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 | УДК: 630.225
Changing of the soil fertility parameters under the influence of artificial forest plantations in Shirinskaya steppe
Artificial forest plantings of various specific structure at the age of 35 years exert positive influence on the accumulative and carbonate agrozem properties in the coastal zone of Shiralake. The authors' research established statistically reliable accumulation of humus and biogenous elements in the soil top layers both under the wood, and on the virgin sites, being characterized by the maximum ecological stability, soil-protective and water preserving value.
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.
