Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Лесорастительные свойства почв лесных питомников Южного Предуралья

ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Лесорастительные свойства почв лесных питомников Южного Предуралья"

На правах рукописи УДК 631.445.25

САДЫКОВА Фарида Валиевна

ЛЕСОРАСТИТЕЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ПОЧВ ЛЕСНЫХ ПИТОМНИКОВ ЮЖНОГО ПРЕДУРАЛЬЯ

03.00.27 - Почвоведение

Автореферат диссертации иа соискание ученой степени кандидата биологических наук

Воронеж - 1997

Работа выполнена в лаборатории почвоведения Института биологии Уфимского научного центра Российской Академии наук.

Научные руководители: Доктор биологических наук, Заслуженный деятель науки РБ и РФ, член-корреспондент АН РБ, профессор Ф.Х.Хазиев.

Кандидат биологических наук, старший научный сотрудник З.С.Чурагулова.

Оффициальные оппоненты: Доктор сельскохозяйственных наук, А.К.Свиридов. Кандидат биологических наук Г.А.Шевченко.

Ведущее предприятие - Башкирский государственный аграрный университет.

Защита состоится "К" ишиС .1997 г. на заседании Специализированного Совета Д.06348.09 при Воронежском государственном университете.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке биолого-почвенного факультета ВГУ.

Автореферат разослан 1997 года.

Отзывы просим отправлять по адресу: 394693, г. Воронеж, Университетская площадь, 1, кафедра почвоведения и агрохимии.

Ученый секретарь Специализированного Совета, Т.Н.Попова

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность. В республике Башкортостан проводятся большие работы по восстановлению лесов на месте вырубленных путем создания лесных культур, а также посадкой полезащитных лесополос, овражно-балочных и придорожных насаждений. Посадочный материал древесных и кустарниковых пород для этих целей выращивают в условиях лесных питомников, общая площадь которых в лесхозах Министерства лесного хозяйства в республике составляет более 1,2 тыс га. Ежегодно в питомниках выращивается около 150 млн штук сеянцев и саженцев хвойных и лиственных пород. Количество и качество посадочного материала определяется лесорастительными свойствами почв лесопитомников, которые при интенсивном их использовании изменяются в процессе выращивания сеянцев. Изучение динамики лесорастительных свойств и на этой основе разработка приемов поддержания плодородия почв питомников на оптимальном уровне являются очень актуальными для ускоренного решения проблемы лесовосстановления и лесоразведения.

Научной новизной является обоснование причин деградации почв лесных питомников. Впервые в условиях Южного Предуралья на примере изменения свойств почв в исследованных лесных питомниках показаны причины снижения их плодородия. Для наиболее распространенных почв лесных питомников республики: темно-серых лесных почв п черноземов оподзоленных глинистого и тяжелосуглинистого механического состава проведено стационарное изучение лесорастительных свойств почв в сравнении с прилегающими к ним лесонасаждениями. Показано влияние интенсивного использования почв в лесных питомниках на изменение лесорастительных свойств. Выявлена динамика протеазной, уреазной, инвертазной, фосфатазной, • дегидрогеназной активности, содержание аммиачного и нитратного азота, подвижных форм фосфора в пахотном слое посевного, школьного отделений питомника и перегнойно-аккумулятивного горизонта почв под1 пологом лесонасаждений. Установлена сопряженность ферментативной активности с агрохимическими показателями почв.

Уровень активности фермента инвертазы может служить диагностическим показателем биологического состояния почвы, особенно в условиях техногенных нагрузок на почвах лесных питомников.

Защищаемым положением является:

Выращивание посадочного материала сопровождается ухудшением свойств почв лесных питомников на фоне высокой динамичности биологического состояния.

Целью работы является - изумить динамику свойств почв лесных питомников в регионе Южного Предуралья (на территории Башкортостана), расположенных на основных почвенных типах зоны - серых лесных и черноземах, выявить основные днагно-стические показатели плодородия почв лесных питомников, определить меры по воспроизводству плодородия этих почв.

В связи с этим в задачи исследований входили следующие вопрбсы:

• профильное изменение структурно-агрегатного состава, основных . физико-химических и агрохимических свойств почв и ферментативной активности в лесных питомниках в'сравнении с почвами под пологом многолетних насаждений;

• сезонная динамика ферментативной (протеазной, уреазной, инвер-тазной,. фосфатазной, дегидрогеназной) активности и агрохимических свойств пахотного слоя почв на различных угодьях посевного и школьного отделений и под пологом многолетних лесонасаждений;

• установление степени сопряженности ферментативной активности со свойствами пахотного слоя почвы питомников с экологическими факторами;

• разработка эффективных приемов повышения плодородия лесорасти-тельных свойств почв в лесных питомниках.

Экспериментальные исследования проводились в условиях трех типичных для республики питомниках: Тавтимановском Иглинского лесхоза, Бузовьязовском Кармаскалинского лесхоза, Толбазинском Аур-газинского лесхоза (рис. 1). Изучаемые почвы лесных питомников сравнивались с почвами естественных лесонасаждений с учетом их одинакового типа, механического состава одних и тех же почвообразующих пород, находящихся на идентичных по рельефу участках. Полевое детальное обследование почв, анализы почвенных и растительных образцов, статистическая обработка массовых данных проведены по общепринятым руководствам.

Практическая ценность работы. Показаны пути восстановления утраченного в процессе выращивания посадочного материала плодородия улучшением структурного состояния, водно-физических свойств, нейтрализацией кислотности почв, внесением органо-минеральных удобрений и микроэлементов.

Апробация работы. Результаты' исследований докладывались и обсуждались на республиканской научно-практической конференции "Экологические проблемы агропромышленного комплекса Башкирской

АССР" (Уфа, 1986), на научной конференции "Изучение, охрана и рациональное использование природных ресурсов" (Уфа, 1989), на ХП конференции почвоведов, агрохимиков и земледелов Среднего Поволжья и Урала "Почвы Среднего Поволжья и Урала, теория и практика их использования и охраны" (Казань, 1991), на I Всесоюзной научной конференции "Биология почв антропогенных ландшафтов" (Днепропетровск, 1991), на научной конференции "Проблемы антропогенной эволюции почв Башкортостана", (Уфа, 1996). Публикации. Материалы научных исследований изложены в 7 печатных работах.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 6-и глав, общих выводов, списка литературы, где представлены 189 на-именованнй^атечественных и зарубежных авторов. Основной материал изложен н^страницах машинописного текста, включает 29 таблиц, 12 рисунков, 4 приложения.

©

ф

ф

$

I 1.5 1x1 К 175" ®,в © ®9 ЦК А Я 0.7

МТ 0.7

11 1.5 © ®5 111 1.5 ® IV 1.5 V '.5

Тавгимаповский питомник Иглинского лесхоза

Бузовьязовский питомник Кармаскапинского лесхоза

Толбазинскнй ш пом ник^ургази некого леСоза Рос. I. Схемы питомников.

Условные обозначения Дзт - индекс по<.а

(п) - основные разр£зь| Д - ПОЛУЯ МЫ

СО-© - НОмеРА СМЕШАН-

них обрлзцоа т-У-номерл полей

с е воокорог'3®

- границы полей

и) К - ЫКОЛА ДРЕЭЕСИЫ*. пород

МТ-МАТОЧНАК ПЛАНтация

и и и - дргнм р поаосм

"с -лесонасаждений I. ,, -сенокос е - к о м п о с т н и к

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

' «

Экспериментальные исследования проводились в трех типичных для республики питомниках:, в Тавтимановском Иглинского лесхоза, в Бузовьязовском Кармаскалинского лесхоза, Толбазинском Аургазинского лесхоза. Для сравнения подбирали участки с почвами одинакового типа и механического состава, сформированные на одних и тех же почвообразующих породах, находящиеся под лесными насаждениями с хорошо развитой лесной подстилкой и с наличием лесной травянистой растительности, идентичные по рельефу.

Тавтимановский питомник Тавтимановского лесничества Иглинского лесхоза общей площадью 12,6 га расположен в кв. 7 юго-восточнее железнодорожной станции Тавтиманово. Расстояние до питомника 2 км от конторы лесничества, находящегося в с.Тавтимано. Бузовьязовский питомник Бузовьязовского лесничества Кармаскалинского лесхоза занимает площадь 10,6 га. Находится он в квартале 20, выделе 18, на расстоянии 1,5 км юго-западнее от конторы лесничества, расположенного в селе Бузовьязы. Толбазинский питомник Толбазинского лесничества Аургазинского лесхоза общей площадью 8.6 га расположен в кв.75, (выдел.8) в 4-х км юго-западнее районного центра с.Толбазы. Конторы лесхоза и лесничества расположены в этом же селе.

Методологической основой исследований явился системный подход. Работа выполнялась в три этапа: подготовительный, полевой и лабораторно-камеральный. В полевой период проводились стационарные исследования (1989-1994 годы). При почвенном обследовании использовались методы, принятые в почвоведении, изложенные в соответствующих руководствах (Практикум по почвоведению, 1980; Методические указания по крупномасштабному картированию почв аля лесохозяйственных целей, 1984).

Детальное обследование почв лесных питомников проводи-юсь путем закладки основных разрезов, полуям и прикопок с отбором образцов по генетическим горизонтам. Динамику физико-химических, 1грохимических свойств почв и ферментативной активности изучали в :мешанных образцах пахотного слоя отбираемых в весенне-летне-кенний периоды на различных угодьях - в посевах сеянцев разных по->од и возраста, в зоне ризосферы сеянцев и вне ее. в чистом и спдераль-юм пару, в школе саженцев, под пологом леса.

Лабораторные анализы почв были выполнены следующими методами: влажность почвы - термовесовым; механический состав - по Ка-чинскому; водопрочность структуры - по Саввинову; рН солевой и водной вытяжек - потенциометрически; гидролитическая кислотность, поглощенные основания (Са+1\/^) - трилонометрически; гумус - по Тюрину; азот аммиачный - с помощью реактива Несслера; азот нитратный - ди-сульфофеноловой кислотой; подвижные формы фосфора и калия - из водной вытяжки по Кирсанову (в темно-серых лесных почвах) и по Чири-кову (в черноземах оподзоленных); активность-уреазы - по Галстяну и Цюпа; активность инвертазы, фосфатазы - по Хазиеву, Агафаровой; активность дегидрогеназы, каталазы - по Галстяну (Аринушкина, 1961; Вадюнина, Корчагина, 1970; Гапстян, 1974,. 1978; Хазиев, Агафарова, 1976, 1990; Александрова, Найденова, 1986). Математическая обработка данных проводилась вариационно-статистическими методами по общепринятым руководствам (Рокицкий, 1973) и включала: установление корреляционной зависимости (г) между свойствами почвы, ее ферментативной активностью и экологическими условиями; расчеты средних арифметических (М), коэффициентов вариации (V), стандартных ошибок (Б), показателей точности (Р) и степени надежности средних (Ч), а также проверку гипотез об отсутствии существенных различий между перечисленными свойствами.

2. ХАРАКТЕРИСТИКА ПРИРОДНЫХ УСЛОВИЙ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ РАЙОНОВ РАСПОЛОЖЕНИЯ ЛЕСОПИТОМНИКОВ

Исследованные объекты расположены в восточной части Русской равнины, в центральной части Республики Башкортостан. По агропоч-венному районированию, (Тайчинов, 1973), все три питомника расположены в лесостепной зоне. Тавтимановский питомник находится в При-симском увалистом районе Северной подзоны, а Бузовьязовский' питомник Кармаскалинского лесхоза и Толбазинский питомник Аургазинского лесхоза - в Левобережном Прибельском районе Южной подзоны.

По лесорастительному районированию А.Е. Рябчинского (1961) Тавтимановский питомник Иглинского лесхоза включается в район широколиственных лесов Бирской равнины, а Аургазинский и Кармаскалин-ский лесхозы - в район дубовых лесов левобережной равнинной лесостепи Южного Предуралья. На основании литературных данных, в главе приводятся- описания геоморфологии, рельефа, гидрологии, климата, растительности, почвообразующих пород и почв.

3. ЛЕСОРАСТИТЕЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ПОЧВ ЛЕСНЫХ ПИТОМНИКОВ

Питомники расположены во всех зонах республики. Почвенный покров их представлен почвами как подзолистого типа, характерными для лесной зоны, так и почвами черноземного типа, распространенными в лесостепной и степной зонах. Установлено, что 40% обшей площади лесопитомников занимают темно-серые , серые лесные почвы, 30 % - черноземы, 14 % - горно-лесные, 9% - пойменные, 4% - дерново-подзолистые, 2% - серые глеевые, лугово-черноземные. Тяжелосуглинистые и глинистые почвы занимают 75% от общей площади всех питомников. (Чурагулова, 1974).

На наиболее распространенных почвах в лесных питомниках темно-серых лесных и черноземах оподзоленных - проводились стационарные исследовнаия.

Темно-серые лесные почвы (Тавтимановский питомник)

Всестороннее изучение морфологических, агрофизических, агрохимических свойств и ферментативной активности темно-серых лесных почв проводились на Тавтимановском питомнике в сравнении с почвами рядом расположенных лесонасаждений. Темно-серые лесные почвы, сформированные на делювиальных глинах, имеют мощный профиль с ясно выраженным генетическим горизонтом. Перегноино-аккумулятивный горизонт подлесных почв характеризуется прочно зернистой структурой, а в распаханных почвах питомника она разрушена и представлена глыбисто-пылеватой. В горизонтах А2В и В1) .по граням структурных отдельностей ясно выражена кремнеземистая присыпка. Мощность гумусового горизонта (А| и Ап+А2В) варьирует в пределах 40-44 см в подлесных и 42-45 см в пахотных почвах и позволяет проводить разноглубинную обработку при выращивании посадочного материала в посевном и школьном отделениях.

Механический состав оказывает непосредственное влияние на формирование макро- и микроагрегатов почвы. Почвы питомника имеют глинистый механический состав, причем, в пахотном слое преобладают пылеватая фракция.

Интенсивное использование почв лесных питомников приводит к резкому ухудшению их структуры и водопрочности агрегатов (табл. 1). Отчетливо выражаются различия в структуре и водопрочности почвенных агрегатов между пахотными почвами питомников и почвами под рядом

произрастающих лесных насаждений. В посевном отделении питомника почва характеризуется преимущественно комковатой структурой, тогда как под пологом леса преобладают зернистые и крупнозернистые отдельности, самые крупные отдельности здесь характеризуются крупноореховатой структурой.

Таблица 1

Коэффициенты структурности и водопрочности темно-серых лесных почв

Угодье Коэффици-ент структурности Коэффициент водопрочности агрегатов в зависимости от размеров

>1.0 мм >0.25 мм

Пар епдеральный • 2.1 0.36 . 0.80

Пар чистый 2.1 0.44 0.79

Ризосфера сеянцев 3.0 0.47 0.81

Вне ризосферы сеянцев 2.6 ' 0.45 0.80

Школа ели 2.8 0.72 0.89

Липняк снытьево-крапивный 6.1 0.87 0.93

(2-25 см)

Определенное улучшение структуры почвы отмечается и в ризосфере сеянцев. Именно в ризосфере корневые выделения оказывают влияние на почвообразовательный процесс.

Пахотный слой посевного отделения питомников обладает менее устойчивой структурой, чем лесные почвы, что подтверждается коэффициентами структурности и водопрочности агрегатов, приведенными в таблице 1. Коэффициент структурности почв под пологом в 2,4-3,2 раза превышает аналогичный показатель почв посевного отделения, где он колеблется от 2,1 до 3,0. '

Исходя из показателей коэффициента структурности отчетливо' прослеживается улучшение структуры почвы в ризосфере сеянцев, где выше водопрочность агрегатов.

Высокая водопрочность агрегатов отмечается в почве под пологом леса. Здесь размывается водой 13% структурных отдельностей размером более 1 мм. тогда, как в посевном отделении питомника этот показатель увеличивается до 64%. При выпадении дождей или поливах структурные отдельности почвы способны к разрушению, при

•высыхании к образованию почвенной корки. Такой структурно-агрегатный состав почв посевного отделения питомника способствует пониженной водопроницаемости, ухудшению в целом водных, воздушных и тепловых свойств. В то же время водопрочность структуры улучшается при выращивании саженцев в школьном отделении.

Кислотность темно-серых лесных почв питомника, характеризуется как средне-кислая по'всему профилю с показателями рН солевой вытяжки от 4,9 до 5,3 и идентична с почвами под липовыми насаждениями. Гидролитическая кислотность в пахотном слое почв колеблется в пределах 5,8-6,8 мг.экв.

В почвах лесонасаждений гидролитическая кислотность больше, чем в пахотных, соответственно в горизонте Л, 7,2 мг.экв и в оподзоленном горизонте А2В-8,3 мг.экв на 100 г почвы. Очевидно меньшая кислотность пахотного слоя связана с незначительным поступлением в этот горизонт органических кислот из-за отсутствия у этих почв такого мощного их источника, как лесная подстилка. Степень насыщенности основаниями составляет в среднем в Ап -83,9% почв под лесонасаждениями в горизонте А |-80,9%, а в горизонте А2В меньше -соответственно 81,1 и 77.3%.

Процесс выращивания посадочного материала происходит на фене относительно стабильных показателей запасов гумуса. Содержание гумуса в пахотном слое (0-25 см) равно 5,3%, а запасы его составляют 154 т, в гумусовом горизонте 0-44 см - 236 т/га. В почвах ненарушенных экосистем содержание гумуса больше - 6,4%. Запасы его в 3-29 см слое составляют 197 т, а в гумусовом горизонте 0-42 см - 251 т/га. Следует подчеркнуть, что содержание гумуса в почвах, под лесом в 1,76 раза больше, чем в посевном отделении питомника. В темно-серой лесной почве Тавтимановского питомника отмечается тенденция к некоторому снижению содержания гумуса.

Содержание подвижных форм фосфора в пахотном слое и горизонте А| исследованный почв варьирует в пределах 4,2-6,7 мг на 100 г почвы.

Содержание подвижных форм калия в ненарушенных подлес-ных почвах и в пахотном слое стабильное, варьирует в незначительных пределах - от 10,5 мг до 11,5 мг на 100 г почвы. Степень обеспеченности почв этим элементом повышенная.

Общее количество минеральных форм азотам-МО-, +М-МН4) в пахотном слое колеблется в пределах 37.8-45.3, а в подлесных почвах 38.3-39.1 .мг на 100 г почвы. Наибольшее содержанке нитратного азота в посевном отделении наблюдалось в течение лета и осени засушливого

1989 года, а в среднеувлажненном 1990 году - в начале лета. В почве липового леса N-N0.4 преобладало в конце сентября 1989 года и в конце, мая 1990 года. В среднем в соответствии с условиями 1990 года содержание нитратного азота в посевном отделении уменьшилось к ноябрю, что в целом характерно и для почв под пологом леса. Количество аммиачного азота под пологом леса в том же году в минимуме находилось в середине и конце лета. Эта закономерность в посевном отделении отчетливо не проявляется.

Среднее содержание нитратного азота за два года наблюдений в почве липового насаждения в 1,5 раза меньше, чем в почве посевного отделения, а содержание аммиачного азота, наоборот, в 1,7 раза больше.

Ферментативная активность гумусового горизонта темно-серых лесных почв хотя и довольно высокая, но значительно уступает активности лесной подстилки.

В посевном и школьном отделениях максимальная уреазная активность (1,1 и 2,11 мг NN3) отмечалась в середине засушливого 1989 года, в конце сентября она становилась минимальной (0,68 и 1,41 мг N1-13 на 1 .г почвы)- Под пологом леса максимальная уреазная активность наблюдалась в начале лета 1990 года (3,44 мг), в конце сентября она снижалась до 0,88 мг и затем вновь возрастала до 1,38 мг N1-13 на 1 г почвы за 24 часа.

Протеазная активность почвы посевного отделения не имеет четко выраженных сезонных максимумов и минимумов. Инвертазная активность в посевном и школьном отделениях к концу сентября 1989 года снизилась на 30-35%, по сравнению с июлем, а в 1990 году резких колебаний в ее интенсивности не отмечено. В лесной почве инвертазная активность в засушливом 1989 году была значительно меньше.

, Максимальное значение показателя фосфатазной активности отмечено в июле 1989 года - 4,0 мг, в сентябре оно существенно снизилось до 0,95 мг фенолафталеина на 1 г почвы за 24 часа. В посевном отделении в конце мая и в сентябре фосфатазная активность держалась на одном уровне, в ноябре она в 1,5 раза снизилась. В школьном отделении этот показатель был максимален в сентябре. Активность фосфатазы в темно-серой лесной почве была максимальной в конце мая, резко снизилась в сентябре и вновь возрастала в ноябре.

Динамика активности ферментов темно-серых лесных почв показывает высокую ее изменчивость в зависимости от сезонного колебания температуры, влажности почвы, вида- и возраста выращиваемой породы.

По шкале оценки степени обогащенно.сти почв ферментами (Звягинцев; 1978), почвы Тавтимановского питомника и растущего рядом липового леса по средним данным очень бедны дегидрогеназой, инвертазой и уреазой, фосфатазой же они обогащены в средней степени. Изучение ферментативной активности почв ризосферы 2-летних сеянцев и вне ризосферы показало, что на темно-серой лесной глинистой почве по всем показателям ферментативной активности проявляется ризосферный эффект. Активность ферментов несколько вышег в почвах, занятых 2-х летними сеянцами по сравнению с однолетними сеянцами и паром.

Средние значения ферментативной активности темно-серых лесных почв, свидетельствуют о значительных колебаниях ее показателе ¡1, что подтверждается высоким коэффициентом вариации (табл. 2).

Таблица 2

Ферментативная активность темно-серых лесных почв (А пах. и А, лес 1989-1990 г.г.)

п Среднее Коэффициент Точность

Показатель Колебание значение вариации, % среднего. %

Посевное отделение питомника

Уреаза 29 0.35-1.64 0.77 47.7 9.1

Протеаза 20 0.22-1.44 . 0.80 45.1 10.0

Инвертаза 29 0.37-1.53 0.89 ■ 33.8 6.7

Дегпдрогеназа 29 ■ 0.06-0.24 0.15 31.3 6.7

Фосфатаза 29 0.50-4.65 1.78 66.5 12.4

Липняк снытьево-крапивный

Уреаза 5 0.88-3.4 1.99 46

Протеаза 4 0.51-1.51 0.71 47

Инвертаза 7 1.50-5.76 2.96 49

Дегпдрогеназа 7 0.17-0.69 0.34 15

Фосфатаза 5 0.88-4.01 2.28 60

Таким образом, темно-серые лесные глинистые почвы характеризуются относительно удовлетворительными лесорастительными свойствами, особенно варианты, находящиеся под лесонасаждениями.

Лимитирующими факторами, ограничивающими рост сеянцев нг данном питомнике, являются обесструктуренность пахотного слоя, глинистый механический состав, низкое содержание подвижных форм фосфора, низкая активность ферментов из класса гидролаз, таких как уреаза. инветраза, тенденция к подкислению почвенного раствора.

Черноземы оподзоленные

На черноземах оподзоленных расположены Бузовьязовский и Толбазинскнй питомники. К этим питомникам прилегают естественные дубовые лесонасаждения.

Располагаясь на пологих и очень пологих склонах водораздель-. ного плато, формировались они на элювио-делювиальных четвертичных отложениях тяжелосуглинистого механического состава.

1. Черноземы оподзоленные среднемощные среднегумусные

тяжелосуглинистые (Бузовьязовский питомник)

Мощность гумусового горизонта черноземов оподзоленных не превышает показателей среднемощных их видов (50-60 см).

Мелкокомковато-зернистая структура составляет в данных почвах 58,8-62,2% в пахотном слое, а в 0-30 см слое почвы под дубовым насаждением - 87,2-87,8%, коэффициент структурности соответственно 2,2-2,6 и 7,0-9,3.

Содержание фракций размером менее 0,25 мм при мокром просеивании в пахотном слое варьирует в пределах 24,7-33,2%. Исключением являются ризосферные почвы 2-х летних сеянцев ели, где содержание этих фракций 15,6%. Близки по содержанию к ризосферной почве и под-лесные почвы - 13,6-18,2%. Коэффициент структурности почв под пологом леса в 2,8 - 3,7 раза превышает почвы посевного отделения, заня-. той различными сеянцами, включая и ризосферную. Наблюдается улучшение структуры почвы в ризосфере 2-х летних сеянцев ели сибирской, где выше и водопрочность агрегатов коэффициент равен 0,56, т.е. размывается 44% структурных отдельностей размером > 1,0 мм. Отметим, что под пологом леса этот коэффициент составляет 0,88, или только 12% структурных отдельностей размывается водой, а в пахотных почвах варьирует в значительных пределах - 0,39 или 51 % агрегатов размывается водой и разрушаются.

Реакция почвенного раствора в пахотном слое черноземов оподзоленных слабокислая, величины рН колеблются в пределах 5,1-5,5. •Почвы, находящиеся под лесонасаждениями, более кислые.

Гидролитическая кислотность пахотного слоя колеблется в пределах-5,8-6,0 мг.экв, а в подлесных почвах больше -6,4-7,1 мг.экв на 100 г почвы.

Данные почвы содержат значительное количество поглощенных оснований - 47.4-49,0 мг.экв в Ап старопахотных почв, 45,0-45,3 мг.экв на 100 г почвы в А1 почв, находящихся под лесонасаждениями.

Емкость поглощения в пахотных почвах больше, чем в подлес-ных и составляет соответственно в среднем в Ап 53.9 мг.экв и в подлес-чых 52,6 мг.экв на 100 г- почвы. Степень насыщенности основаниями изменяется аналогично емкости поглощения: в пахотном слое составляет 88,1%, вниз по профилю-увеличивается и достигает 99,8% на глубине 75-85 см, что характерно для почв, сформированных на карбонатных породах.

Содержание гумуса в изучаемых почвах варьирует в пределах 7,4-8,0% в пахотном слое и в пределах 8,8-9,1% в А] подлесных почв. В гумусовом горизонте старо-пахотных почв запасы гумуса 445 т, в подлесных 451 т/га. содержание его в нижележащих горизонтах значительно меньше.

Содержание подвижных форм фосфора в пахотном слое колеблется в пределах 4,3-5,2 мг, в подпахотном слое 2,5-3,7 мг, в переходном горизонте изменяется незначительно - 1,5-2,2 мг на 100 г почвы. Такая же картина наблюдается и в почвах дубовых насаждений. Степень, обеспеченности почв низкая и средняя.

Содержание подвижных форм калия в пахотном слое почв питомника варьирует в пределах - 12,5-13,5 мг на 100 г почвы. Почвы лесонасаждений также содержат значительное количество подвижных форм калия. Обеспеченность почв этим элементом минерального питания повышенная..

Количество нитратного азота (N-N03) в исследуемых почвах колеблется в пределах 13,3-15,5 мг в пахотном слое почв питомника и в пределах 10,6-16,2 мг на 100 г почвы в дубовых насаждениях.

Аммиачные формы азота (N-N1^) колеблются в пределах 14,5-18 мг, в пахотном 0-30 см слое и 23,8-30,2 мг на 100 г почвы в 3-30 см 'слое, лесных почв. В среднем содержание аммиачного азота" в почве под пологом леса больше, чем в питомнике в 1,6 раза.

Динамика содержания минерального азота (табл. 3) за период наблюдений была неоднозначной. Если в июле 1989г минеральный азот был представлен преобладанием нитратной и аммиачной формами в почверазличных вариантов (пашня, лес), то к концу вегетационного периода количество аммонийного азота снижается до очень низких значений.

Наибольшей вариацией, как видно из данных таблицы 4 харак^ теризуются показатели нитратного и аммиачного азота, а также подвиж-

ные формы фосфора. Более стабильны по времени показатели кислотности почв, содержания гумуса и суммы поглощенных оснований.

4 Активность ферментов максимальна в верхних горизонтах почвы, особенно в лесной подстилке, где превышение составляет в 3 и более раза, вниз по профилю она, как правило, снижается. Уреазная, инвертаз-ная, дегидрогеназная активность имеют максимальное значение в середине вегетационного периода. Активн ость протеазы, в 1990 году, в обоих вариантах максимальна в конце вегетационного периода (1,3 мг и 2,55 мг тирозина на 1 г почвы за 24 часа). Минимальная активность отмечена в мае в посевном отделении (0,51мг), в июле - в лесонасаждениях (0,56 мг тирозина на 1 г почвы за 24 часа).

Фосфатазная активность максимально проявлялась в середине засушливого 1989 года, в середине мая и в конце осени 1990 года. В летний период и в начале осени ее показатели уменьшаются.

Отмеченная изменчивость ферментативной активности объясняется наблюдающимися здесь сезонными колебаниями температуры и влажности воздуха и почвы, выращиванием сеянцев и саженцев разного возраста, применением различных видов удобрений и химикатов.

Таблица 3

Агрохимические свойства пахотного слоя черноземов оподзоленных в динамике

1.989 год 1990 год

Показатели 4.07 30.09 17.05 14.07 24.11 Среднее

Посевное отделение

N-N03, мг 15,1 14,4 7,6 16,9 3,0 11,7

N-N14.,, мг 18,2 4,0 15,5 8,6 10,8 11,4

рН солевой 5,1 5,3 5,8 5,2 - 5,6 5,4

Гумус, % 7,0 7,0 7,0

Р2О5, мг 3,7 3,4 3,8 3,5

Са+М.г, мг.экв 33,8 26,2 30,0

Дубняк снытьевый

N-N03, мг 8,6 3,6 . . 20,2 21,0 16,2 13,9

N-NN4, мг 33,2 3,0 23,8 11,8 20,5 18,5

рН' солевой 5,0 4,6 5,3 5,2 5,4 5,1

Гумус, % 8,8 8,8 8,8 8,8

Р205, мг 1,6 0,23 1,2 2,3 ; 1,3

Са+М§, мг.экв 22,1 16,6 19,4

Таблица 4

Статистические показатели некоторых агрохимических свойств пахотного слоя черноземов оподзоленных посевного отделения (1989-1990 гг.)

Показатель п Колебания Среднее значение Коэффициент вариации, % Точность среднего, %

N-N03, мг 30 1,2-30,8 11,7 67,3 12,3

N-14^, мг 30 3,0-22,7 11,4 48,5 8,9

рн 30 4,4-6,0 5,4 6,2 1,1

Гумус, % 18 5,5-8,5 7,0 10,4 2,4

Р205, мг 12 1,9-5,7 .3,5 30,9 8,9

Са+Мз, мг.экв 12 20,1-38,2 30,0 18,7 5,4

На активности уреазы, протеазы, инвертазы, дегидрогена-зы ризосферный эффект слабо выражен. Фосфатаза в ризосфере сеянцев в 1,8 раза больше, чем вне ее. Статистическая обработка данных показала, что наибольший коэффициент вариации в Ап, по активности фосфатазы, а затем уреазы и протеазы, соответственно: 68, 67 и 64%. В почвах же под лесонасаждениями наибольший коэффициент вариации отмечен в гор. А, по активности протеазы, дегидрогеназы и уреазы соответственно 90,9, 80,0 и 57,0 %.

Таким образом, в связи с многолетним интенсивным использованием в пахотном слое почв питомника ухудшилось структурное состояние, уменьшилось содержание гумуса, минеральных форм азота, снизилась активность ферментов.

Черноземы оподзоленные среднемощные тучные тяжелосуглинистые

(Толбазинский питомник)

Расположенные в зоне повышенных техногенных нагрузок на почвенный покров (Стерлитамакско-Салаватский промузел) Толбазинский питомник характеризуется несколько иными показателями свойств почв.

Для пахотного слоя характерна низкая оструктуренность, повышенная гидролитическая и актуальная кислотность, меньшая степень насыщенности основаниями. Кроме того, хотя почвы этого лесопитомника и отличаются высоким содержанием гумуса (более 9%), однако они не

имеют заметных преимуществ по некоторым агрохимическим, показателям и биологической активности перед другими питомниками, что характеризует более напряженный в них питательный режим.

В почвах Толбазинского питомника уровень активности и показатели сезонной динамики различных ферментов неоднозначны. По уровню фосфатазной активности они уступают почвам Бузовьязовского питомника. Очевидно, это связано с кислой реакцией среды, подавляющей активность щелочных фосфатаз и функционированием в данной почве преимущественно кислых форм. Различия по.ур.овшо активности других ферментов менее выражены. Наиболее значительная активность уреазы, инвертазы, дегидрогеназы и фосфатазы наблюдается в почве под 2-летними сеянцами, что обусловлено ризосферным эффектом, наличием мульчирующего материала и опадом, а в паровой почве наиболее активна протеаза в связи с внесением перегноя.

В сезонной динамике наибольшей активностью отличаются фос-фатаза и инвертаза, наименьшей дегидрогеназа. Коэффициенты вариации составляют в среднем 74% в почвах питомника, 69% - в подлесных.

В целом почвы Толбазинского питомника характеризуются худшими показателями физико-химических агрохимических свойств и ферментативной активности, что подтверждается и пониженным качеством и количественным выходом посадочного материала.

, _ , свО(Хетшв.сим

4. Связь ферментативном активности с некоторыми почв

и метеорологическими условиями

Ферментативная активность почв лесных питомников характеризуется высокой изменчивостью. Это свидетельствует о сложности процессов,- происходящих в почвах, о влиянии на ферментативную активность множества ((шкторов. Общепризнана связь между структурным состоянием почвы и её плодородием. Нами определена сопряженность ферментативной активности с показателями структуры почвы.

Уреазная, инвертазная и дегидрогеназная активности имеют положительную корреляционную достоверную связь со всеми характер«-. стиками структуры почвы. Протеазная и фосфатазная активности такой тесной связи не проявляют Однако эти ферменты имеют положительную связь с водопрочностью агрегатов.

В таблице 5 приводятся показатели сопряженности между ферментативной активностью и агрохимическими свойствами почвы

по Тавтимановскому н Толбазинскому питомникам, определенные по результатам анализов почвы в посевном отделении, школе саженцев ели.

На Тавтимановском питомнике наблюдается четкая сопряженность некоторых показателей ферментативной активности с агрохимическими свойствами почвы. Уреазная, инвертазная и дегидрогеназ-ная активности имеют положительный достоверный (или близкий к нему)' коэффициент корреляции с показателем кислотности почвы (рН) содержанием гумуса, подвижного фосфора, азота аммиачного и в целом азота минерального, отрицательную достоверную связь с азотом нитратным и суммой поглощенных оснований. Протеазная активность в большей степени положительно коррелирует с суммой поглощенных оснований, фосфатазная - с суммой минерального азота с подвижным фосфором.

Таблица 5

Коэффициент корреляции между показателями ферментативной

активности и агрохимическими свойствами почв питомников

Показа-тсль рН Гумус р:05 Са+Мз N-N0.1 N-N»4 N-N0.1

К'Н4

Тавтимановский питомник (темно-серая лесная глинистая почва)

Уреаза 0,962х 0,915х 0,993х -0,466 -0,919х 0,984х 0,962х

Протеаза 0.485 -0.185 0,111 0.755 0.175 0.020 0.485

Инвсртаза 0,853 0,990х 0,988х -0,687 -0,991х 0,996х 0,853

Дегидроге 0,876 • 0,982х 0,995х -0,653 -0,984х 0,999х 0,876

паза

Фосфатаза 0,222 0,270 0,539 0,386 -0,279 0,487 0,823

Толбазинский питомник (чернозем оподзоленный тяжелосуглинистый)

Уреаза -0,993х 0,327 0,070 -0,920х 0,499 0,673 0,087

Протеаза -0,994х 0,108 0,290 -0,809 -0,679 0,491 -0,137

Инвер- -0,604 0,906х -0,668 -0,922х 0,276 0,999х 0,777

таза

Дегидрог -0,827 0,722 -0,394 -0,966х -0,086 0,936х 0,533

еназа

Фосфа- -0,966х 0,455 -0,070 -0,965 х -0,373 0,188 0,225

таза

Примечание. 4 - связь достоверна при Р<0.05.

На "Голбазинском питомнике ферментативная активность с достоверностью (или близко к ней) отрицательно коррелирует с показателем рН и суммой кальция п магния. Уровень инвертазнои активности мо-

жег служить диагностическим показателем напряженности физико-химического и биологического состава почвы.

По данным Толбазннского питомника трудно выявить целостную картину сопряженности ферментативной активности с агрохимическими свойствами почв. По нашему мнению, это обусловливается, аэротехногенным загрязнением почв питомника кислотосодержащимися веществами. Структура почвы здесь характеризуется пониженной водо-прочпостыо агрегатов, отмечается более кислая реакция почвенного раствора как пахотного слоя, так и под пологом дубового леса. В нормальных же условиях эти показатели в черноземах оподзоленных (Бузовьязовский питомник) более благоприятные, чем в темно-серых лесных почвах (Тавтимановский питомник). В целом можно отметить,, что ферментативная активность почв лесных питомников обладает очень высокой изменчивостью и не во всех питомниках проявляет четкую сопряженность с другими факторами.

5. Регулирование лесорастительных свойств почв лесных питомников

В питомниках при выращивании посадочного материала из-за интенсивного механического воздействия на почву и отчуждения органического вещества самими сеянцами и прикорневой ризосферной почвой ухудшаются водно-физические свойства почв, водопроницаемость, происходит подкисленпе и обесструктуривание пахотного слоя, уменьшение содержания гумуса, минеральных форм азота и подвижных форм фосфора, снижение активности ферментов и др.

С большим количеством посадочного материала вывозится и ри-зосфернад почва, характеризующаяся повышенным содержанием био- и литогенных элементов и микроэлементов.

За 20-летний период использования почв в лесных питомниках содержание гумуса снизилось. Вынос мелкозема составляет в среднем для Тавтпмановского питомника 6,2 т, для Бузовьязовского 5,0, для Толбазннского - 5,6 т/га в год. что во много раз превышает темпы потери из почв сельскохозяйственных угодий. Эти безвозвратные потери могут быть компенсированы введением травопольных севооборотов, внесением органических удобрений. В обследованных питомниках рекомендован 5-польный севооборот с сидеральным и чистым парами при выращивании 3-лстиих сеянцев ели сибирской, а 2-летние сеянцы сосны обыкновенной

липы мелколистной и березы повислой должны выращиваются в 4-польном севообороте (табл. б).'

Как показали исследования, темно-серые лесные почвы и черноземы оподзоленные глинистого и тяжелосуглинистого механического состава характеризуются сильно распыленной структурой по сравнению с почвами прилегающих лесонасаждений. Такие почвы во время обильных дождей или при искусственном орошении заплывают, а при высыхании на них образуется почвенная корка, трещины и т.д. Во избежание образования почвенной корки и трещин необходима своевременная обработка спелой почвы, т.е. при оптимальной температуре и влажности.

Почвы по степени нуждаемости в известковании распределяются следующим образом: при рН 4,5 и ниже -нуждаемость сильная, от 4,6 до 5,0 - средняя, от 5,1 до 5,5 - слабая и при рН выше 5,5 почва в известковании не нуждается. Исходя из этого, в первую очередь необходимо известковать почвы Толбазинского питомника (табл. 7). Сеянцы хвойных пород более устойчивы к кислой реакции почвенного раствора, чем лиственные, поэтому в случае одновременного посева на одном поле разных пород известкование производится из расчета на более требовательную к кислотности почвы породу.

Таблица 6

Вынос органического вещества почвы сеянцами и нормы внесения органических удобрений

Сеянцы, возраст сеянцев, лет Общий вынос, т/га Норма внесения органических удобрений, т/га

для пополнения выноса для повышения плодородия

Темно-серая лесная тяжелосуглинистая,

Сосна, 2 года "1,8 9 12

Лиственница, 2 года 1,8 9 . 12

Береза, 2 года 5,2 27 36

Ель, 3 года 2,8 14 18

Чернозем оподзоленный тяжелосуглиннстый

Сосна, 2 года Ель, 2 года 2.2 11 14

1.9 10 13

Примечание: вынос органического вещества определен при выращивании сеянцев в количестве 1.0 млн. шт./га.

Таблица 7

Примерные дозы внесения известковых удобрений (СаС03, в т на 1 га)

Питомник Кислотность почвенного раствора, рН

4,6 4,8-4,9 5,0-5,1 5,2-5,3 • 5,45,5

Толбазинский 4,5 • 4,0 3,0 2,5. 2,0

Бузовьязовский - - - 2,5 2,0

Тавтимановский - - - 2,5 2,0

Результаты производственных опытов по известкованию кислых почв с рН 4,6-4,8 в Арибашевском питомнике Татыщлинского лесхоза, Старо-Исаевском питомнике Нуримановского лесхоза подтвердили высокую лесоводственную эффективность этого, приема. Выход стандартного посадочного материала по сравнению с контролем увеличился на 25%. Внесенная известь в дозе 2,5 на 1 гектар способствовала сдвигу реакции на 0,4 единицы.

В качестве органических удобрений в почвах питомников применяют перегной, торф и различные компосты, в'основном, содержащие древесные опилки, а также засевают сидератами.

Исследования показали, что почвы питомников характеризуются недостаточным содержанием элементов минерального питания для оптимального роста растений.

Азотные удобрения характеризуются большой подвижностью в почве, поэтому вносят их при посеве или посадке, при предпосевной культивации, а также используют для корневых, внекорневых подкормок. • .

При выборе формы вносимого азотного удобрения необходимо учитывать потенциал уреазной активности, которая высокая в почвах Толбазинского и Бузовьязовского питомников. Мочевина в них может быть подвержена быстрому гидролизу, поэтому целесообразно использ'ование нитратных форм удобрений.

Наиболее приемлемыми фосфорными удобрениями приемлемыми для кислых почв питомников, особенно на Толбазинском, являются физиологически щелочные - суперфосфат гранулированный, томас-шлак, термофосфат, костяная мука

При использовании хлористого калия и калийной соли кислые почвы предварительно известкуют. Калийные удобрения заделывают на глубину проникновения корней и вносят как основное удобрение в паровые поля, также их применяют для корневых и внекорневых подкомок в посевах.

Комплексные удобрения. (нитрофос, аммофос, нитрофоска, аммофоска), содержащие два или три элемента питания, применяют на всех почвах под предпосевную обработку и при проведении как корневых так и внекорневых подкормок в период вегетации. Дозы внесения комплексных удобрений определяют по содержанию азота.

Внекорневые подкормки 1,0-1,5%-ным раствором азотно-фосфорно-калийных удобрений, как показали производственные опыты, проведенные на темно-серой лесной тяжелосуглинистой, сеянцы сосны обыкновенной в течении первого и второго года выращивания увеличивают высоту их в 1,4 раза, а выход сеянцев с 1 га площади на 70-80% больше по сравнению с контролем; сеянцы лиственницы Сукачева в течение одного года достигают стандартных размеров.

Производственные опыты также показали, что предварительная обработка семян в водном растворе микроэлементов - марганцовокислого калия (0,05%), молибденовокислого аммония, борной кислоты, щавелевой кислоты (по 0,01% каждого) сернокислого цинка, сернокислой меди (0,005% каждого), увеличивает выход и качество посадочного материала.

Изучение лесорастительных свойств почв в том числе и активность ферментов в сезонной динамике в сравнении с ненарушенными (лесонасаждения) почвами позволяет регулировать плодородие почв внесением органических и минеральных удобрений, микроэлементов и достичь оптимальных условий, для выращивания сеянцев и саженцев хвойных и лиственных пород.

ВЫВОДЫ

1. Интенсивное использование почв лесных питомников приводит к ухудшению их водно-физических свойств, структуры и водопроч-ности структурных агрегатов. Коэффициент структурности почв под пологом леса 2,4-3,2 раза превышает аналогичный показатель почв посевного отделения, где он колеблется от 2,1 до 3,9. В ризосфере сеянцев коэффициент структурности выше и водопрочность агрегатов.

2. Сумма поглощенных оснований в пахотном слое темно-серой почвы 24,0, в черноземе оподзоленном - 34,6 мг.экв на 100 г почвы. Установлено снижение суммы поглощенных оснований в посевном отделении в 1,4-1,6 раза по сравнению с почвой под пологом леса. Эти почвы характеризуются высокой обменной и гидролитической кислотностью и низкой степенью насыщенности основаниями.

Реакция почвенного раствора пахотного слоя обследованных питомников и прилегающих лесонасаждений характеризуется как слабо-и среднекислая.

3. Содержание подвижных форм фосфора варьирует в широких пределах в течение вегетационного периода (v = 31-45%) и составляет 2,9-10,05 мг на 100 г почвы. Максимум содержания подвижных форм фосфора совпадает с наибольшим количеством влаги в почве. Обеспеченность пахотного слоя почв питомников фосфором низкая.

4. Содержание подвижных форм калия как в старопахотных уго-диях, так и в подлесных почвах почти одинаково, в пахотном слое и в перегнойно-аккумулятивном горизонте варьирует в пределах 10,5-11,6 мг в темно-серых лесных почвах, 12,0-13,5 мг на 100 г почвы в черноземе оподзоленном.

5. Аммонийные и нитратные формы азота в почвах подвержены значительным колебаниям как в течение вегетационного периода, так п по годам в зависимости от гидротермических условий. Коэффициент вариации, средний по двум годам, для нитратного азота составляет 67,3, а аммонийного - 48,5. Нитратные формы азота преобладают в почвах питомников, аммонийные формы - в почвах лесонасаждений в темно-серых лесных в 1,7 раза, в оподзоленных черноземах, в 1,6 раза в среднегумус-ных, в 1,5 раза в тучных.

6. Ферментативная активность почв лесных питомников и рядом произрастающих лесонасаждений очень изменчива во времени и по уго-диям. Активность ферментов почв питомников значительно меньше, чем лесопокрытых и особенно подстилки.

В ризосфере сеянцев двухлетнего возраста повышена уреазная, протеазная и дегидрогеназная активности почв.

7. Запасы гумуса в гумусовом горизонте темно-серых лесных почв под пологом леса составляют 251 т, в пахотных почвах питомника -236 т; в черноземе оподзоленном среднегумусном в подлесных - 451 т, в пахотных почвах питомника - 445 т; в черноземах оподзоленных тучных соответственно 562 и 594 т/га. Среднее содержание гумуса в почвах под

лесонасаждениями больше: по Тавтнмановскому питомнику превышение составляет 1,76 раза, по Бузовьязовскому - 1,36 и по Толбазинскому - 1,13 раза. Содержание гумуса положительно коррелирует с активностью ин-вертазы. Активность инвертазы адекватно характеризует лесораститель-ные условия в почвах питомников.

8. В темно-серой лесной почве установлена положительная сопряженность между уреазной, инвертазной и дегидрогеназной активностью (имеют положительный достоверный коэффициент корреляции) с показателями кислотности почвы (рН), содержанием гумуса, подвижного фосфора, азота аммиачного и в целом азота минерального, отрицательная связь с содержанием азота нитратного и суммой поглощенных оснований.

В оподзолеиных черноземах нет четких различий в сопряженности различных видов ферментов с агрохимическими свойствами. Уровень инвертазной активности может служить диагностическим показателем напряженности физико-химического и биологического состояния почвы.

9. Повышение плодородия почв лесных питомников, утраченного в процессе выращивания посадочного материала достигается улучшением структурного состояния, водно-воздушных свойств, минерального питания, соблюдением правильной обработки почв, внесением органических удобрений, макро- и микроэлементов, нейтрализацией кислых почв, пес-кованием.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих

работах:

1. Влияние выращивания сеянцев древесных пород на структурный состав оподзоленных черноземов питомников //Экологические проблемы агропромышленного комплекса Башкирской АССР./ Тез. докл. - Уфа: 1986. -с.72. (в соавторстве).

2. Регулирование плодородия почв лесных питомников. //Изучение, охрана и рациональное использование природных ресурсов /Тез, докл. - Уфа: 1989. - с. 18 (в соавторстве).

3. Агрохимическая характеристика и ферментативная активность почв лесных питомников Аургазинского лесхоза Башкирии //Почвы Среднего Поволжья и Урала, теория и практика их использования п охраны/Тез. докл. -Казань: 1991. - с.44-46.

4 . Ферментативная активность почв Тавтимановского лесного питомника Иглпнского лесхоза /Биология почв антропогенных ландшафтов /Тез. докл. - Днепропетровск: 1995. С.72.

5. Выращивание посадочного материала в условиях аэротехногенного загрязнения почв в Толбазинском лесном питомнике //Проблемы антропогенной эволюции почв Башкортостана /Тез. докл. -Уфа. - 1996. - с. 16-17. (в соавторстве).

6. Ферментативная активность и структура"темно-серой лесной почвы //Леса Башкортостана: Современное состояние и перспективы /Тез. докл. научно-практической конференции. Уфа. -1997. (Принято к печати).

7.Опыт укоренения черенков плодово-ягодных растений в теплице круглогодичного действия. -БашЦНТИ. (Принято к печати). 4 с.