Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

ДИНАМИКА ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА И АЗОТА В ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВАХ В БЕРЕЗНЯКЕ И НА СПЛОШНОЙ ВЫРУБКЕ В ПОДЗОНЕ ЮЖНОЙ ТАЙГИ

ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Автореферат диссертации по теме "ДИНАМИКА ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА И АЗОТА В ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВАХ В БЕРЕЗНЯКЕ И НА СПЛОШНОЙ ВЫРУБКЕ В ПОДЗОНЕ ЮЖНОЙ ТАЙГИ"

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРОПРОМЫШЛЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

МОСКОВСКАЯ ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ имени К. А. ТИМИРЯЗЕВА

На правах рукописи ПЕТРОВ-СПИРИДОНОВ Александр Александрович

УДК 630М14.441.2(470.1) : 631.417.21.4

ДИНАМИКА ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА

И АЗОТА В ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВАХ В БЕРЕЗНЯКЕ И НА СПЛОШНОЙ ВЫРУБКЕ В ПОДЗОНЕ ЮЖНОЙ ТАЙГИ

Специальность — 06.01.03 — почвоведение

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МОСКВА —1987

Ж/К£>-. /£<л%£&с<Сс?г>*с*с* - 4?

Работа выполнена в лаборатории лесного почвоведения и микробиологии Лаборатории лесоведения АН СССР.

Научный руководитель—доктор биологических наук А. Я. Орлов.

Официальные оппоненты — доктор биологических наук, ст. н. с. Л. О. Карпачевскии; кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Н. Ф. Ганжара. '

Ведущая организация — Институт леса и древесины СО АН СССР им. В. Н. Сукачева. .

Защита диссертации состоится "к У. > МФ,*/Л. 198^.

в « 7( >~ 'часов на заседании Специализированного совета К-120.35.01 в Московской сельскохозяйственной академии им. К. А. Тимирязева. ]

Адрес: 127550, г. Москва, И-550, ул. Тимирязевская, 49. Сектор защиты диссертаций TGXA.

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ ТСХА.

Автореферат разослан « ^п/К^Л^Л 198 Ч г.

Ученый секретарь /?)- • */Г~

Специализированного совета— (8(иСу~£,. С. М. Саблина

------ ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА:РАБОТЫ

. Актуальность проблемы. В -таежной зоне в,результате ру- • бок и; пожаров коренные леса» (ельники) к ' • настоящему вре- -менн на большей-частитерритории сменились березняками и. осинниками и поэтому 'восстановление еловых»* лесов являете ся-одной из наиболее*.важных,задач лесного'хозяйства.' Основным.. путем:_восстановления .ели: является -сохранение" ее подроста при разработке лесосек и; создание. условий-* для формирования.высокопродуктивных еловых; древоегоевгЛ ,

После сплошных рубокЧ меняются' фитоценоз, гклимат'ичё- -ский и гидрологический режимы; отдельные "свойства почвы; ' сеч.биологическая '.активность"и- т. д. Особенно динамичные изменения -происходят,ш-первые годы после рубки: и именно ..;. . в этот; период важно проследить, что происходите основными звеньями круговорота;органического вещества' и азота. ;г -.„.В' литературе: имеются: работы,; посвященные 'изучению круговорота.веществ:в!различных ценозах в самых разнообразных почвенно-климатических условиях.-Для .Европейской''1 части СССР довольно- подробно изучены 'отдельные; звенья круговорота (в основном;фитомасса и содержание в ней'раз- ' , личных элементов); особенное хвойныхлесах.и'пбелё нх'ру-бок.- Сведений же-о: динамикеЛорг'анического' вещества и азо-, та;на вырубках ;мелколиственных пород с сохранением елб'в'6-. го подроста крайне-малолС этой точки зрения изучение ди-.; намики органического вещества и азота в производных лесах ~ и на их вырубках являетсяЛ актуальным1 и способствует Лна-учному. обоснованиюлспособов быстрейшего7 восстановления еловых лесов в южной-тайге.'г Продуктивность насаждений ; большинства: типов'Лтаежных ' биогеоценозов <ограничивается недостатком доступного 1!для- растений азота *й" в этой связи ' изучение' его круговорота- является; особенно важным вопро- : сом лесного почвоведения . V-'. ; '•'•/ : ~ :. : -. .Цель работы. Изучить и дать количественную оценку 6с-г новиых звеньев круговорота органического вещества и:азота на свежей сплошной1 вырубке* с сохраненным еловым подро- " стом после удаления полога мелколиственных пород в храв-нешш со спелым£березн«комоЛг>*-( .........*'"'* с "" : Ъ

Центральная Научная Сзблиотека Мо.-ь-озс..ой еря*ва Яе-м»». cwbCKOs-v-RSCBCM.. •-*. де.чш . им. К. А. Тнаиряасзл

Основные задачи исследования

1. Проследить после рубки березняка изменение некоторых экологических факторов, влияющих на динамику органического вещества и азота, .

,2. Изучить биологическую фиксацию азота в дерново-подзолистых почвах и дать количественную оценку этому процессу.

3. Определить скорость и характер разложения опада, подстилки и порубочных, остатков под пологом леса и на вырубке — _____— — • • — — * — — — | ___•'

4. Оценить количество азота, ежегодно поступающего в почву березняка и сплошной вырубки как "извне (с осадками и путем азотфиксации), так и в результате разложения растительных остатков. . , „"_„.„. „". _ „ л_—.,,. —..:„. — :— —т_

; 5. Определить годичную Продукцию":"фитоценоза,, :массу опада,'а также вынос азота растениями и содержание его в

опаде. "•"' ........,,

6. Дать оценку по листовому анализу и биометрическим показателям еловому* подросту при оптимизации азотного режима за счет внесения удобрений. .....'

Научная новизна. Впервые для подзоны южной тайги определены количество азота, поступающее в почву, березняков и их вырубок путём его биологической фиксации и связь этого процесса с некоторыми экологическими факторами. Установлено", что масса годичной продукции фитоценоза практически полностью восстанавливается через 4—6 "лет после рубки до уровня березняка высокого класса бонитета. Показано, что на вырубке, особенно на" 2—4—й год, ежегодно за счет травянистых растений, порубочных остатков и отмерших корней срубленных берез поступает в почву значительно.больше азота и органического вещества, чем под пологом леса. В то—же время на вырубках, несмотря на то, что поступление азота в почвунамного превышает вынос его растениями, еловый подрост испытывает дефицит в этом элементе, устранить который можно внесением азотных удобрений. „; _ Л —„„....,..;

Практическая ценность. Материалы диссертации ;дают возможность оценить некоторые лесохозяйственные меропри—: ятня с точки зрения их влияния на режимЛпитания формиру; ющихся на вырубке молодняков. Выводы р ".применений: удобрений для ускорения роста елового подроста на]вырубках использованы при разработке" рекомендаций "по ведению интенсивного лесного хозяйства на типологической основе. Работа также представляет интерес" и в теоретическом плане, способствуя более глубокому пониманию функционирования лесных биогеоценозов. . . . _,:—

Апробация работы. Данные основных результатов работы

- апробированы на-конференции.- в;МГУ-вл 19795гЛ,«Биологиче-/ -[ " ' екая продуктивность- почв; ш. ее увеличениел в-; интересах -на-" *-

родного; хозяйства»,;л:на симпозиуме ;в» АлмаАте. в; 1981 оу. =* "л«Микроорганизмы- как компонент биогеоценоза»; На:„У1 Все-_ , союзном съезде почвоведов в Тбилиси в 198Кг.,гна Совете мо-" лодых ученых в Лаборатории лесоведения, АРЬ СССР5 в; 1984 *

- г., на совещании/в лВильнюсе в. 1986 г г. «Микробиологические-нроцессыЛв почвах-и.урожайность сельскохозяйственных куль- - • • тур»,, на совещании'В .Архангельске в- 1986; г.г «Применение

. минеральных{удобренйй,в лесномЛхозяйстве»..,> ;. "г "' '> 1!и ? -, • Публикация- результатов работы.- По"материалам диссер-,' ,: "тации опубликовано; 10 печатных работ, из них,5 статен (2 .._'♦

- в.соавторстве)"..В-печатинаходится 3 главьгЦиз'них 2 в со'-. .;

- авторстве) коллективной 'монографии '«Азотфиксация -в-лес- V.

ных биогеоценозах».--уА'3.А-'~ г. \•:;•№>"•-„,'•о*v•- V Л •*••->"• -. --Объем работы. Диссертация изложена на 198-стр.'маши-ч - нописного текста,, состоит;из; введения, 5лэкспериментальных -/ ♦. глав, заключения,1 общих выводов и приложения.'Иллюстра-тивный материал?имеет 45 таблиц и рисунков/Библиография ''

- . содержит 340-наименований, в том числе--99 работ, зарубеж-

ных авторов. v ;-;.;•::;;:. -?." ..-:,*;. .. <" .. • .Г:. "\*.-:::.;.: "'т...._ '■••:•]•,

Объекты исследования. Исследования проводили на Северной ЛОС Лаборатории лесоведения АН СССР, которая раз-, -'-• метается в 20;км. на/север от г. Андропова, Ярославской обл.,: , на восточном- берегу/ Рыбинского водохранилища, на:;дв'ух;ч . .

- опытных участках,; расположенных в~ наиболее;: распространенной кислично-черничной: группе типов "леса в березняках' ,,

,- и на прилегающих,к ним сплошных вырубках. . V.:"- .... *-\ -?1 -,.

. . Участок «Нахта-1», где проводили'основные исследования, .'-/1 . выбран в массиве:, одновозрастныхлмелколиственных пород, ♦, сформировавшихся,на.гари 1921 г. 65:кв. Шекснинскоголес- ] ничества. Древостой:образован: березой пр1Г участии осины.'; " . Формула- состава;древостоя — 7Б30с + Ива - козья, -"средний возраст — 55 лет,- высота*—20,8 м, диаметр .ствола — 15 см, -"-относительная''полнота — .1,0,;; класс бонитетаЛ- 1,\ запас—'.'-' . 230 м3/га._В редком;подлеске:преобладаете рябина. Подрост;. * ! ели численностью;10Л-16'тыс. шт/га 'встречается «рассеянно.; V или-густыми\куртинами. Доминирует подрост.высотой -НО—,; , "1,5 мв возрасте 20 лет. .ТравянойЛ покров,в лесу неравномер- * ный, проективное'"покрытие"составляет ,40—60%.' Наиболее , v раенространеныдчерника и представители лесного мелкотра-вьядВ почвенном:покрове преобладают;елабодериово-мелко-"' подзолистые.почвы, с;подстилкой мощностью 3—5 см.."Верх-« •". няя часть профиля супесчано-легкосуглинистая,С" 60-Л120 CM.V •-* залегает моренный суглинок, красно-бурого цвета, с включение 4ямн валунов, -.тяжелого Лмеханического "состава; Длямнкропо-нижений характерны, фрагментыьнеглубокопбдзолистой' почвы

С'.признаками;оглеения.;"Разработкаллесосекн.* проведена .в 1977..Г.1ЛО: технологии,-предусматривающей сохранение-ело-.; . вого Z подроста. Врубка сплошная, площадью, около,4 га. ;*\ 1 -.лУча'сток. «Косково-79», где проводили-.опыты—столько -по " азотфиксации, аналогичен.участку. «Нахта-1», но березняк-бо-лее. старовозрастный, на, вырубке меньше елового-подроста и почва: в целом.несколько ллучше дренирована....—.™»,-..-- «.-'..'-Л.г.Методы исследования. „Годичный, прирост- стволовой*дре-весины:, определен, исходя из запасов.стволовой I древесины, и площади сечения годичных колец, прннимая,„что.ежегодный ., "прирост древесины.иропорционален.площади годичного коль- • ца. Масса ветвей,.коры и крупных, корней.рассчитывалась на . основании.имеющихся коэффициентов,:.показывающих соот-, ношения„между массой,этих»частей дерева.и.массой-стволо-. ~ вой древесины. Для определенияЛ массы листьев;в:период вегетации использовали данные.учета, ежегодного опада "и. со-отношенияЛмежду сухой массой.единицы поверхности зеленых-г и:желтых, свёжеопавших. листьев-На: вырубке массу.; отдель-ныхорганов.отпрысков.осины :(возобновления.порослёвой.бё-',.,. резы практически.не был о). определяли по.модельнымЛдере-Г V вьям,"которые ежегодно срезали в количестве 40: шт.. Массу хвои;ели; определяли ..по-.методике,.. предложенной. Абатуро-, выМ'И Матвеевой '/1974), срезая ежегоднох 3—4.средних эк?. , земляров-но_ 1—2;ветки.с каждой,мутовки. Учет, массы ;тра-. вянистых растений; проводилиЛ на .площадках, размером Д25-' "м?:п6 отдельно; выделенным-снну.зиям,:долю:участия которых; ~ в общем, сложении нокрова,,определяли на трансектах,:пло«.; щадью 200—300. м2. Массу .тонких корней, деревьев и :травХ:. определялиЛ цилиндрических. монолитахДпочвы. диаметром. 50гмм;'количество которых_в. разные.годы., составляло, от С 15" до-,75 шт. Для изученияЛпроцесса разложения на поверхность / ' почвы раскладывали пакеты из:капроновой.сетки.с навеской : "листьев, ПОДСТИЛКИ;и ветвей 1н периодически.определяли-масгч су навески и ее;хнмический состав. Лзотфиксацию определяли.; нолевым ацетиленовым; методом ДУмаров,. 1976):. На.опытных участках было.размещено., 16.коробов, размером_40Х40; см;. • которые на 10;см врезали )влиочвуЛОпределения::проводилн.':-.. в.среднем еженедельно,"в 6дно.;и,то же;время_суток;:Суточ-, --~ - ные-ходы! проводили с 5;дЪ.22.,часЬв..Подробное;картирова- -; - ние;И; изучение-почв опытных;участкотбыло.ранёецпроведе-: -но сотрудниками Лаборатории-лесоведения;;(Кошельков;ЛСоЛ колов, .1978;; Кошельков; Соколов;. Марченко;: 1978)1- В.:197.7:.г; совместно с. С. П. Кошельковым, т лесу;. и:.на<,вырубке_зало-_"' жили, но * 4* площадки (2X2 м), на;:которых, вчтечение:трех ; лет отбирали;образцы подстилки.и.почвы до: глубины. 201 см>-ИБиНпхуопределяли общие-углерод: и. азот,:формыиазотных соединений!, фосфор; калий,,кислотность,. потерн от;прокалш -

вання (Кошельков, Терентьева, 1981, 1985).'Для оценки влия-. " ; , ниц удобрений на. ель на вырубке на площадке размеров ' : 0,06 га ежегодно вносили аммиачную селитру~в дозе 150 кг/Га ЛГ и измеряли приросту верхушечного побега, массу хвои и побегов, содержание азота в хвое. В период исследовании (1977— . 1983 гг.) вели наблюдения' за температурой "воздуха и поч- -'!-.: вы, осадкам». Анализы растительного материала н почвы проводили по;стандартным общепринятым методикам, данные приведены для абсолютно сухой массы, статистическая "обработка проведена по Дмитриеву (1972) • и Доспехову (1985). _ . . . - .

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИИ

., 1. Изменение почвенно-экологических условии после рубки березняка. -

- Ранее при обследовании почв березняков была выявлена большая пестрота почвенногопокрова (Кошельков, Соколов, 1978). Из 7 вндовлп'очв в березняке кислично-черннчном ветре-чаются 6 (табл. Л Среднедерново- поверхностно- и мелко-подзолистыел и с.табодерново-поверхностнопЬдзолистые встречаются не так часто, как слабодерново-мелкоподзолистые (наиболее типичные почвы кнелично-черничного березняка) н ; мелкоподзолистые. Неглубокоподзолистые почвы встречаются радко| приурочены они. к более влажным экотопам.Наблюда-ется существенное варьирование отдельных свойств почв, особенно содержания гумуса и подвижного железа,- но с глубиной различия уменьшаются. По механическому составу, верх- , няя часть почвы-У супесчано-легкосуглинистая, -доминируют-фракции мелкогоЛ песка и крупной* пыли. Ила в верхней части профнля-менее-10%. Содержание гумуса и обменных Са++ и М§++ в верхних-горизонтах почвы: очень низкое, что, естественно, сказывается на их лесорастительных свойствах. >

В первые.годы в-верхних горизонтах почвы и особенно в подстилке наблюдалось уменьшение процентного содержания азота, углерода, потер'ь от прокаливания и снижение кислотности. Соотношение С :К осталось без изменения. Более за- "' метным и в большинстве случаев достоверным было изменение в содержании водорастворимых веществ (Кошельков, Терентьева, 1981). -_,•>•• "- •"";'::'"- с* V- ' Л

В лесу и:на вырубке 1-го года.' негидролйзуемый азот составлял в среднем 86% в АО и 77% в >А1, легко- и трудно-гидролизуемый'—10% в АО и 17%у а А1 и минеральный азот— 3—6% общего запаса азота. На вырубке 5-го года при общем обеднении подстилки азотом отмечался сдвиг в сторону несколько большей доступности его растениям. В целом на вырубке за'пять лет содержание всех групп азота умень-

>

я

Таблица I

Некоторые показатели почв. (1 —слой 10 — 17 см; 2 — слой 30—37 см)

i и березняков кисличио-черничнои группы типов леса "•-•'•', . (Кошельков, Соколов, 1978) *

Почви Гумус , %• Обменные Са+МЦ, мг-э'кв/100гпочви Подвижное железо, мг/100 г почвы Содержание частиц, /о

1 ,', 2 1 2 <0.01 мм <0,001 мм

1 2 1 1 2 1 1 2

Среднедсрново-поверхностаопод- 1,67 0,18 0,60 0,44 520 146 ' 16,4 13,1 5,8 2,5

золисше 2,59 0,60. 0,92 ' . 0,56 170 192 18,6 14,5 5,5 3,7

Среднедерново-мелкоподзолистые 1,70 0,30 0,72 , 0,64 202 101 15,8 7,4 6,0 2,5

2,35. 0,53 0,80 0,60 270 200 20,3 15,0 8,1 5,1

Слабодсрново-поверхиостнопод- 1,29 0,33 , 1,00 0,47 301 276 17,2 - 14,2' 6,8 5,7

.золистие • < • 1,59 0,30- 0,52 1,72 283 ' 234 17,0 12,7 6,Г 5,1

* Слабодерново-мелкоподзолистые ;о,75 0,12 0,48 1,00 244 407 18,6 13,6 7,3; 4,4

: 0,76 0,20 0,40 : 1,48 251 350 10,5 10,7 -4,2 4,3

0,92 0,47 0,88 ' 0,31 40 345 14,5 14,8 4,1 2,9

0,64 0,37 0,80 0,72. • 79 261 17,1 17,8' 5,3 5,6

Мелкоподзолистые 1,23 0,23 0,80 0,43 183, 293 17,1 12,9 6,3 2,8

0,57 , 0,14 0,54 : 1,49 157 367 15,0 12,7 5,1 5,0

0.63 0,19 0,84 0,92 145: 401 14,9 • 16,3 '•4,3' :• 5,0

0,62 0,36 0,66 ; : 0,44 174 252 12,3 10,3 4,4 3,7

' Нсглубокоподзодистые 0,80 0,18 0,34 0,92 13 254 10,9 . 13,3 4,1. : 5,0

1,26 0,22 0,82 2,38 ,117 308 19,8". ;. 19,5 7,4 7,8

0,62 0,17 • 0,60 ' 1,40 , 72 407 13.2' "18,8' 5,7 7,8

,'.&-.'«" Г . - . ' Г*.' ' - ! , ' ; 4 ' > ' ' ' Б - - -

'чА.шилось на 50А87%]в" АО н на 60—84;/о',.в А); кроме.трудно— гидролнзуембгб.7-Его; содержание увёличилосьГв,:1,5 фаза":гю1 ?А~*сравнению ;с; вырубкой* 1-го года- (Кошельков;;Тёрентьёва", -;> у*.1985 г.).": Это "обусловлено комплексом-.факторов, среди; кото-"*' .*А*'>рь1хнаиболее существенным является более.быстрое вымывав ; *Т//нне, переувлажнение,-усиление разложения "и[-уменьшение4.по-"• */ ;А"«'ступления древесного'опада.' На вырубке за пятьсот произо- г ---'.шло увеличение ".содержания гуминовых й фульвокислот, что

* Асвязано с разложением растительных остатков. -В лесу - под-. у.- ",'стнлка фульватно'-гуматного типа,',среднее!гумусонакопле'нне, \f-V~a на вырубке.подстилка более гуматногол-ипа (Сг.Кг.: Сф.к;— ~ f ».0,7 и более) ,* характерно интенсивное сгумусЬнакопленне т и " Ч. :! увеличение* в горизонтеГА1" содержанияАрбщего углерода за" ;А*:>хчег вмыванияГего*"йз* подстилки."»-.? 8*г'%1 ;Д'".. ,.". //>.♦ •*•;•'•: • • ;А;,?,/ ПроведенноеАнами".определение" запасов""подстилки пока-?^> Гзало, что,-"несмотря.наибольшую пестроту, вАсреднем мощность фг. ее на вырубке?2-А4,года;больше, чемдв'березняке. Запас ее Ау составляет около* 40уг/га;* а*под пологом/леса — 30—32 т/га.. • £4"-'.Запас органического вещества в подстилке .соответственно и.Аравен в березняке 13—15 т/га и на вырубке-20—22 т/га. От- -'«""Аносительное содержание азота в ."подстилкеАна* вырубке нё-;: ?Чд!"сколько ниже,.чем,в лесу, н6;за"счет?.ее'большей*массы об-;>с/."щнй запас азота в ней одинаков и составляет .около ,400 кг/га.

: I;! .Наблюдения.за верховодкой показали, что:на: вырубке в ;ч":летнее время зеркало воды выше, .чем в!.березняке.- За* все ¡г>,, годы наблюдений, -кроме 1981. г., когда выпало'гв два раза 'У/.у.-меньше осадков,*;чем"в остальные годы,"* на4 вырубке,уровень : ; /,>верховодки" ♦ практически не опускался ,ннже50 см,'а в период ; ААинтенсивных;летних осадков зеркало воды.поднималось;к-по-

• Д-Уверхности почвыГВ березняке также;"кроме ,1981"т!',- наблю-АгГАДались периоды,''когда верховодка опускалась ниже'70 см, но <!; ."они были.как правило,' кратковременные.*?.; " уу,_. '.. . „ "'.. ?•;-"*; .Температура приземного слоя воздуха 'на вырубке выше, А;7чем в лесу, но существенная разница (до 10°С в дневные ча-:,"%Г сы) наблюдалась4 только'в первый год" после рубки.'- В. по-

♦ 1?~з1 следующие годыона'резко уменьшилась проставляла" 1—3! С. с;>. -В подстилке на-глубине .4—5 см (слой Н)"в первый год пос-Х; Ал е рубки разница составляла" 5° С в -июлеавгусте;*на второй Л- Л-;.гсд она уменьшил ась,\ ас третьего года разница, отсутство-2*г, { вала, за исключением отдельных сроков наблюдений." В поч-«-*Ж ве на глубине 20 см (горизонт А2) разницы между лесом и вы-

5 ?рубкой не обнаружено. 1~ . -у'у уА ;" • • "г-"

; - •< -. 2. Биологическая фиксация азота и ее роль' в поступлении л\«'* азота в почву.лесных БГЦ. ' '~'.'~У~УУ*"{ ,.'*-"" . г"

,*1.;*;: В естественных, условиях пополнение запасов азота в поч-у у ве происходит за счёт.поступления его в БГЦАизвне —с осад-г>- ;?камн н путем.биологической фиксации. В осадках концентра- "

цня-азота* колебалась от 0 до.3,5 мг/л, находился он преимущественной аммиачной форме.-: Незначительные количества -"; нитратов„обнаруживал1ь только в отдельные сроки наблюдении.; За вегетационный период с осадками поступало в сред- ' ; нем ':2ч кг К/га. .:••%... -..;',:

'-.'Определение:динамики'азот'фискаш1и показало, что се активность неодинакова в течение суток. Начиная с 5—7 часов,. . утра.'азотфиксация довольно резко возрастала, достигая на- л нвысших значений в дневные часы, а затем плавно» снижалась к вечеру. В течение вегетационных периодов всегда; кроме, летних-подъемов активности, наблюдается -повышение . азотфиксации осенью (рпс.-1), в период отмирания листьев и ихзмассового опадения. Высокий подъем активности азот-фиксации в 4 годах из 5 отмечался к-началу августа н в от- . дельные годы в этот период активность достигала-максималь-ного значения. Значительное повышение азотфиксации может , бытын в начале вегетационного периода.(1980—1981 гг.),-хо-тя никаких существенных отклонений в температурном и гидрологическом режимах не наблюдалось.. Следует ;отметить сходство кривых азотфиксации-в. лесу и на-вырубке, хотя со- V' став фитоценозов весьма'различен. • Л~ :; *> --. -•- -.,.--»--

" 4* В;период активной вегетации растенийтемпература верх- "1 него (слоя почвы изменялась! в ;_том 'диапазоне температуры, который не лимитирует азотфиксацию. Только ранней весной и осенью'нйзкие температуры.подавляли этот процесс.";Поэ-тому,;несмотря на "многолетние исследования н различные.ме-../тодические подходы, мы не получили.для полевых";условий "прямой.'постоянной зависимости¥азотфиксации оттемперату-ры,:хотя в; отдельные годы (1979 г.) "могут; быть совпадения в изменении температуры и азотфиксации; Еще'менее "выра-жено'влияние влажности на.азотфиксацию в экотопах'-соот-" ветствующих кислично-черничному типу леса', поскольку поч^ ва в течение вегетационного периода' достаточно' увлажнена и уровень верховодки часто поднимается к ее поверхности.'«'4 '

Однако отмеченное отсутствие прямой постоянной связи между этими экологическими,факторами- и азртфнксациеи не означает, что они вообще не влияют на фиксацию азота "мик;. роорганизмами. Очевидно,' их воздействие маскируется каки- • . ми-то; другими причинами, оказывающими Лбольшее влияние ,-на.этот.процесс. Исследования показали, что основное влияние на азотфиксацию оказывают высшие растения, ее динами1. ка тесно связана со сменой видовЛрастений н фазамиихлраз- -, вития.-"' ... •• _ ,' '.. •„ „*; "'{>;Г.•.;:•-•; ^г^.-т*'л^'с.:л1\}"

Вчпочвепод пологом леса фиксируется;за сезон;от 22 до , 30 кг К/га, но может наблюдаться и снижение до 10 кг К/га." : Налвырубке 1—2 года фиксируется до 65—70.";кги. К/га,'е

РНО I, Динамика .азотЗяксачии в березняке (Д)и на - вцрубке (2) , - ; , '

12.

6

Л

11М

I - 1_-"Л

Ш1

4

*

о

о

11ГГ 13Г9 11{Ь

Рио. Я. Динамика годичной продымил фитоценоза и масса онеда в бзроаняка (I) п на выдойке (г ).

«t e

4

-1

80

60

о

<v> 4o

<fc

to

4,'

/•/?* »^^ " * * ч "ГЯ5

Рис. З. Динамика вкноса азота растениями (А) и содержание его в оиаде (Б) в Сирезнянэ (1.3) и на вырубга (а, 4 ) .

lift

11 t* ttlf

ftti

Рис. 4. Поступление в почиу органического вещества и азота . при разложении растительных остатков в лесу (.1) и на вырубке (<1) .

\

и

«

160

120

so

4о

березняк

ПО

760

По

to

ко

вкрубка

/*<L

У

Vwe

. I-1-1. 1-

-1-(

Off -lift 1911 19/6 •' tijj. JITS «»/ 1ЧИ

Рис. 6. Дошагана азота,'ежегодно поступающего в круговорот (1 и содерг.шегоск в годичной" продукции растопил'л") в берозняке и на внрубке. ' • - '<

л

t

г

о

Що„с возрастом;вырубки количество _ фиксированного с- азота ♦ снижается,до 37;кг Ку^га; - - . V.; - ; . :. . •; 1 1 .>. 3.] Динамика годичной .продукции {основных- компонентов фитоценоза и содержание в ней азота. ; .ЛЛ . ,, <>

л-лПродукционный процесс является.важнейшим процессом, :, протекающим п биогеоценозе и влияющим на многие: свойст-"г ва почвы, в частности образование органического вещества, Лгумусовых.соединений и т. д. До рубк1кмасса надземной части древостоя составляла 158,4 т/га (изчних'стволовой дре-, -весины —126,2; т/га), и-подземной— 25 т/га. Общий запас азота в древостое равнялся 466,8 кг/га, из них около 30%Л. сосредоточено в подземных органах. В результате рубки боль-шаяЛчасть стволовой древесины вывезена,,но:остались порубочные остатки — 20,7 т/га, в которых содержится. 41,3 кг -]Ч/гя. Ч • . -.-„,; :„•—.; -,,' >•• -..:-;..' г-- • Л... . „ц.В березняке"годичная продукция фитоценоза (рис. 2) определяется! приростом мелколиственных, пород.. Еловый подрост ;н травы под пологом леса имели незначительную продукцию и только в последние годы прирост ели.в два раза превысил;прирост трав.,На вырубке прирост мелколиствен. : ных пород до. 1981 г. был крайне незначительным. Продукция .елового подроста и трав,в первый год имела низкие значения, ноужеЛна. второй год она резко возросла, причем в первые , три .года; ведущую роль,в„образовании:органического веще-"~ства:игралн лёсолуговыёзлаки. На вырубке образование пер*--вйчного_ органического вещества было значительно ниже только в первые годы, а не длительное время,, поскольку в его образовании принимают более или менее значительное участие всеЛгруппы .растений ив сумме,уже на второй год про-.Л-дукция:достигла 7,4 т/га. ; , • ; •>,♦ ..-,.'

♦лЕжегодно часть органическоголвещества поступает в почву с отмершими, частями, растений (рис..2). На вырубке в первый год наблюдалось - резкое уменьшение поступления оцада. Со:второго.года различия между, лесом-и вырубкой '-'. практически.не было, но, кроме ежегодного опада, в почвена вырубке имеются= отмершие корни срубленных берез (18,6 ; т/га) и порубочные остатки, что -составляет существенную . приходную статью в круговороте веществ. ,, :,-Г-

Вберезнякевынос азота годичной продукцией фитоценоза колеблется от 72,4 до -106,0 кг/га в- год (рис. 3). В- листья березы.и осины ежегодно накапливается 50—75 кг ¡К/га, в стволовой древесине, коре, ветвях и крупных, корнях 14—20 кг К/га. Вынос азота еловым подростом за годы наблюдений возрос с 3 до 6 кг/га. Травами ежегодно выносится 5—7 кг К/га; На вырубке первого года вынос азота растениями: был в 5 раз;меньше, чем в лесу. На второй год он резко возрос ' и в дальнейшем постепенно увеличился до 90,3 кг/га в год.

гШынослазота; отпрысками ос1Ш^1*л * в;'4;раза,-а еловыл

;и;2;кглМУга,~ноУколебанн'я"по"'годам;могутлбыть;доволЪно'Хзнагл лчитальными—;от*17;л

лвого/грда; с,6падом;в.почвудпоступало:'в;среднем HaЛkгN/гaV-S' ллод1~меньше,";; чет в\ березнякел

2ЙН.4.Ч Рол ь •; разл ожен ия • растител ьных!остатков": в' п оступлении'фу '(органичёскогогвеществатиГазота'вшочвуЛ лесных :БГЦ:!3Л|Л*||к »л4,Основным;почвенно-биологнчёскйм; процессом,- в-рёзульУапЛ л е ; которого г становятся/вновь! доступиымй?для:растенийГэле:||> ;мёнты;Пнтания,%:ЯвляётсяЛпроцессЛразложения. .Вг/условйях1Л 11 южной!'тайги";березовыйопад- за зимний;пёриод4теряётрбЧг-*б

врастала, за 520 днеиУМ асса лшада .уменьшилась. на|44Л49 %ofp$ лвглесулигна 49л51,%';ГнЪ'.вь1рубкеГ:К"концу'Рт"рётьёго*£г одалл и Л 4 Л ; :стья г практически лполностью < разложились,*Л осталось/о'колб ¿Т« "'57оГтёрвоначальной::массыЛоЛ

5протёкает -интенсивнеё.лчёмлв "лесу,;н6/достоверной£разницы:Д ?получено не "былолНесколько'быстрее.Лчем.;убыль ЛМаРси,"й луменьшается.содержаниелуглерода;в :опаде,~ос6бенно;;наЛвы-Л-5 [рубке.%*В:начальный период?.разложения;. происходит Аупёптё-#*л лние7нё>толькЬ:относитеЛльного,<но;исабсолютного; количества;/Л газотаТлчто связано;с»деяте"льностью\азотф11ксаторов;Гизрезкоел| с его Уменьшение через два;года; разложения.л В]средне&Ьза\г6длЬ[' лразложения содержание Лазота- увеличивается с*'62Лмг,?,вйш-дЗл

свежем;опаде равно(64,:ЛЛпомеЬсеннё-зимнёгопёрйода'гС":.К>*р| ; сужается а до .46,пчер'ез™годсразложениялстанлвится.л л28~34 и.йв, дальнейшем • /изменяетсяпнезначительноу5хотяЛна[Й лвырубке-имеется .тенденцияткьс"ужению'4'соотношения*СГ:ЫЙ1 - • по' сравнению с {лесом?: гЛйстсЛЛЛЛ

*4>лРазложение ,подстнлкн,г какГи>разложение;рпада,%пройс:«й хо*дит.Л в"'условиях; вырубки: несколько.; интенсивнее.г.чём } подгл*». ."пологом лесаГЗа1двагода;ёё/масса,,содержание в.ней(угл'ё-„13 ;родаиазота,уменьшнлйсь"в:1;5Л-2 раза.'но сортношённё;С: №%Г :осталось*без измененнй.х~г2'.*лЛ' ух-гкл%ЛЛ:;: г;<л":лЙл!Й%ёл1 •лСсПорубочныегостаткилв -первый.' год? разлагаются», крайне',Л [.медленно?' затем*происходит,; их,-сильнаЛ лдн'ффёренйацйяглв'лЙЛ силу.чего трудно определить достоверность • различия * между **; .тесом и-вырубкой, За 2,5 годц масса веток уменьшилась-вЛ'

кла<1 '- ч'" * "Ч"- " " - , - "*•- Л>-Т\ С"?

♦лесу на 39—64%,. а на вырубке —на 48—60%; Содержание азота, как ив опадег заметно увеличилось в начале разложения,, особенно в коре.- '.

;; На.основании экспериментальных данных по разложению :опада и массы ежегодных опадов представляется возможным проследить трансформацию опада в процессе его разложения. В березняке суммарная масса опадов различной степени разложенностн—от свежего до сильноразложнвшегося—со-.ставляет 6—7 т/га, на вырубке —5 — 6 т/га. Содержание азота в этой суммарной массе опадов в березняке равно 63—70 кг/га, а на вырубке, -за счет значительно меньшего относительного содержания азота в надземном опаде травянистых растений содержание его в этой массе не превышало 34 кг/га. Однако на вырубке имеются порубочные остатки и корни бе-рез1 и на 2—3-й год, когда их разложение протекало наиболее интенсивно, из этих остатков поступало в почву до 10 т/га •в год органического вещества и 52—63 кг/га в год азота '(рис. 4). . ; '-. -, . • • " --.'••С учетом ежегодного опада растений на вырубке в первые годы поступает в почву в 5 раз больше органического вещества и более чем в 2 раза азота. К исходному уровню эти величины возвращаются на 6—7-й год после рубки.

5. Изменение отдельных звеньев круговорота азота при рубке березняка.

В предыдущих разделах была рассмотрена динамика азота и определены размеры поступления'его в почву лесных БГЦ с осадками, путем азотфиксации, при разложении растительных остатков и вынос азота годичной продукцией растений. С учетом литературных данных о других звеньях круговорота азота сделана попытка оценить динамику азота после рубки леса по количеству азота, ежегодно поступающего в почву и содержащегося в годичной продукции растений* Основные звенья круговорота азота и пути его трансформации в лесных Б ГЦ представлены на рис. 5.

Растения поглощают из почвы азот (9), который поступил в нее с осадками (1), вымытый осадками из крон деревьев (2), с опадом (3), в результате азотфиксации (4), из разлагающихся корней и порубочных остатков (только на вырубке) (5), при минерализации общего, азота почвы (6). После того, как растения поглотили (7) из почвы азот (10), часть его, в конце вегетационного периода, возвращается в почву с опадом (3), а довольно значительная часть его оттекает в многолетние органы (8) и в начале вегетации вновь транспортируется в растущие ткани растений. Это можно назвать внутренним элементом круговорота азота, который необходимо учитывать при оценке его динамики в лесных

Б Г Ц . • • - • :

. -Одновременно с образованием.в почве доступных для ра-.стений форм азота и выноса-егогодичной продукцией фитоценоза в БГЦ происходят также потерн,-азота с почвенно--грунтовыми водами (11) ив результате жизнедеятельности микроорганизмов (12).. Вгпочву .в первые годы после рубки .березняка поступает гораздо, больше азота, чем под пологом .леса. Положительная-разница между, количеством, ежегодно вовлекаемого в "круговорот азота-н выносом его растениями .составляет (В березянке около Л5—25 кг/га« в'.год (рис. .6). Ша вырубке этот показатель-в первые.4 года возрос до 80— .100. кг/га в год. Поскольку потерн с водами« составляют'не-значительнуювеличину,- кроме лпервого года, ~ когда ;вымыва-' пне может'существенновозрастать,л накопления азота В;ПОч-,' .ве не - наблюдается,, можно-; предполагать, что; на; сплошных -вырубках£имеются*большнёл «неучтенные»;'потериЛ азота из -почвы. . -_\-, л;л л: \ 1 Б :НЯ'лс*":»-:г:хл '•'

... 1Б то.жё время,*несмотря на:чбольшоел количество посту-* пающего в почвудна вырубкеазогаГ ель нспытывает.дефицит в этом элементе, 1 устранить;который можно внесением; удоб--реннн. • При внесеншгЛудобрений ;прирост;{верхушечног6 побега достигает 80—100 см^ то; время как на неудобренных экземплярах на вырубке он не:превышает 40 см, а под-поло: том-леса г—20 .см.» Вес 100 хвоинок. при "внесении удобрений возрос до 635 ± 52 - мг, - без ,удобрений; он был; равен г 482 ± 34"; мг.-и в березняке —235'±14>мг. Масса-хвои текущего года. -на удобренных экземплярах в; 1,5—2,0 раза-больше по; срав-нению-с контрадьными; .Содержание; азота в хвое'ели в бе-: резняке колеблется -в пределах;.!,0Л-Л 1,2 7о,лнал вырубке ; эта , величина, еще "ниже,*ав варианте:чГ удо'брением. концентра-Л .дня азота в хвое постоянно находилась на:вы*соком уровнеЛ .1,58&0,03%. Однако внесение, азотных- удобрений полностью ингнбировало >поступление >в почву биологического- азота за счет азотфнксашш при-возрастании активности деннтрифи--кацин. , "...*.

-"_" •'.' ' ' - 'Выводы ' •

.',- 1.1,Сплошная вырубка-с сохраненным еловым, подростом в мелколиственных древостоях южной тайги существенно влияет на динамику органического вещества и азота, температурный и.гидрологнческйй режимы и в меньшей степени на свойства почвы. . .

' 2.. Формирующийся ~на вырубке фитоценоз, несмотря на свою «невыработанность»,' способен достаточно полно использовать; потенциальные возможности местообитания и годичная продукция растений восстанавливается до исходных величин на 4—6-й год после рубки/ -_ - ,

3. Значительное снижение выноса азота растениями на-

блюдается только в первый год после рубки. Начиная со вт6-> . рого года . потребление азота растениями .резко возрастает, -;1 но не достигает значений выноса азота растениями в берёз-• ' ' няке. " - -' * *.."" '; •'

4. Рубка березняка способствует активизации процесса-';•'. разложения растительных остатков.. На вырубке за счет раз-•- . ложения порубочных остатков и отмерших корней срублен-" ных берез в первые годы поступает в почву существенно больше органического вещества и азота, чем в елсу. .-'; Л~* 5." На сплошной вырубке березняка 2—4 года ежегодно

вовлекается в круговорот в 1,5 раза больше азота,"чем под. :•" V пологом леса. Однако.накопления азота в почве не нроисхо-."- ;\ дйт| и это свидетельствует о значительных-«неучтенных», по-' ' видимому, в основном газообразных потерях, азота из почвы-и подстилки. •"-,..-. I.-' :* 7"-\"1;> Х- ¥";

\ ; 6. В поступлении азота - в почву лесных "биогеоценозовЛ большую роль играет биологическая фиксация азота;:значе--* ;. ние-которой особенно возрастает на свежих сплошных'вы- -рубках.; В-березняке-в средние, по.погодным, условиям,годы - -в результате азотфиксации,поступает в почву.около 23 кг/га. ; На; вырубках количество, фиксированного азота- возрастает ; ,: в первые годы до 50—70 кг/га и постепенно снижается с воз-; : " растом вырубки. Динамику и количество фиксированного азо- -та~в лесных биогеоценозах южной „тайгн-определяет прежде." всего жизнедеятельность высших растений, а температурный и гидрологический режим, почвы имеет второстепенное-зна-

, чение. . .- ''.'„- 7".-'VI "" 7*"'

♦---;"7;"Сохраненный,при- разработке лесосеки.еловый подростку "несмотря:; на 1ТО, что поступление"азота вшочву-намного пре-" ' • 1 вышает'вынос его; растениями, испытываётЛдефицнт, в !этом:. \" .'элементе.. Для ускорения1 роста ели мы 'рекомендуем, как

наиболее реальный путь в настоящее время, применение.азот- : Л ных'удобрёнййТс учетом сроков и доз; внесения и в соответ-"-' ствнилс биологическими особенностями, развития ели. на вы-4:

•" "-рубках. «_ ......... • ' — ".''

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

. >-/1.. П етр о в - С пир ид о н о в , Л"-Л. "Влияние сплошной вырубки на* •биомассу травяно-кустарникового'яруса и содержание в ней азотам/Биологическая продуктивность почвы и ее увеличение в интересах народного .хозяйства. — М., 1979. — С. 120.'" '7 * ' 8 „

2. П етр ов - Спир ид о но в -' Л. Л. Разложение опада и подстилки И березняке и на сплошной свежей вырубке//Лесоведение.— 1981. — № 5 — * ,'С. 3И—43.-К- г . ' :< • * -\. -.: а "=

„'. 3* Петров-Спиридонов* А„ Л. гУровень азотфиксации в березняках и на сплошных вырубках в-подзоне .южной тайги //Тез. докл. VI "делегат: съезда ВОП.—Тбилиси, 1981,— Кн. 2. С. 177.' •*-

'.г,'. 4. П етр о в - Сп ир ид о н о в Л.. Л. О связи азотфиксации с некоторыми экологическими факторами //Микроорганизмы как компонент биогеоценоза.— Алма-Ата, 1982. — С. 188—189. -. - - . „-• * "г 5,"П етр ов-Спири до нов*"Л"/ Л; Зворыкин а ."К. В."Динами-ка''надземной фитомассы травяно-кустарничкового яруса и содержанне'в" ней азота//Лесоведение. — 1985.'— № 3. — С. 68—81.-"' - -' ,""-•6. ,Петров-Сп ир и донов -' Л. Л. Лзотфиксация. дерново-средне- ' подзолистых почв в березняках "и-на вырубках.//Почвоведение—1985.—

№ 4.—С-70—73. , . - .------. ,

' * 7. П е т р о в-С п и р и д о и о в Л. Л. Поступление азота в. лесные" .экосистемы Южной тайги.//Лесоведение.— 1985,— № 4.-А-С. 41—46* - - -.» .8." Орлов'А. Я., П етр о в - Сп ир и д о н о в А. А. Удобрение' ело-' вого "подроста, на вырубках.//Применение минеральных удобрений в лес-,-,,ном хозяйстве.—Архангельск. 1986—С.'148—150. '„.,'. ". . -

, - 9. .Егоров а С. В., П етр о в - Сп ир ид о н о в А. А.' Изменение микрофлоры и азотфиксируюшей активности почв в лесах южной-тайги ' при * внесении удобрений//Микробиологические процессы в почвах и урожайность .сельскохозяйственных, культур.— Вильнюс," 1986.— С. 109—ПО. ***- 10.-Орлов А. Я., П етр о в - С пир ид о но в А.-А. Накопление и .отпад фитомассы в кислично-черничноч березняке и на сплошной'выруб- -.«.//Лесоведение.— 1986.— N8 5.— С. 30—38. , - 1 - -•

Л 57935 23/1У,—87 г. Объем 1 п. л. Заказ 1274. . Тираж 100

Типография Московской с.-х. академии им. К. А. Тимирязева 127550, Москва И-550. Тимирязевская ул., 44

Бесплатно