Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Почвоведение и агрохимия №2(49) 2012

74

Белорусский государственный технологический университет, г. Минск, Беларусь

Особенности почвенных условий дубрав Беловежской пущи

М.И. Антоник

Summary

In article is of the results of research on sod-podsolic and brown forest soils of the ouk-woods in Bieloviezskaya Puscha in the granulometric composition, water-physical, microbiological, chemical and biochemical index.

ГПУ НП «Беловежская пуща» находится на стыке двух геоботанических зон - евроазиатской хвойно-лесной и европейской широколиственной. Согласно геоботаническому районированию, Беловежская пуща находится на юго-западе неманско-Предполесского округа подзоны грабово-дубово-темнохвойных лесов и составляет особый Беловежский геоботанический район [1]. широколиственные насаждения представлены дубовыми, ясеневыми и грабовыми формациями. Особенностью дубовых лесов Беловежской пущи является то, что в составе древостоя, кроме дуба черешчатого, встречается дуб скальный, достигающий восточных пределов своего распространения. Благодаря заповедному режиму дубравы пущи в основном (более 70 %) представлены высоковозрастными древостоями (150-250 лет), сформировавшимися и развивающимися в относительно естественных условиях. Воздействие широколиственных лесов на почвы в большей мере определяется биологическими и экологическими свойствами лесной растительности и их изменением в различных условиях среды, прежде всего при произрастании на различных почвах [2, 3].

По данным С.В. Зонна, дубовые леса и чистые культуры дуба оказывают менее положительное влияние на почвы, из-за чего в большей степени усиливаются элювиальные явления, чем под смешанными широколиственными лесами и насаждениями, в последнем случае даже с примесью хвойных пород. Вместе с тем одна и та же порода, что установлено для дуба, может в зависимости от почвенных условий выступать и как сильно оподзоливающая порода, и как порода не оподзоливающая [4, 5].

Цель исследования - показать особенности и датьхарактеристику почв дубрав Беловежской пущи. лесной почва дубрава беловежский

Методика и объекты исследования. Исследования проводили на площадках (ПП 31-38), заложенных в дубравах: кисличной (с дубом скальным ПП 31), почва - бурая лесная контактно-оглеенная, супесчаная, развивающаяся на связной супеси, подстилаемой с глубины 40 см суглинком легким моренным (УГВ - 300 см); орляковой (ПП 32), почва - дерновоподзолистая песчаная, развивающаяся на связном песке, сменяемом с глубины 60 см супесью связной и подстилаемом с глубины 75 см суглинком моренным (УГВ - 300 см); грабово-кисличной (ПП 33), почва - дерново-подзолистая контактнооглеенная, песчаная, развивающаяся на связном песке, сменяемом с глубины 68 см водно-ледниковой рыхлой супесью (УГВ - 250 см); снытевой (ПП 34), почва - дерново-подзолистая временно избыточно увлажненная, песчаная, развивающаяся на рыхлом песке, сменяемом с глубины 22 см связным песком и подстилаемом с глубины 78 см суглинком легким (УГВ - 300 см); черничной (ПП 35), почва - бурая лесная контактно-оглеенная, песчаная, развивающаяся на связном песке, сменяемом песком рыхлым на глубине 50 см и подстилаемом с глубины 80 см суглинком легким (УГВ - 400 см); папортниковой (ПП 36), почва - дерновоподзолистая глеевая, песчаная, развивающаяся на связном песке, сменяемом с глубины 25 см песком рыхлым, с глубины 70 см подстилаемая рыхлой супесью (УГВ - 127 см); крапивной (ПП 37); культурах дуба кисличного типа леса (ПП 38), почва - бурая лесная, песчаная, развивающаяся на связном песке, сменяемая с глубины 70 см рыхлым песком (УГВ - 400 см), в Королево-Мостовском и Пашуковском лесничестве на протяжении 2006-2010 гг.

Для изучения показателей образцы отбирали по горизонтам почвенных разрезов. Гранулометрический состав определяли по н.А. Качинскому, плотность твердой фазы почвы - при помощи пикнометра на 100 мл, максимальную гигроскопическую влажность - по А.В. николаеву.

Агрохимические показатели определяли: pH_KCl - потенциометрически на pH- метре; содержание углерода органического вещества (С_орг) в лесных подстилках - по никитину; в почвенных горизонтах гумус - по Тюрину; общий азот (N_общ) - по Кьельдалю; валовой фосфор (Р_вал) - по шерману; легкогидролизуемый азот (N_л-г) - по Корнфилду; подвижный фосфор (P₂O₅) - по Кирсанову [6-8].

Численность бактерий, длину мицелия микроскопических грибов определяли прямыми микроскопическими методами. Бактериальную и грибную биомассу рассчитывали, исходя из удельного веса бактериальной клетки, равного 1,08 г/см³, и объема 0,1 мкм³. Расчет биомассы микроскопических грибов учитывали, исходя из удельного веса мицелия - 1,05 г/см³ и среднего диаметра гиф - 5 нм, тогда биомасса 1 метра мицелия грибов составляет 3,9Ч10-⁶ г сухого вещества [8]. Ферментативную активность определяли по газометрическим и фотоколориметрическим методикам в прописи Щербаковой [9-11].

Запасы гумуса, биогенных элементов и потенциал ферментативной активности в почвах дубрав рассчитывали с учетом мощности генетических горизонтов и их плотности на глубину 150 см почвенного профиля.

Результаты исследований и их обсуждение. Данные гранулометрического анализа показали, что исследованные почвы формировались как на однородных песчаных породах, так и на двучленных и трехчленных отложениях. В составе мелкозема преобладали песчаные фракции крупнозернистого (1-0,5 мм) и среднезернистого песка (0,5-0,25 мм). Содержание илистой фракции (<0,001 мм) было незначительным - 0,34-7,24 %. Содержание физической глины по почвенным разновидностям колебалось от 2,55 до 25,9 %, а количество илистых частиц составило 0,60-7,24 %, крупнозема - 2,13-21,7 %. Верхний 2-40-сантиметровый слой в дубраве кисличной (ПП 31) и 20-сантиметровый слой в дубраве кисличной (ПП 38) связносупесчаный. на ПП 31, где произрастает дуб скальный, почва была более обогащена тонкими фракциями.

Плотность твердой фазы почв Беловежской пущи колебалась от 2,35 до 2,87 г/см³. наименьшие значения (1,15-1,45 г/см³) отмечены в лесной подстилке, что связано с составом и ее сложением, высоким содержанием органического вещества. Плотность лесных подстилок изменялась от 0,17 до 0,33 г/см³, почвенных горизонтов - от 1,46 до 1,81 г/см³.

Величина максимальной гигроскопичности (МГ) исследованных почв оказалась неодинаковой: верхние песчаные горизонты содержали от 0,20 %, нижние - 1,11 % влаги; верхние супесчаные горизонты - 0,30 %, нижние - 0,83 %; суглинистые горизонты - от 0,18 до 1,42 %. Максимальная гигроскопичность в значительной степени зависела от содержания в почве физической глины и гумуса.

Влажность устойчивого завядания (ВЗ) является очень важной характеристикой почвы. По этой величине можно определить количество доступной растениям влаги. В наших исследованиях величину ВЗ вычисляли по МГ, поэтому изменение ее величины по вариантам опытов и профилю соответствовало изменениям максимальной гигроскопичности. Запас продуктивной влаги при одновременном определении в расчете на 1,5 м слой почвы в дубравах кисличных составил 118 мм, 147 мм и 155 мм, орляковой - 243 мм, снытевой - 138 мм, черничной - 176 мм, папоротниковой - 159 мм, крапивной - 124 мм.

Общий запас влаги в полутораметровом слое составил в дубравах крапивной и снытевой не более 145,36 мм, кисличных 155,54-157,14 мм, черничной - 207,46 мм, папоротниковой и культур дуба в кисличных условиях - 171,86 и 182,29 мм, орляковой - 104,15 мм.

Результаты потенциометрического анализа показали, что почти все горизонты исследуемых почв беловежских дубрав имеют сильнокислую и кислую реакцию среды (рн_KCl 3,12-4,86). С глубиной кислотность уменьшалась незначительно.

Следует отметить, что лесные подстилки в кисличных, орляковых, черничных, снытевых дубравах содержат больше С_орг (28,10-36,95 %). Ниже эти показатели в дубравах папоротниковой (20,85 %) и кисличной с дубом скальным (ПП 31 - 23,80 %). Эта закономерность распространяется на гумусовые и подзолистые горизонты, что свидетельствует об аналогичном распределении органического вещества, однако степень ее трансформации невелика, различия в органическом веществе между подстилкой и гумусово-подзолистыми горизонтами в среднем в 6-10 раз.

Содержание общего азота (N_общ) в лесных подстилках почв дубовых насаждений Беловежской пущи было невысокое в снытевой (1,27 %) и папортниковой дубравах (1,30 %), повышенное - в кисличных (1,58-1,68 %) и черничных (1,70 %) типах дубовых лесов.

В подзолистых горизонтах содержание общего азота уменьшилось в 4-12 раз, что указывает на низкую степень минерализации азотсодержащих органических соединений в составе полуперегнившего субстрата лесных подстилок (C:N = 14:1-22:1).

В иллювиальных и подстилающих горизонтах содержание общего азота снизилось до очень низких величин 0,02-0,10 % (C:N = 8:1-18:1).

Фракция легкогидролизуемого азота (N_л-г) в орляковой и черничной дубравах варьировала в пределах 4-7 % от содержания общего азота. наблюдалась аналогичная закономерность распределения как в лесных подстилках (877,5-987,0 мг/кг), так и в почвенных горизонтах (68,5 до 526,5 мг/кг). еще более низкие величины характерны в иллювиальных горизонтах, а также в подстилающих породах.

Содержание валового фосфора (Р_вал) в бурых лесных и дерново-подзолистых почвах дубрав Беловежской пущи составило 0,07-0,12 % с заметным преобладанием в лесных подстилках кисличных и черничных типов леса, в гумусовых горизонтах оно варьировало в пределах 0,03-0,08 % и резко падало в иллювиально-оглеенных горизонтах. Содержание валового фосфора в этих лесных почвах в значительной степени было представлено минеральными фосфатами, где фракция подвижного фосфора (P₂O₅) достигала 10-40 % от запасов валового фосфора. Высоким содержанием подвижного P₂O₅ характеризовались лесные подстилки кисличных (165-230 мг/кг) и орляковой (135 мг/кг) дубрав, менее обогащены P₂O₅ подстилки снытевой (125 мг/кг), папоротниковой (105) и черничной (100 мг/кг) дубрав. По почвенному профилю не отмечено равномерного распределения подвижного фосфора. Подстилающие породы, представленные моренным легким суглинком, в почвах под кисличными дубравами содержали подвижного фосфора больше, чем в подзолистых и даже гумусовых горизонтах.

В расчете на 1,5 м глубину и 1 м² поверхности с учетом мощности и плотности почвенных горизонтов были рассчитаны потенциальные запасы гумуса в исследуемых нами почвах Беловежских дубрав, составляющие 15-24 кг/м². низкие запасы гумуса в почвах снытевых и кисличных и высокие - в почвах крапивных и черничных дубрав: они составили 0,5-0,7 % от массы почвы. Запасы N_общ варьировали в пределах 1,44- 3,14 кг/м², более высокие - в почвах черничной и крапивной дубрав, сравнительно низкие - в почвах кисличных и папоротниковых типах дубрав. Запасы N_л-г достигали 7-10 % от общего азота и преобладали в черничных и крапивных типах.

Целостность почвы как системы жизнеобеспечения метаболитами микробиоты в процессах обмена веществ и энергии есть понятие «биогенности почвы», в основе которого лежат ферментативные реакции, протекающие как в отдельных клетках почвенных микроорганизмов, так и непосредственно в самой почве. Ферментативная активность живых организмов осуществляется выделением большого количества ферментов в среду своего существования - почву - и определяет строгую направленность биохимических трансформаций в почве [10-11].

Биогенность почв рассматривается как совокупность биохимических процессов трансформации основных составляющих (аминокислот, полинуклеотидов, полисахаридов, полифосфатов, липидов и других комплексов) органического вещества до более простых форм, употребляемых растениями и микроорганизмами.

В дерново-подзолистых и бурых лесных почвах дубрав Беловежской пущи нами исследованы ферментативные процессы трансформации органического вещества (активность протеаз, фосфатаз, инвертаз, каталаз) лесных подстилок и почв по генетическим горизонтам почвенных профилей.

Энзиматическая активность проявилась в лесных подстилках в 3-5 раз выше, чем в почвенных горизонтах. Сравнительно высокие величины регистрируются в гумусовых и подзолистых горизонтах, более низкие - в иллювиальных горизонтах и подстилающих породах.

Ферментативная активность лесных подстилок и почв беловежских дубрав тесно связана с водно-физическими свойствами и гранулометрическим составом почв, при этом она существенно возрастала от бедных песчаных к богатым суглинистым разновидностям. Активность гидролитических и оксидоредуктазных ферментов всецело зависела от влажности и плотности почвы. Плотность возрастала от подстилок до глубокорасположенных подстилающих пород и имела обратную зависимость с энзиматической активностью почв, тогда как с влажностью и влагозапасами этих почв была выявлена положительная закономерность.

Потенциальная протеолитическая активность в почвах беловежских дубрав варьировала в пределах 100-300 мг тирозина за 18 ч на 1 см² по генетическим горизонтам с учетом их мощности и плотности и была более интенсивна в кисличных, крапивных типах и в культурах дуба кисличного типа леса. Фосфатазная активность колебалась в пределах 25-75 мг Р за 24 ч на 1 см², максимумы были характерны для кисличных, папоротниковой и крапивной дубравах. Инвертазная активность отмечена в диапазонах 700-2700 г глюкозы за 4 ч на 1 см² в более благоприятных почвенных условиях от папоротниковой и крапивной к орляковой и кисличной дубравам. Потенциальная каталазная активность равномерно уменьшалась от кисличных, орляковой к черничной и папоротниковой дубравам от 400 до 100 см³ О₂ за 2 мин на 1 см² (рис.).

Высокая потенциальная каталитическая активность в пределах 220-250 см³ О₂ за 2 мин на 1 см² отмечена также в кисличном типе (ПП 38) и крапивном.

В лесных подстилках беловежских дубрав длина мицелия микроскопических грибов, количество бактерий и их биомасса не характеризовались высокими отклонениями, однако в них немного выше процентное соотношение суммарной микробной биомассы в ферментационном (38-45 %) и гумифицированном (27-35 %) слоях, что указывает на высокую интенсивность процессов минерализации.

По мере дифференциации лесной подстилки была обнаружена высокая насыщенность мицелием грибов и бактериями в ферментационном слое, где соотношение микробной и грибной биомассы составило 34-41 %, в гумифицирован- ном - 20-30 %, в поверхностном - 21-27 % от суммарной биомассы по генетическим слоям лесной подстилки.

Рис. Активность ферментов в 1,5 м профиле почв дубовых насаждений ГПУ НП «Беловежская пуща»

Численность бактериальных клеток в лесных подстилках составила 6-7 млрд. кл. на 1 г лесной подстилки, в гумусовых горизонтах количество бактерий колебалось в пределах 3-5 млрд. кл./г почвы, а в иллювиально-оглеенных - уменьшилось от 500 млн. кл. до 1,5 млрд. кл. в 1 г почвы. По бактериальной массе это равнялось: в подстилках 0,120-0,140 мг/г воздушно-сухой подстилки, в гумусовых горизонтах - 0,070-0,100 мг/г почвы. В нижних горизонтах генетического профиля биомасса бактерий уменьшилась до 0,010-0,030 мг/г сухой почвы.

Длина гиф мицелиальных грибов варьировала в лесных подстилках дубрав от 450 до 870 м/г, в гумусовых горизонтах длина мицелия достигала 408-680 м/г, в иллювиальных горизонтах изредка обнаруживались фрагменты мицелия и обрывки мицелиальных чехлов до 8-40 м/г почвы.

Биомасса микроорганизмов в дерново-подзолистых и бурых лесных почвах составила в лесных подстилках 1,75-3,40 мг/г, в гумусовых горизонтах - 1,60- 2,65 мг/г почвы; в нижних горизонтах почвенного профиля этих почв она заметно уменьшилась до 0,017-0,080 мг/г почвы.

Преимущественно были заселены микроскопическими грибами лесные подстилки и гумусовые горизонты бурых лесных почв черничных и кисличных типов леса (ПП 31, 35). В дубравах, развитых на дерново-подзолистых слабооподзоленных, песчаных и супесчаных почвенных разновидностях, подстилаемых моренными легкими суглинками и водно-ледниковыми супесями, относительно уменьшалась насыщенность лесных подстилок и гумусовых горизонтов мицелиальными организмами, но заметно возрастала обогащенность бактериальной микрофлорой этих почв в орляковой, кисличной и снытевой дубравах (ПП 32, 33, 34).

Биомасса микроскопических грибов составила основную часть микробного комплекса почв дубовых насаждений пущи (92-98 %), бактериальная часть - всего лишь 2-8 %. В сравнении с биогенной структурой почвы суммарная микробная биомасса составила 0,6-0,8 % от содержания гумуса и 5-10 % от азотсодержащего органического вещества, а также 0,02-0,05 % от массы почвы. Максимальная микробная биомасса в лесных подстилках дубовых насаждений оказалась 3,04- 3,51 мг/г сухой подстилки, в минеральных горизонтах - максимум 2,06-2,75 мг/г почвы и минимум в иллювиальных горизонтах и подстилающих породах от 0,03 до 0,25 мг/г почвы.

В иллювиальных супесчаных и песчаных горизонтах почв беловежских дубрав биомасса микроскопических грибов и бактерий была сравнительно низкая вследствие слабой биологической активности почвы и низкого содержания гумуса в ней, однако встречаемость бактерий достигала определенных пределов даже в оглеенных горизонтах и подстилающих породах.

Выводы

Дубравы (кисличные (с дубом скальным), орляковые, грабово-кисличные, снытевые, черничные, папоротниковые, крапивные) в условиях Беловежской пущи произрастают на различных по гранулометрическому составу, водно-физическим, химическим и микробиологическим свойствам дерново-подзолистых и бурых лесных почвах.

В зависимости от типа и гранулометрического состава почв плотность твердой фазы колебалась от 2,35 до 2,87 г/см³; величина максимальной гигроскопичности - от 0,18 до 1,42%; запас продуктивной влаги (в расчете на 1,5 м слой почвы) - от 118 до 243 мм.

Содержание органического углерода в почвах дубрав Беловежской пущи составило 20,85-36,95%, валового фосфора - 0,07-0,12%, общего азота в лесных подстилках - 1,27-1,70% при рн_KCl 3,12-4,86.

Потенциальная протеолитическая активность в почвах дубрав изменялась в пределах 100-300 мг тирозина за 18 ч на 1см³, фосфатазная активность - 25-

75 мг Р за 24 ч на 1 см³, инвертазная активность - 700-2700 г глюкозы за 4 ч на 1 см³, потенциальная каталазная активность - 100-400 см³ О₂ за 2 мин на 1 см³.

Лучшими водно-физическими, химическими и микробиологическими показателями характеризовались верхние горизонты исследуемых почв, в иллювиальных и подстилающих горизонтах отмечено некоторое ухудшение исследуемых свойств.

Литература

1. Юркевич, И.Д. География, типология и районирование лесной растительности / И.Д. Юркевич, В.С. Гельтман. - Минск: Наука и техника, 1965. - 288 с.

2. Добровольский, Г.В. Функции почв в биосфере и экосистемах / Г.В. Добровольский, Е.Д. Никитин. - М.: Наука, 1990. - 260 с.

3. Добровольский, Г.В. Экологические функции почвы / Г.В. Добровольский, Е.Д. Никитин. - М.: МГУ, 1986. - 137 с.

4. Зонн, С.В. Состояние и задачи исследований по проблеме взаимоотношений между лесом и почвой / С.В. Зонн // Сб. тр. Ин-та леса АН СССР. - М.,1954. - Т. 23. - С. 6-20.

5. McFee, W.W. Jr. Quantity, distribution and Variability of Organic Matter and Nutrients in a Forest Podzol in New York / W.W. McFee, E.L. Stone // Soil Sci Soc. Am. Proc. - 1965. - Vol. 29. - Р. 432-436.

6. Блинцов, И.К. Практикум по почвоведению / И.К. Блинцов, К.Л. Забелло. - Минск: Вышэйшая школа, 1979. - 207 с.

7. Практикум по агрохимии / В.Г. Минеев [и др.]; под общ. ред. В.Г. Минеева. -М.: МГУ, 2001. - 688 с.

8. Агрохимия: практикум / И.Р. Вильдфлуш [и др.]. - Минск: ИВЦ Минфина, 2010. - 368 с.

9. Методы почвенной микробиологии и биохимии / Д.Г. Звягинцев [и др.]; под общ. ред. Д.Г. Звягинцева. - М., 1980. - 224 с.

10. Щербакова, Т.А. Ферментативная активность почв и трансформация органического вещества (в естественных и искусственных фитоценозах) / Т.А. Щербакова. - Минск: Наука и техника, 1983. - 222 с.

11. Хазиев, Ф.Х. Методы почвенной энзимологии / Ф.Х. Хазиев. - М.: наука, 2005. - 252 с.

Размещено на Allbest.ru