Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Изменение основных свойств лесных почв Подмосковья после сплошной рубки и их влияние на лесовозобновление

ВАК РФ 06.03.03, Лесоведение и лесоводство, лесные пожары и борьба с ними

Автореферат диссертации по теме "Изменение основных свойств лесных почв Подмосковья после сплошной рубки и их влияние на лесовозобновление"

РГБ ОД

государственный комитет российской федерации

по высшему образованию

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ЛЕСА

На правах рукописи МАКАРОВА Ольга Васильевна

ИЗМЕНЕНИЕ ОСНОВНЫХ СВОЙСТВ ЛЕСНЫХ ПОЧВ ПОДМОСКОВЬЯ ПОСЛЕ СПЛОШНОЙ РУБКИ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ЛЕСОВОЗОБНОВЛЕНИЕ

Специальность 06.03.03 — Лесоведение и лесоводство, лесные пожары и борьба с ними

03.00.27 — Почвоведение

автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Москва — 1994

Работа выполнена на кафедре почвоведения и механизации лесохозяйственных работ Московского государственного университета леса.

Научный руководитель —доктор технических наук,

профессор Сабо Е. Д.

Официальные оппоненты —доктор биологических наук,

профессор Карпачевский Л. О.;

доктор с.-х. наук, профессор Обыденников В. И.

Ведущая организация — Всероссийский научно-исследовательский институт лесоводства и > механизации лесного хозяйства.

гЖ» . 1994

Защита состоится «¿яС-' » . . . 1УУ4 г. на

заседании специализированного совета Д. 053.31.03 при Московском государственном университете леса в . (0. часов

/7

. . . мин., аудитория 313.

Отзывы на автореферат в ДВУХ ЭКЗЕМПЛЯРАХ С ЗАВЕРЕННЫМИ ПОДПИСЯМИ просим отправлять по адресу: 141001, Мытищи-1, Московской области, Московский государственный университет леса, ученому секретарю.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного университета леса.

Автореферат разослан «¿йй » С^Ш^Щ 1994 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат с.-х. наук, доцент В. А. Анисочкин

V

Подп. в печ. 16.09.94 г._Объем 1 п. л. Зак. 311_Тир. 100

Типография Московского государственного университета леса

ОБЩЙЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИИ

Актуальность темы. Неуклонный рост потребностей в древесине пособствует и увеличении пловадей сплоиных рубок леса. Это ставит ряд проблем перед народным хозяйством, в частности о восстановлении «елательно исходного типа леса на этих плочадях.

Значительное влияние на Формирование будущих типов лесов оказывает характер поврекдекия почвы, который находится в прямой зависимости от степени воздействия лесозаготовительной техники на почву. Для того, чтобы предусмотреть тенденции изменений условий лесовозобновления на вырубках, вызван-ых сплошными рубками с применением агрегатной лесозаготовительной техники, в целях своевременного устранения. . или смягчения отрицательных и использования положительных явлений для лесовозобновления, необходимо глубокое и комплексное изучение изменений основных свойств почвы и их влияние на лесовозобновление. х Цель исследований. Выявить изменения физических» химических и биологических свойств дерново-подзолистой почвы Подмосковья, вызванные летней каминной заготовкой леса', их динамические тенденции (во времени и по плоцади вырубки). Определить основные причины, вызывавшие изменения зтих свойств почвы, и влияние последних на лесовозобновление.

Научная новизна. . Выявлены . виды уплотнения

дерново-подзолистой почвы: физическое (первичное), вторичное и экологическое, происходящее исключительно под влиянием изменений экологических условий вырубки, их цикличность, включая период уплотнения и естественного, разуплотнения , почвы. Определена продолжительность зтих периодов и степень уплотнения выявленных видов уплотнения почвы. Исследована цикличность биологической активности почвы. Изучено влияние различных причин, влиявших на изменение среды протекания основных процессов в почве (грунте).

Практическая значимость. Выявленные закономерности позволяют научно обосновать лесоводстеенные требования. к

лесозаготовительной технике и элементы технологий лесозаготовительных работ (число проходов, размещение и ; размеры волоков и

пасек); наметить ' пути адресной борьбы с переуплотнением почвы, обьаснить некоторые элементы ее естественного разуплотнения, влияющего на лесовозобновление.

На зациту выносятся: показатели и виды уплотнена дерново-подзолистой почвы Подмосковья (физическое, вторичное 1 экологическое); динамика уплотнения и естественного разуплотнение почвы на вырубках летней машинной заготовки леса, а также связанное с ним изменение биологической активности почвы.

Апробация работы. Отдельные результаты работы доложены нг следующих совещаниях: ежегодных конференциях КГУЛ (1991, 1992, 1993 гг.), конференции молодых ученых в г, Йовкар-Оле (1992 г.), двух международных конференциях ц г. Таллинне (1992 г.) » г. Мелитополе (1993 г.), на Ученом совете Международного института леса (1994 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 статей.

Личный вклад. Автором выполнены научное обоснование, программа, методика работ, сбор полевых и лаборатории) материалов, обработка и анализ полученных результатов статистическими методами, оформление работы.

Особенность работы. Работа базируется На теоретически} основах учпния о лесе лесоводов Морозова, Сукачева, Ткаченко, Мелехова, на учении о почвах, развитом в трудах Докучаева, Ремезова, Роде и др., на трудах ученых кикробиолого! Красильникова, Мишустина и др.

Структура и обьем диссертации. Диссертация' состоит и: введения, 5 глав, выводов, списка литературы, включающего 14' русских и 20 иностранных названий, и 16 приложений. Он; изложена на 154 страницах мавйнописного текста, содержит 33 таблицы, 14 рисунков. -

Автор выражает глубокую благодарность кафедрам почвоведенш и механизации лесохоэяйственныХ работ, тяговых мавин, транспорт« леса; селекции и семеноводства; лесоведения и лесоводства, охраж лесов от пожаров МГЗЛ, особую признательность Институт; лесоведения РАН, Московской сельскохозяйственной академии им Тимирязева.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ. ; 1. Влияние лесозаготовок на изменение основных свойств почвы.

Воздействие сплошных . рубок на лесорастительные свойства ючвы, возобновление леса и прирост изучали Декатов (1936 г.), iIohob ( 1935 г.). Мелехов (1935, 1962. 1965 и др.). Обыденников [1986, 1987. 1990 и яр.). Петров (1969 г.). Побединский (1965, 1966 и др.). Ткаченко (1931 г.) и др. В результате в ряде географических районов были разработаны прогрессивные технологии, предусматривающие сохранность подроста.

Имеющийся в литературе материал по исследованию изменения плотности почвы после сплошных рубок достаточно обмирен ГБаранцев, Санникова, 1990г., Иванов, 1977, Орфанитский, 1957, Побединский, 1958, 1989 и др.). Авторами установлено, что степень уплотнения во многим зависит от механического сбстава'почвк и ее зланности.

Работы ВНИИтрансмаи (1991 г.), Костика, Скотникова и др. С1968 г.). Loeffler (1986 г.); Muller (1985 г.). Soiaer (1984 г.) и др. посвящены изучению влияния тракторов с различными техническими характеристиками на величину вызываемого ими напряяения в почве (грунте). Ими получены количественные зависимости напряжения в почве (грунте) от величины давления и массы трактора, нагрузки на гусеницу (колесо), площади контакта движителя с почвой (грунтом) и т.д.

Авторами (Морозова, 1964 г., Сухарева, 1.954 г.. Холопова, 1985, 1987 гг., Целищева, Строгонова, Точеева 1991 г., Цобель. 1930 г. и др.), изучавшими динамику изменения химических свойстз почвы на вырубках, отмечено, что их эболвция зависит от степени повреждения почвы, типа фитоценоза, характера сукцессий. скорости восстановления лесного биогеоценоза.

Почвенные микробиологические процессы на вырубках, по данным Егоровой, 1970 г., Запрометовой, Ценовой, 1987г., Сорокина, Горбачева. 1983 г., Твсроговой. 1959, 1968, 1971 гг.. Шубина. Ланилевича,■1965 г. и др., протекают различно и зависят от

возраста и размеров.вырубки, типа, влажности почвы и степени ее повреадения. располошения участков вырубки по- отношении к стене леса и от поселившейся на ней растительности.

Иневциеся в литературе данные о максимальной глубине изменения плотности почвы достаточно разноречивы. Например, есть данные, по которым на суглинистых почвах 'уплотнение наблюдается до глубины 50 см (Побединский, 1982), 30 см (Иванов;, 1977 ), .20...25 см (Данилюк, 1979, Иевйнь. 1980) и до 1С см (Йакунас, Быстрицкас, 1985).

кенее изучен вопрос о сроках восстановления нарушенных свойств почвы. Сумествувт данные (Побединский, 1982, Санников, Баренцев, 1981, Иакунас, Быстрицкас, 1985). по которым плотность почвы не восстанавливается и через 25 лет после рубки. На восстановление химических свойств почвы требуется 100 и более лет (Целицева и др.,1991).

На сегодняшний день из-за разнонаправленное™ исследований, некоторой противоречивости полученных результатов трудно объективно оценить - воздействие лесозаготовок на .изменение основных свойств почвы и их влияние на лесовозобновление. В связи с этим возникает необходимость комплексного исследования этого воздействия на изменение физических, .химических, биологических свойств почвы и их влияния на лесовозобновление, включая изучение влияния основных причин на изменение среды протекания основных процессов в почве (грунте). .

2. Программа, объекты и методика работ.

Была намечена следующая программа исследований.

1. Изучить изменения физических, химических и биологических свойств почвы на вырубках под влиянием летней машинной лесозаготовки (в том числе под влиянием собственно сплоуной рубки), выявить присущие им динамические тенденции в процессе самовосстановления почвы.

2. Изучить влияние осниных причин на изменение среды протекания основных процессов в почве'(груше).

Исследование проведено с 1991 по 1994 гг. в составе комплексной научно-исследовательской группы параллельно четырьмя методами: теоретическим (на основе теории механики грунтов), лабораторно-экспериментальным (на грунтовом канале МГУЛ), натурно-экспериментальным ( на лесном полигоне) и полевым (на вырубках).

Основа методики • заключается в применении стандартных и специально разработанных методов сбора и обработки данных на основе применения элементов предварительного планирования экспериментов. Анализ и обработку полученных результатов проводили на ПЭВМ с применением методов математической статистики (H.H. Свалов. 1977, Лакин, 1990),

Основными полевыми объектами явились сплошные вырубки, где ранее произрастали только ельники-кис«ичники и черничники свение на дерново-средне и сильноподзолистых среднесуглинистых почвах Подмосковья, преобладавцихв данном регионе,

Вырубки подобраны В Московской (Дмитровский ЛК) и Тверской областях (Оленинский ЛПК) с условно сходными показателями воздействия маиин на почву, технологиями лесозаготовок (с сохранением и без сохранения подроста).

Исследования выполнены методом .парного сравнения: коренной тип леса (контроль) - вырубка с участками (элементами): колея (сильноповренденные машинами участки почвы на вырубках) и пасека (неповремденные участки). Исследования выполнены с учетом возрастов вырубок С лет): Ö (свеяие 1992, 1993 гг.), 4 (1988 г.), 9 ( 1984 г.),. И ( 1982 г.). 17 (1975 г.). 19 ( 1973 г.), 26 (1967 г.) и 33 (1938 г.) и проведены в зоне активных процессов в почве, до глубины 35 см. Почвенные образцы взяты с 5-кратной повторностью (ошибка средней 5% при уровне значимости 0,05).

Химические анализы почвы выполнены на кафедре почвоведения и механизации лесохозяйственных работ МГУЛ и в почвенной лаборатории Института Росгипролес. Анализ микрофлоры проведен по методике, принятой в отделе почвенных;микроорганизмов Института микробиологии РАН в модификации отдела почвенной микробиологии Института лесоведения РАН, и выполнен как автором, так и Московской сельскохозяйственной академией им. Тимирязева. Показатели физических свойств почвы определены автором на указанной кафедре МГУЛ. Обстоятельное лесоводственное исследование.проведено ; на вырубке с сохраненным подростом. Тип

вырубки определен по И.С. Мелехову (1965 г.).

Описание подроста, подлеска, травянисто^мохового покрове проведено на учетных площадках, расположенных рядоы с почвенных» разрезами и на основе "Методических предложений ..." С 1988 г.).

На лесном полигоне ( -Щелковский НП/1. Носковская область: исследования^проведены на специально накатанных груженыь трактором ТДТ-55А двух волоках. В одном почвенные образцы взять сразу после прохода движителя, в другом - Через год. Эпюрь уплотнения почвы построены в среднем до глубины 180 см и не расстоянии 140. в наружную и 70 см во внутреннюю сторону от кра$ колеи для участков этих волоков с 10-проходами трактора. Образцъ взяты через, каждые 20 см по.вертикали и горизонтали разрезов. Почва на лесном^ полигоне " - дерново-слабоподзолиста$ легкосуглинистая, тип леса - ельник-кисличник.

Лабораторные исследования моделировали значения давлений: 20, 50. 100. 150, 200, 250 кПа и количество проходов трактра: 1, 2, 5. 10, 25, 50. В качестве грунта использованы пески, Исследование;проведено с поверхности до глубины 5 см.

В построении зпвры напряжений в грунте использо&аш технические данные ТДТ-55Й. Напряжение от собственного весг грунта рассчитано по "Пособив по проектированию..." (1986 г.).

Количество почвенных: проб, взятых при исследованиях > реиении основных вопросов составило 2360 мт., вспомогательных -894 шт. . „ .

3. Изменение среды протекания Физических, химических I биологических процессов в почве (грунте).

Для комплексной оценки процесса уплотнения почвы на вырубка: интерес представляет рассмотрение цепочки влияний основных причш на изменение сред" протекания физических, химических I биологических процессов . в почве (грунте): .¿актор - давление н< почву - напряжение в почве - уплотнение (другие деформации почв: нами не рассматриваются) - лесорастительные свойства почвы, чт< на вырубках выполнить было практически невозможно. Поэтому наш

- в -

[роведены специальные лабораторные и натурные эксперименты, а акже произведены теоретические расчеты.

Для рассмотрения напряжений в грунте, вызванных внешними 1аксимальным (180 кПа) и средним (60 кПа) давлениями трактора, на >снове теории механики . грунтов в случае плоской задачи тстроены теоретические эппры напряжений в идеальном грунте ( по !ытовичу, 1983 г.), с учетом напряжения от собственного веса ■рунта.

Совместное рассмотрение этих напряжений показало:

1) максимальное значение напряжения в грунте возникает с его юверхности;

2) напряжение от максимального давления трактора заспространяется до глубины 160 см, а от среднего - до 80...90 см;

3)на глубине 160 см и около 100. г« наблвдается уравнивание яапряшения от собственного веса грунта с напряжением соответственно от максимального. и среднего давлений трактора;

4) ниже этих значений отмечено преобладание напряжения от Собственного веса грунта над внейними.

Отсюда видно, что больиве внёжнее давление движителя вызывает, более значительное "напряжение в грунте; болъвув глубину его распространения и соответственно более значительные деформации грунта, что не противоречит литературным данным.

На песчаных грунтах в результате лабораторных исследований нами выявлена достаточно тесная зависимость уплотнения грунта от величины давления трактора (t| =0,848), числа его проходов Сг-0^??8J, а также установлена связь плотности грунта с его влажностьа (г=0,859).

Например, зависимость между первой парой показателей получена при одном проходе трактора, так как все последующие проходы лишь "смазывали" исходную картину, повивая плотность грунта и, доводя зависимость до уровня практического отсутствия давления движителя. ■

Процесс уплотнения песчаного грунта, по наиим данным, можно разделить на четыре стадии:

1) незначительного уплотнения грунта - до 50 кПа (вероятность различия в уплотнении между соседними стадиями менее 567.); . '] '

2) слабого нарастания плотности - 50...100 кПа (58Z):

3) значительного увеличения плотности --100...150 кПа (94%);

4) максимального уплотнения - 150...200 кПа (вероятность различия 38/С).

Чтобы оценить роль среднего и максимального давлений движителя в уплотнении грунта среди других основных факторов уплотнения, нами получено четырехфакторное статистическое уравнение (1), учитывавшее одновременно влияние среднего и максимального давлений трактора, число его проходов и влажность грунта.; i

У=0.011X1-0,0081X2-0.26X3-0.21X4+4.352 , (1)

R2 =0,994+++, Е=0,0033, F=571,610,8 .

где: Я - плотность грунта, г/смЗ:

XI - среднее давление трактора, кПа (г 1=0.469, di = 12.9%J; Х2 - максимальное давление трактора, кПа (г2=0,430, d2=27,5):

ХЗ - влажность грунта. % (r3=0,798+++, d3=20,6/0; Х4 - число проходов трактора (г4=01920+++, d4=39,0Z)-d - коэффициент частной детерминации.

Из этого уравнения видно, что основную роль в уплотнении песчаных грунтов играет число проходов (39,ОХ), а затем максимальное давление (27,5), влажность грунта (20,6) и, наконец, среднее давление трактора (12,9%).

Результаты проведенного комплекса исследований

свидетельствуют о том, что среднее давление трактора не может являться основной характеристикой и быть ведущим и единственным нормативом при установлении лесоводственных требований к лесозаготовительной технике,

Для анализа изменения уплотнения почвы в поперечном разрезе волока в результате исследований на лесном полигоне нами построены практические эпюры уплотнения почвы на свежем и двухлетнем волоке.

Эти эпюры уплотнения легкосуглинистой почвы оказались достаточно близки к полученным теоретическим эпюрам напряжения в идеальном грунте. Но в'отличие от них, максимальное уплотнение почйы наблюдается не с ее поверхности, а с глубины 5... 15 см.

Максимальная плотность почвы на 1.вь«ем волоке4 достигает

}8лнчины более 1.55 г/сыЗ, на двухлетнем - 1,70 г/смЗ, что :оответствует критическому значению плртности, при которой 1рекращается рост корней хвойных деревьев ( Побединский,

[979, Кайрпкотис и др., 1990 и др.).

Меяду эпюрой уплотнения почвы на свеяем и двухлетнем волоке :укествупт определенные различия. На свежем волоке уплотнении подверглась почва в колее и на небольшом расстоянии (5...15 см) от края колеи. Глубина его распространения не более 30...35 см. Основная доля земляной массы колеи переместилась в гребни (372), цно колеи (33), в баковое внутреннее и наружное уплотнение (соответственно 24 и 6Х).

На двухлетнем волоке элементы уплотнения почвы распространяйся до глубины 200 см и на расстояние 200 см в наружную сторожу от края колеи. При -том максимальное уплотнение наблюдается в колее до глубины 60 см, между колеями и на расстоянии 20...30 см в. наруянуп сторону от края колеи - 40 см. Перемещение основной доли земляной массы колеи и^еет ту яе закономерность, что и на свеяем волоке, имеят значения соответственно 31, 30, 29 и 10%.

Из этих данных видно, что расположение уплотнения почвы в поперечном разрезе волока меняется в течение времени. Полученая эпюра уплотнения почвы на двухлетнем волоке является наглядной иллюстрацией к выявленной нами динамике уплотнения почвы на вырубках, которая.рассмотрена в главе 4.

4. Изменение свойств почвы-на вырубках под влиянием сплошной рубки леса с применением лесозаготовительной техники.

Из физических свойств почвы основное внимание уделялось ее плотности.

Полученные нами экспериментальные данные свидетельствуют о том, что уплотнению подвергалась почва не только на сидьноповрежденных участках вырубок,' но и/ на Неповрежденных участках, статистически достоверно отличающихся от контроля степенью уплотнения.

В результате обстоятельного- изучения 'процесса уплотнения

!пчвы в колее волока и ка пасеках вырубок нами выделены три вида уплотнения почвы (физическое, вторичное и экологическое), которые возникают на вырубках после сплошных рубок, и присущие им динамические тенденции.

Физическое (первичное) уплотнение - это уплотнение, вызванное непосредственный одномоментный воздействием

двияителей машин на поверхность почвы, наблюдаемое в колее волока и других местах прохода техники. Подробно этот вид уплотнения изучен нами на базе лабораторных и натурных экспериментов.,

В процессе уплотнения почвы на изучаемых участках вырубок статистически достоверно мояно выделить . два неравнозначных периода:

- дальнейшего увеличения плотности почвы до максимума ( для пасеки это экологическое уплотнение, для колеи - вторичное уплотнение):

- разуплотнение почвы до плотности контроля.

В сумме эти- два периода составляют полный " цикл восстановления плотности почвы на ' сильноповреяденных'' и неповреяденных участках вырубок до уровня контроля.

Вторичным уплотнением нами назван процесс дальнейшего увеличения плотности почвы в колее волока и других местах прохода техники в течение определенного периода, времени. Основной причиной вторичного уплотнения является значительное изменение экологических условий вырубки С в особенности гидрологического ревима) вследствие появления отрицательных форм микрорельефа почвы при воздействии лесозаготовительной техники на поверхность почвы. Изменение гидрологического режима обусловлено повышением количества осадков, достигающих поверхности почвы и значительной концентрации влаги в колее, в результате чего в пределах колеи общее количество влаги может в средний по осадкам год достигать 1200.,, 1500 ми и более вместо 400 мм под пологом сомкнутого елового древостоя. Вследствие растекания этой влаги в стороны по макропорам, сопровождающегося миграцией глинистых и илистых частиц в более гл»бокие слои грунта (кольматацией), на наш взгляд, и происходит повышение плотности почвы в колее волока. Полученная в результате натурных экспериментов эпюра уплотнения почвы на двухлетнем волоке наглядно иллюстрирует это уплотнение.

Экологическое уплотнение - это процесс увеличения плотности

почвы под влиянием собственно сплошной рубки леса и наблюдаемое только на пасеке ( участок с естественным дренированием).. Наиболее ярко это уплотнение проявляется в средних частях пасеки, где полностью сохранен подрост и не было проходов машин. Причинами уплотнения в этом случае являются различные экологические Факторы. С одной стороны увеличивается количество осадков, достигающих, поверхности почвы, и амплитуда колебаний температуры почвы и приземного слоя воздуха, изменяется ветровой режим, солнечная радиация, напочвенный покров, количественный и качественный состав почвенных микроорганизмов. С другой стороны снижается рыхлящее действие корневых систем деревьев; Весь этот комплекс Факторов и приводит к экологическому уплотнению почвы на пасеке. '

Согласии t/аиши экспериментальны., данным быстрее всего достигает максимума уплотнения почва на пасеке через 9 лет после рубки леса. Там ее плотность равна 1.4? г/смЗ (t=4.07>tqp5=2,04). Длительнее этот процесс идет в колее волока и в зоне статистически достоверного максимального уплотнения почвы в профиле колеи ("ядро уплотнения" почвы колеи). Максимальное уплотнение почвы на этих участках наблюдается нё 11-летней вырубке. При этом плотность .почвы достигает величины соответственно 1,?6г/смЗ (6,48) и 1.80г/смЗ(t=?.70>tqp5= 2,04).

Поскольку экспериментальные данные не позволяют определить срок восстановления плотности почвы на силькоповревденных и неповрежденных участках вырубок, а такяе более корректно найти максимум уплотнения почвы на этих участках» нами эти вопросы были решены аналитическим путем, аппроксимировав, экспериментальные данные параболой второго порядка.

Полученный, таким образом график, на котором приведены кривые уплотнения и разуплотнения- почвы пасеки., колеи и "ядра уплотнения" в сравнении с контролем, представлены на рис.1. При этом, по оси ординат отлояены коэффициенты уплотнения, полученные как отновение плотности почвы на изучаемых участках, в том числе и "ядра уплотнения", к плотности почвы на контроле. В этом случае контроль представляет собой прямую, параллельную оси абсцисс, с ординатой равной 1.00.

Из приведенных данных хорошо видно, что скорректированный период уплотнения почвы на1 пасеке, в колее и "ядре уплотнения" длится 9, 14 и 10 лет. Аппроксимированный коэффициент уплотнения

■Уплотнение и разуплотнив Дйрново-подзол'исгой почвы ьа вырубках .

1.30

■30 35 ■ 40 45. Щ 55

26 . 4S 51

Ъозраст вырубки., лат

Сокращенный урэвнин;« овкэИ: "ядро уплотнания"

1.1. у = I,I?5 + 0,01х - О.СООЗх'

1.2. у = 1,200 + O.GOVx - 0,Ш02хс,

колия (минйралмая. часть).

2.1. у = 1,135 + О.ОПх - .0,00№кь

2.2. у = 1,217 + 0,0005* - О.ООООЭх*,

пасека

3.1. у = 1,050 + 0,025х - O.OOlx2,

3.2. у =1,110 + 0,012х - О^ОООбх ,

конгроль 4. у - I = const

Рис. I.

А .2

¿3-я II II 0,74 0,62

0,73 0,67

п - С, 95 0,61

там равен соответственно 1,16 ( плотность 1,48 г/смЗ), 1,21 (1,66 г/смЗ) и 1,26 (1.74 г/смЗ).

Ввиду того, что практические наблюдения охватывают период всего 35 лет ( и на сегодняшний день не могут быть более длительными), период разуплотнения и восстановления плотности почвы сильно зависит от метода обработки экспериментальных данных и способа экстраполяции.

Аппроксимация данных параболой второго порядка показала, что разуплотнение почвы на пасеке, в колее и "ядре уплотнения" до плотности контроля имеет более длительный период, чем процесс уплотнения и составляет соответственно 26, 49 и 51 год.

Изменения химических свойств почвы на вырубках по литературным данным и, выявленные нами на свеаей (1992), 4 и 19 летней вырубках, имеют ту же закономерность, что и процесс уплотнения почвы, то есть в них прослеживается циклический характер изменения показателей химических свойств почвы до наибольших различий с контролем и собственно восстановление этих значений.до уровня контроля.

По нашим данным. ! в период до 4 лет после рубки леса, в максимуме на 4-легней вырубке, по отномению к контролю в йх и почвы пасеки наблвдается уменьшение гумуса (достоверность различия значений с контролем по критерию Стьюдента 1=9,26 > ^^2,78 и 1=18,05), до глубины залегания А2В - некоторое снижение суммы обменных оснований СЬ=4,72>Ъцд5=2,04), емкости поглощения £Ъ=5.39) и повышение последних (соответственно 1=5,61> Ь =2,78 и4=6,54), в том числе и гидролитической кислотности а=13,б3) в й2в.

Затем с увеличением возраста вырубки в почве пасеки наблюдается обратный процесс: на 19 летней вырубке по отношению к вырубкам более молодого возраста в и А^ увеличивается количество гумуса (критерий Стьюдента при сравнении с контролем имеет уже меньшие значения - 1=4,79 и 1=0,22>1ц05 =2.78) и до глубины залегания Й^В - сумма обменных оснований (Ь=2,35> 1^5=2.04).

Кроме того, увеличивается и мощность гунусового горизонта: на свежей вырубке мочность равна 1( см, на 4-летней - 14 см, а на 19-летней вырубке она достигает 16 см, в то время как на контроле она составляет не более 11...13 см.

Другая картина наблюдается в почве сильноповремдеиных

участков вырубок. На почвы там значительное влияние оказывает корытообразная фориа колеи волока, Псы и высокая плотность почвы.

Постепенное изменение химических свойств почвы колеи волока в выбранном нами возрастном ряде вырубок достигает наибольших значений на 19-летней вырубке. В почве колеи там наблюдается увеличение в Асм количества гумуса (Ъ=26,48>Ьоп5 =2.?8). по всей глубине - гидролитической кислотности (^Ю,57>1 =2,04) и снижение по всей глубине суммы обменных оснований (1=9,64), степени насыщенности почвы основаниями (Ь-7,24), некоторое снижение в А^ емкости поглощения (1=8,02>Ъ,78 5.

Выявленные изменения химических свойств почвы на пасеке и в колее впервые годы после рубки вызваны активацией деятельности почвенных микроорганизмов. В дальнейшем эволюция почвы в колее во многом зависит от скорости разложения органики в 0см, а в целом на вырубке - от скорости восстановления исходного типа леса.

Полученные данные, уа на« взгляд, находятся в концептуальном согласии с данными Целичевой и др. (1991 г.), свидетельствующие о том, что после спловной рубки леса развитие почвы на неповрежденных участках вырубки идет через дерновый процесс, а на сильноповрежденннх - через подзолистый.

Время, необходимое для достижения наибольших различий значения показателей химических свойств почвы с контролем (или максимальной интенсивности дернового и подзолистого процессов), по указанным авторам составляет несколько десятков лет. После чего наблюдается собственно восстановление этих значений до уровня контроля. Полный цикл восстановления химических свойств почвы до исходных значений, для пасеки составляет около 100 лет, а для колеи оно лежит за пределами этого срока.

В отличие от изменений физических и химических свойств почвы на вырубках изменение биологической активности почвы имеет другую закономерность,-, выявленную нами в колее волока на свевей (1992), 4 и 19-летней вырубках и в колее свежего волока лесного полигона. В .последней исследование проведено через полгода после воздействия трактора. •

Биологическая активность почвы изучена по численности почвенных микроорганизмов;;., крторая определена методом посева на исскуствекные питательные среды. Неспоровые бактерии выделялись на мясо-пептонном .агаре (Ш1йУ, споровые в: пастеризованном

посеве на МПА+ сусло-агар (1:1); грибн - на кислом сусло-агаре, актиномицеты - на крахмало-аммиачном агаре.

В дерново-подзолистой почве на изучаемых участках выделены микроорганизмы:

1) неспоровые бактерии и два их вида; -

2) споровые бактерии и весть их видов;

3) микроскопические грибы и пять их родов;

4) актиномицеты.

Оценка изменения численности микроорганизмов в почве колеи волока проведена по предлояенным нами показателю биологической стабильности (ПБС) и коэффициенту биологической стабильности (КБС) почвенной микрофлоры.

Первый из них характеризует динамический темп освоения изучаемой глубины почвенного профиля какой-либо группой (видом) микроорганизмов и представляет ' собой отношение показателя биологической стабильности на исследуемых участках к показателю биологической стабильнчстй на контроле.

Анализ полученных значений КБС ' всех выявленных микрогрганизмов, свидетельствует о том, что не все они одинаково реагируют на изменение условий среды обитания. Наиболее чувствительные из .них неспоровые бактерии, в том числе и Рзеуйопо'паз Пиогеясепз, грибы и актиномицеты. Эти микроорганизмы . можно считать индикаторами изменений биологической активности почвы на вырубках.

Характер изменения численности микроорганизмов в почве колеи волока иллюстрирует рис.2.

Из данных рис.2 видно, что на сильноповрекденных участках почвы вырубок после сплошной рубки леса наблюдается всплеск развития почвенных микроорганизмов, причем наибольший - через полгода после воздействия маиин.

Увеличение численностй почвенных микроорганизмов в почве колеи, участвующих в разложении свежего органического вещества, обьясняется резким изменением экологических режимов вырубки и поступлением на поверхность почвы колеи значительного количества органики.

С увеличением возраста вырубки и выравниванием по отношению к контролю ее основных режимов (в особенности пнчевого) наблюдается постеленное приближение численности микроорганизмов к уровню контроля. На 19-летней внрубке КБС уже практически не

превышает единицу.

Динамика изменения коэффициента биологической стабильности

15.0

10.0

£

5.0

1,0

Актиномицеты У=3.76+1,87Х-0,11Х

Р?Ь<я1ошопа5 Пиогёзсепз \10,16-0.20Х-0.01Х

5 10

Возраст вкрубки, лет Рис. 2

15

20

Аналогичный характер изменения получен нами и по доли участия группы (вида) в общей численности микроорганизмов или одного вида в пределах .только данной группы (таблица 1).

Таблица 1

Изменение доли участия микроорганизмов-индикаторе в почве колеи волока на вырубках различного возраста. .

Микроорганизмы Участие, г, на вырубках возраста, лет

.0 • . 4 . ' »9 контроль

Микроскопические грибы

среди общей численности 12.0 9.2 5.2 4,6

микроорганизмов

Виды споровых бактерий

среди всех споровых: 24.8 51.Г: 34,7. 28.3

ВасЛйозиэ

Вас.сегеиз 17.9 4.8 12,7. 11.5

Вас.г.усо1с1ез О.С 2,7. 14.4 ' 17.1

Отно!>эние процентов :

участия Вас.¡йогиз к 1065 '

3ac.cere.us ■ 139 273 . 24б;;

- 18 -

5. Влияние изменений свойств лесной почвы после сплоиной зубки на лесовозобновление.

Характер повреиденмя подроста и самосева хвойных пород находится в прямой зависимости от степени поврендения почвы, По нашим данным, количество жизнеспособного подроста ели умен»лается по мере приближения от неповреяденных участков почвы вырубок к сильноповрекденным ее участкам, а количество березово-осиновой поросли увеличивается (таблица 2).

Таблица 2

Количество подроста ели и березово-осиновой поросли на различных расстояниях от середины пасеки (вырубка 4 лет. Московская область).

Расстояние от середины пасеки, м Количество подроста ели ("числитель), березо-осиновой поросли (знаменатель). тнс.ит/га, различной категории высоты, м

0.51...1.50 более 1,50

Середина пасеки 3,8 + 0,19'*' 1,2 ± 0,05+ 2,2 -± 0,18 + 0

2 3,0 + 0,38+ 0,2 ± 0,01+

1,4 ± 0.09 + 0

0,2 ± 0.054 0,2 ± 0.01+

4 37,8 ± 3,64 + 1.8 ± 0,07 +

В 0 0

38,0 ± 4,1+ 7,1 + 0.16 +

Ось волока 0 0

29,0 а 3,99+ 8.9 +. 0.17 +

Так. количество подроста ели высотой от 0,51 до 1,5 м на расстоянии 2 м от, середины пасеки уменьшается в 1,3 раза, 4 м - в 19 раз. На волоке и на расстоянии 2 м в наружную сторону от него подрост полностью уничтожен. Изменение количества березово-осиновой поросли на исследуемом участке вырубки имеет обратную закономерность. На расстоянии:4 и 6 и от середины пасеки ее количество увеличивается в 32 раза, на оси волока в 24 раза.

Исследуя количество самосева хвойных пород на участках волока, находящихся на разном расстоянии от стены леса, получили известную закономерность; чем дальше от нее, тем резче снижается его количество (таблица 3).

Таблица 3

Последующее естественное возобновление ели на ' волоке на разном расстоянии от стены леса (вырубка 4 лет. Московская область).

Участок волока Количество самосева ели на (числитель! и % (знаменатель) стены леса, м волоке, тыс,ит/га на расстоянии от

,20...30 50...60 70...80 100...110 110...120

гребни и борта колеи 1,5±0,11+ .0,9+0.8* 0,3+0,02* . '0 0,

56 33 И 0 0

между колеями 3,6±0,25+ 2.4+0,2+ 2,1+0,12+ 0.6±Д.05 + . 0

41 28 24 ' ' 7 о.

По нашим данным, самосев ели наблюдается только по гребням, бортам колеи и между ними. На дне колеи, где нами выявлены максимальные изменения плотности почвы и ее химических свойств, нами .не обнаружено самосева ни хвойных, ни лиственных пород.

Известно, что формирование типа вырубки и начального этапа развития лесного сообщества тесно связано с характером воздействия лесозаготовительной техники на почву, подрост и др. компоненты леса. В связи с этим на вырубках бывших ельников-кисличников и черничников свежих, где применялись техно-

логии с сохранением и без сохранения подроста, по нашим данным, образовались разные типы вырубок и леса.

На вырубках с сохраненным подростом неповреяденные участки почвы составили более 60% от общей ее площади, а сильповрежденные

- около 40%.. Доминирующий на пасеке вейник леской формирует на этих участках лесновейниковый, а ситник развесистый на сильноповрекденных участках почвы; ситниково-вейниковый типы внрубок.

Таким образом, на вырубках с сохранением подростом можно считать, что образуется лесновейниковый тип вырубки с сохраненным подростом.

Противоположная картина наблюдается на вырубках ■ с нссохраненным подростом. При использовании этой технологии сильноповрешдешше участки почвы занимает более 80% от общей ее площади. Так, на 9 и 11 летней вырубках обильно разрастающиеся на этих участках (в разной степени) ситник развесистый и щучка дернистая формируют соответственно ситниково-щучковый и щучковый тип вырубок.

Неповрежденные участки вырубки занимают значительно меньшую площадь (около 20% от общей площади). В этих местах хорошо разрастается (на . участках с относительно естественным дренированием) вейник лесной, вейник наземный и (в микропонижениях) ситник развесистый, образуя ситниково-вейниковый тип вырубки.

Рассматривая в целом всю площадь вырубки (по преобладающему типу), можно выделить на 9-летней вырубке щучковый. на 11-летней

- ситниково-щучковый типы вырубок с фрагментами ситниково-вейникового типа.

Через 17, 28 лет после рубки леса, на начальном этапе развития лесного- сообщества,лесновейниковый тип вырубки с фрагментами ситниково-вейникового типа переходят в березняк вейниковый и березняк разнотравный; ситниково-щучковый, щучковый типы вырубок через 19, 35 лет после рубки - в березняк ситниково-щучковый и березняк вейниково-щучковый.

Полученные результаты не противоречат литературным данным. Динамика этапных смен растительного ;покрова на исследовании* вырубках * изображена на рис.3. : \ ;

Схеыа этапных сма растительного покроьв после оплошной рубки на касте ельнкков-чераичников сво&их и кисличников.

Тип ласа (коренной) Тип вырубки Тип ласа (начальный этап

формирования лиса) Тахнологив с сохранением подроста

Рис. 3.

ВЫВОДЫ

1. В результате проведения сплошных рубок древостоя дерново-подзолистых почвах происходят комплексные изменени Физических, химических и биологических свойств почвы, имевщи динамический характер, и влиявших на процессы естественног лесовозобновления.

2. Полученные результаты свидетельствуют о том, что средне давление трактора не мо«ет быть ведущим и единственны нормативом, определяющим использование лесозаготовительно техники. На песчаных грунтах при модельных исследованиях н грунтовом канале МГУЛ наибольшее влияние на уплотнение оказываю число проходов (39,02), максимальное давление трактора' (27,5) влажность грунта (20,6) и среднее давление (12,9/0.

3. Выявлены виды уплотнения почвы (физическое,вторичное экологическое), свидетельствувцие о том,что уплотненно в разно степени подверглись все участки вырубки. Уплотнение, независим от вида, носит циклический характер.

4. Весь процесс уплотнения после его начала можно разбить н два неравнозначных периода:

- дальнейшего увеличения.плотности почвы до максимума

- разуплотнения до . плотности контроля. Максимально уплотнение почвы (коэффициент уплотнения 1,26) наблюдаете в "ядре уплотнения", несколько ниже (1,21) - в колее волока

наименьшее (1,16) на пасеке.

5. Процесс увеличения плотности почвы в "ядре уплотнения" по результатам наших исследований, проведенных на вырубках разных лет, продолжается 16 лет, процесс разуплотнения - 35 лет. Весь цикл восстановления плотности почвы при параболличеекой схематизации длится 51 год.

В колее волока процесс увеличения плотности почвы до максимума продолжается 14, разуплотнения - 35. весь ,икл восстановления - 49 лет.

На пасеке при чисто экологическом уплотнении - соответственно 9, 17, 26 лет.

6. Параллельно с уплотнением почвы происходит изменение ее химических свойств. Наименьвие изменения наблюдаются на пасеке, наибольшие - в колее волока, сопровождающиеся увеличением гидролитической кислотности почвы, уменьшением суммы обменных оснований, степени насыщенности почвы основаниями, гумусовых веществ. На 19-летней вырубке этот процесс левит на восходящей .кривой-.' '•..."

7. Указанные выше процессы вызывают, особенно на начальных стадиях, бурный всплеск биологической активности почвы в колее волока, который имеет тенденцию быстрого снижения, приближаясь на 19-летней вырубке к активности этих процессов на контроле.

. В период кульминации коэффициент биологической стабильности по разный видам (группам) микроорганизмов достигает величин 8...15,в то время как к концу периода они снижаются до 1...1.5, В качестве, микроорганизмов-индикаторов использованы; неспоровые бактерии, в том числе вид РзеуДотопаг Пиогезсепз, микроскопические грибч, актиномицеты, из споровых бактерий, -- виды Вас. пусо 1 <1ез. Вас. сегеиг, Вас. У1гди1и5.

8. Изменения физических, химических и биологических свойств почвы влияют на процесс лесовозобновления. При использовании технологии лесозаготовок с сохранением подроста количество ппдроста ели на 4-летней вырубке уменьшается в направлении от середины пасеки к оси волока. На оси волока и на расстоянии 2 м в наружную сторону от него он полностью уничтоиен.

Последующее возобновление ели зависит с одной стороны от элемента вырубки, с другой - от расстояния до стены леса. По ш-шим данным, в кплее более обильное возобновление наблюдается на расстоянии 20...60 м от стены леса в гребнях, бортах колеи и

- -

мевду ними, достигая там количества в среднем 2,1 тыс.ит/га.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕПЕ ДИССЕРТАЦИИ.

1. Воздействие трелевочной техники на лесные почвы (закладка долговременного эксперимента).. // Научн.тр. МЛТИ, 1992, -Вып.256. - С, 96-99 (в соавторстве).

2. Особенности воздействий лесозаготовительной техники на почвы: Тезисы доклада мевд.конф. молодых ученых "Проблемы лесной биогеоценологии и методические основы их решения." - Йошкар-Ола, Изд. Карийского ордена друвбы народов политехнического института им. Д.М.Горького. 1992, - С-. 24-25. ^

3. Воздействие двияителей маоин при лесозаготовках на почвы вырубок. // Научн. тр. ИДТИ. 1993, Вып. 265..- С. 112-116'(в соавторстве). |

4. Change In phlsicat soil properties under the Impact of Bodular logging equipment. International Conference. Protection of Soil Envlronaent by Avoidance of Conpaction 5 Proper Soil Tillage. - Melitopol, Ukraine. 1993. P.131-135. In English.

5. Некоторые экологические последствия заготовки леса агрегатными машинами. // Научн. тр. ИДТИ, 1993, Вып. 267. -С. 20-23 (в соавторстве). -