участков. Для них характерна куртинистость произрастания трав, образование микроповышений и кочек землероев, усиливающих неоднородность физических свойств, влияющих на нитрификацию. Здесь величины коэффициентов варьирования составляют от 46,9 до 54,5 %.
Коэффициенты пространственного варьирования свойств почв (C v , %)
Таблица 3
|
Объект |
Глубина, см |
Показатель плодородия |
||||
|
Гумус |
рНн 2 о |
N-NO 3 |
P 2 O 5 |
K 2 O |
||
|
Целина (возле лиственницы) |
0-10 |
5,1 |
1,2 |
54,5 |
14,5 |
12,1 |
|
10-20 |
5,9 |
2,7 |
46,9 |
20,8 |
16,3 |
|
|
Лиственница |
0-10 |
8,3 |
1,5 |
41,0 |
3,4 |
8,3 |
|
10-20 |
5,9 |
3,9 |
44,7 |
3,1 |
12,4 |
|
|
Вяз+лиственница |
0-10 |
7,4 |
1,7 |
29,5 |
19,3 |
14,0 |
|
10-20 |
2,9 |
2,3 |
58,1 |
19,7 |
12,8 |
|
|
Вяз |
0-10 |
2,2 |
2,6 |
32,1 |
23,9 |
26,7 |
|
10-20 |
3,2 |
0,8 |
40,1 |
19,9 |
33,7 |
|
|
Целина (возле вяза) |
0-10 |
10,5 |
1,4 |
34,3 |
14,8 |
14,9 |
|
10-20 |
4,9 |
1,4 |
14,2 |
11,9 |
20,2 |
|
|
Сосна |
0-10 |
5,6 |
2,5 |
8,8 |
25,8 |
14,7 |
|
10-20 |
18,9 |
0,5 |
31,3 |
25,8 |
16,5 |
|
|
Целина (возле сосны) |
0-10 |
5,9 |
1,9 |
22,0 |
11,6 |
11,2 |
|
10-20 |
5,8 |
1,7 |
8,3 |
17,4 |
15,9 |
|
|
Карагана |
0-10 |
0,8 |
1,2 |
15,6 |
18,5 |
14,4 |
|
10-20 |
5,6 |
0,5 |
32,4 |
9,9 |
11,3 |
|
Под насаждениями лиственницы пространственная неоднородность по содержанию нитратного азота в почве также высокая. Известно, что свойства почв особенно сильно варьируют под лесными насаждениями. Своеобразную комплексность почв в лесу можно связывать, прежде всего, с различным характером и степенью воздействия растительности на почву. Более низкое варьирование этого показателя плодородия отмечено под вязом и караганой, где коэффициенты варьирования не превышают 32,1 %.
Существенно снижается пространственная вариабельность подвижных форм фосфора и калия. Как правило, варьирование этих форм элементов питания выше в слое 10–20 см, что связано с более легким гранулометрическим составом дефлированного верхнего слоя почв.
Заключение . Биогенная аккумуляция гумуса, азота, фосфора и калия отмечена в верхних слоях почвы как на целине, так и под искусственными лесными насаждениями, что статистически подтверждается. Установлено снижение содержания гумуса под лиственницей и вязом с лиственницей за счет более интенсивной минерализации органического опада. Подкисляющего действия на почву искусственных лесных насаждений не обнаруживается. Лиственные виды древостоев (вяз, карагана) по сравнению с хвойными видами оказывают более положительное воздействие на свойства почв за счет биогенной аккумуляции гумуса и валового азота. Искусственные насаждения лиственницы и сосны формируют лесную подстилку, характеризуются довольно мощным гумусовым горизонтом, что повышают экологическую устойчивость этих биоценозов. Эти посадки не оказывают почвоухудшающего воздействия, выполняют санитарно-гигиеническую и эстетическую функции. Максимальное экологическое почвозащитное и водоохранное значение в прибрежной зоне озера Шира имеют целинные участки с довольно богатым травяным напочвенным покровом. Наряду с лесными насаждениями целинные участки также выполняют санитарно-гигиеническую и эстетическую функции.
