Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Почвенно-экологические условия, распределение и динамика растительного покрова в поймах рек Воронежского биосферного заповедника

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Почвенно-экологические условия, распределение и динамика растительного покрова в поймах рек Воронежского биосферного заповедника"

V Б ОЛ , ц

! 1а. правах рукописи

ПОЧВЕ1Ш(КЖОЛОПР1ЕСКИЕ УСЛОВИЯ, РАСПРЕДЕЛЕНИЕ И ДИНАМИКА РАСТИТЕЛЬНОГО ПОКРОВА В ПОЙМАХ РЕК ВОРО11 !Е ЖСКО1 О 151 (ОСПЕ Р1ГОГО ЗА НОВ ЕДИН КА

03.00.16. - Экология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание у юной степени кандидата селыжохсшнстаетшьо: наук

Воронеж - 1998

Работа выполнена на кафедре лесомелиорации, почвоведения и озеленения Воронежской государствен ной лесотехнической академии (ВГЛТА)

Научный руководитель - доктор сельскохозяйственных наук, профессор В. Г. Шаталои.

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор В. И. Таранков; кандидат сельскохозяйственных наук Л. А. Яблонских

Ведущая организация - Научно-исс;юдоиспельский институт лесной генетики и селекции Федеральной службы лесного хозяйства России

Защита состоится декабря 1998 г. в "/I?" часов на заседании диссертационного совета К 064.06.01 при Воронежской государственной лесотехнической академии по адресу: 394 613, г. Воронеж, ул. Тимирязева, 8.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВГЛТА.

Автореферат разослан "Д£>" ноября 1998г.

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат биолопгческих наук, доцигг Н. М. Попова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Наиболее паяными задачами охраны окружающей среды являются оценка и протезирование изменений растительны?; сообществ под влиянием различных факторов. Знаиие особенностей динамики пойменных биогеоценозов необходимо для выявления экологического шпенциала и сохранения биоразносбразия в поймах малых рек.

Поймы рек выполняют важную экологическую роль, являясь артериями, по которым с поверхности суши химические элементы выносятся в мировой океан. Актуальной задачей является сохранение, улучшение и рациональное использование пойменных ландшафтов. Будучи наиболее плодородными и легко ранимыми, они находится под прессом сельскохозяйствен ното производства и хозяйства той деятельности на водоразделам: (Добро Вольский, 1968; Лхтырцев, Яблонских, 1993). Поймы имеют большую средообраз>т;>щук> роль, занимая около 12 % территории Воронежской области.

Экологические условия в поймах существенно отличаются от пла-корной территории нюдосбора. Специфичность условий определяется геоморфологическим строением, типом русловых процессов, затоплением в полоподье, аккумулягнвкыми и эрозионными явлениями. Интенсификация сельскохозяйственного использования поименных земель, гидротехническое строительство на реках, расширение сети водозаборных сооружений существенно изменяют экологические условия. Необходимо изучение поименных экосистем незатронутых прямым антропогенным воздействием. В относительно естественном состоянии они сохранились лщнь в заповедниках и служат эталоном в исследовании природы речных пойм.

Цель и задачи исследования . Цель настоящей работы заключалась п изучении генетических свойств поименных иочз, выяснении современного состояния пойменных лесов и их динамики в зависимости от почвенн о-экол о гнчес »их условий.

Для достижения поставленной цели предполагалось решить следующие задача:

1) проанализировать распределение; почтенного и расгительного покрова в поймах рек Воронеж, Усмань и Ивннца;

2) изучить генетические признаки, физико-химические и химиче-скне свойства почв;

3) дать хгрпаергсгику современного состояния древесных насаждений в зависимости от почвепно-экологических условий;

4) проследить дшшшку пойменных лесов в условиях заповед-ности.

Hay чтя повита. Выявлет закономерность распределения расти-тслыюстн в пойме в гзспсимоои от рельефа и исчв. Дана сраашпельная характс-

рисгнка современного состояния пойменных лесов Воронежского заповедника. Охарактеризована многолетняя динамика растительности поймы.

Практическая значимость. Работа в целом является составной частью научной программы по изучению ночи, растительности и ландшафтной структуры Воронежского биосферного заповедника. Материалы диссертации являются продолжением мониторинговых исследований и научной основой прогноза пугей развития растительности пойменных ландшафтов малых рек. Полученные результаты могут быть использованы при проведении работ направлешшх на восстановления нарушенных природных комплексов и создания системы природоохранных мероприятий в них.

Апробация работы . Материалы исследования доложены на Российско - Украинской научной конференция, посвященной 60 - летию Центрально - черноземного заповедника (Москва, 1995); научной конференции, посвященной 60 - летшо Хоперского заповедника (Воронеж, 1995); на Всероссийском совещании "Биологическое разнообразие лесных экосистем" (Москва, 1995); на международной научной конференции "Биологические проблемы устойчивого развития природные экосистем" (Воронеж, 1996); на научно-практической конфереганш, посвященной 70 - летию Воронежского биосферного государственного заповедника "Проблемы сохранения и оценки состояния природных комплексов и объектов" (Воронеж, 1997), на ежегодных научных конференциях преподавателей Воронежской лесотехнической академии в 1995, 1996,1997,1998 гг.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 рабог.

Структура и оСгы'М диссертации . Диссертация состоит ш введения, шли глав, заключения и выводов, списка литературы и приложения. Общий объем диссертации - 140 страниц. Работа содержит 15 таблиц и 26 рисунков. Список литературы иключает 131 источник, из них 3 на иностранных языках.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ГЛАВА 1. ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ ВОРОНЕЖСКОГ О БИОСФЕРНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ЗАПОВЕДНИКА

На основании литературных данных в главе приводится характеристика климата (Базильская, 19%), геоморфологии н аллювиальных отложений (Атлас Воронежской области, 1994; Дроздов, 1978 и др.), гидрологии, гидрографии и грунтовых вод (Курдов, 1984; Дроздов и др., 1983 и др.), растительного покрова и животного мира (Атлас Воронежской области, 1994; Ремезова, 1959; Николаевская, 1971; Лавров и др., 1989; Барабаш-Никифорэв, 1950 и др.) района исследований. Исследуемая территория находится в пределах левобережного придодишю-террасного района подзоны типичной лесостепи лесостепной провинции

Окско-Донской низменной равнины и входит в состав Усманского ботанического района зеленомошлых сосновых и осоковых дубовых лесов Боброво-Усманского о круга Среднерусской дубово-сосновой провинции.

ГЛАВА 2. КРАТКИЙ ОБЗОР ИСТОРИИ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОЙМ

РАВНИННЫХ РЕК

По литеракурным данным приводятся основы умения о поймах (Докучаев, 1951, 1949; Вильяме, 1922, 1949, 195(1; Иолыноп, 1956; Шан-цер, 1951; Елеяевский, 1936; Шрат, 1953, 1969; Ковда, 1973 и др.), исторический обзор изучения пойменных почв (Докучаев, 1951,1954; Сибирцев, 1951; Полыиов 1956; Вильяме, 1922, 1949, 1950; Шр;эг, 1969; Добровольский, 1963; Ахгыриев, Яблонских, 1993; Фаг кул нн , 196!? и др.), краткий обзор работ по проблеме изучения пойменных лесов (Погребняк., 1968; Рубцов, 1983; Няллопич, 1957; Морозов, 1930; Бель-гард, 1971; Миркии, 1975; Яковлев, 1931, 1946; Шаталов, 1990; Шаталов и др., 1984; Ащеулоп, Гаралхов, 1.995; Dister, 1989; Zinke, Gutzweiler , 1990; и др.), обз«р изучении пойменных ландшафтов Воронежского биосферного заповедника (Морозов, 1971; Келлер, 1921; Скрябин, 1959; Николаевская, 1971; Курдов, 1979, 1984; Ремезов, 1954, 1962; Утехин, 1971; Барабаш и др., 1987; Шаталов, Трегубоп, 1995; Дроздов и др., 1992 и др.).

ГЛАВА 3. Ш.Ы-ППЫ Л МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Нсходаыи материал для наегоязцей работы был собран в Воронежском биосферном государственном заповеднике автором: с 1991 по 1997 годы. Объектами исследований псслужнли поймы рек Воронеж, Усмаиь и Ивница. В процессе работы были выбраны кночесыо учаспси пойм, расположенные на геоботаническом профиле, заложенном в 30-е годы М. В. Николаевской и пересекающим территорию заповедника с запада на восток в наиболее широтой его част (22 км). Ключевые участки представляют собой наиболее типичные отрезки пойм Воронежского заповедника. В их пределах проведено изучение рельефа, почв и растительного покрова.

Участкам присвоены следующие названия:

- "Воронежский"' (пойма р. Воронеж в кв. 492, 49.3, 512, 513, 523, 524, 5.29, 533);

- "Усмаиекий" (пойма р. Ус иань tt кн. 335, 336, 355, 356, 376, 377, 397, 398);

- "Ивницхий" (понма р. Ивгица в кв. 323, 324, 34.3, 344, 364, 365, 385, 3 86).

Ключевой участок ''Воронежский" расположен на западной окраине заповедника и включает в себя левобережный участок поймы р. Во-

ронеж. Заложен почвенно-экологический профиль и 20 почвенных разрезов.

Ключевой участок "Усманский" находится в Краснолесненском лесничестве Воронежского заповедника и включает » себя как правобережный, так и левобережный отрезки поймы р. Усмань. Заложен поч-венно-экологический профиль и 10 почвенных разрезов.

Ключевой участок "Иьницкий" расположен в Борском лесничесг-ве, в среднем течении р. Ивница. Заложен почпашо-экологический профиль и 10 почвенных разрезов.

При полевых работах на ключевых участках и камеральной обработке полученных данных, ними были использованы следующие материалы:

1) план лесонасаждений Воронежского биосферного государственного заповедника (лесоустройства 1991 г.) ь масштабе 1 : 25 ООО; 2) планшеты лесоустройства 1991 г. в масштабе 1:10 ООО; 3) план лесонасаждений с нанесенными горизонталями (лесоустройства 1980 г.) с сечением рельефа через 2.5 метра в масштабе 1 : 25000; 4) проект организации и развития лесного хозяйства 1992 г.; 5} аэрофотоснимки 1986 и 1987 гг.; 6) инвентарная опись участков Усманской лесной дачи по ревизии хозяйства 1897 г. с копией плана лесонасаждений 1907 г.; 7) таксационные описания 1897, 1937, 1965, 1991 гг.; 8) данные метеостанции и гидропоста Воронежского заповедника.

Последовательность осуществления работ была следующей:

1) общие ознакомительные маршруты, во время которых отрабатывалась методика исследований, описывался рельеф и растительный покров;

2) детальное изучение территории с постановкой съемочных комплексных точек, закладкой почвенных разрезов и описанием рельефа и раст ительного покрова; 3) полевые работы с выявлением разнообразия растительного покрова и рельефа местности методом; к.чртировочных точек и геоботаничсского описания.

На ключевых участках для детализация форм рельефа, распределения почв и растительного покрова от русла к I надпойменной террасе закладывались почвснно-экологические профили в пойме р. Воронеж, протяженностью 1800 м, в пойме р. Усмань - 750 м, в пойме р. Ивница -650 м.

Кроме этих материалов использовались данные вертикальной съемки территории Воронежского государственного заповедника 1937 г. При отсутствии данных нивелировки в пойме р. Воронеж закладывали профили с использованием нивелира IUI - 3. На почвенно-экологических профилях проводилось бурение с целью выяснения мощности торфа (пойма Ивницы) и глубины залегания уровня грунтовых вод (пойма Воронежа).

Почвенный и растительный покров изучался с использованием методов комплексных профилей и ключевых участков (Фридланд, 1972;

Почвенная съемка, 1959, Практикум по почвоведению, 1964) с использованием материалов лесоустройства 1991 г, н аэрофотосъемки.

Почвенные образцы (98 образцов) из 25 наиболее типичных разрезов были проанализированы в 2 - 3 повторностях по следующим показателям: 1) содержание гумуса по методу Тюрина в модификации ЦИНАО ГОСТ 26212-84; 2) 1ранулометрнческий состаз по методу Качш(Ского (Вадгашша, Корчагина, 1973); 3) сумма поглощенных основан™ по методу Каппена ГОСТ 27821-88; 4) поглощенный кашцни и магний ГОСТ 26428-85; 5) общий азот ГОСТ 26107-84; 6) подвижный фосфор но Чи-рикову ЦИНАО ГОСТ 2620-1-84; 7) подвижный калий по Масловой (Аринушкнна, 1961); 8) рН солелон вытяжки по методу ЦИНЛО ГОСТ 26483-85; 9) рН водной вытяжки по метолу ЦИНАО ГОСТ 26483-84; 10) гигроскопическая пл.т^ность (Аринушкина, l')61); 11) удельный вес твердой фазы почвы (Вадюнипа, Корчагина, 1973); 12) зольность торфа ГОСТ 27784-88.

Химический состав поды ргк заповедника охарактеризован по материалам "Летописи пр1гроды" (Трубников, 1993) с определением в них содержания SO*", СГ, I ICOj", Са2Mg2".

Динамика породного состава и пространственного расп]>еделения насаждений изучалась по лесоустроительным и ка рг о rj >аф и ч с с к и и материалам, данным натурного геоботанического обследования.

ГЛАВА 4. ПОЧВЕННЫЙ ПОКРОВ ПОЙМ РЕК ВОРОНЕЖ, УСМАНЬ И Н1МШЦА

4.1. Некоторые особенности почиообзазопапия. Рассмотрены основные закономерности размещения почв в noihiax ]:»ек, их происхождение, состав и свойства. Особенностью поименного почвообразования является то, что оно испыпивает на сеж: влияние ежегодного затопления, отложение нашша и участие в почвообразовании грунтовых вод. Формирование почвенного покрова пойм идет под воздействием трех процессов: почвообразования, поемного и аллювиального. В разных частях пеймы эти процессы выражены неодинаково.

Лесные насаждения существенно влияют на почвообразовательный процесс. Почвенный ппкрог. лееоз разнообразен и имеет свои особенности. Под лесами в поймах формируются своеобразные поименно-лесные почвы (Ахтырцев, 1967, 1968; Лхтырщи, Щетинина, 1975). 06-лесенностъ водоразделов и долит определяют такие специфические для лесных пойм условия почвообразования, как спокойный и постепенный подъем паводковых вод, отсутствие эрозионных явлений, связанное с этим невысокое содержание в полой поде взвешенных частиц, отложение маломощного, но тяжелого го гранулометрическому составу наилка. Специфика почвообразования обусловливается также особенностями

биологического круговорота под лесной растительностью по сравнению с пойменными лугами (Добровольский и др., 1963).

4.2. Почвы поймы р. Воронеж. В пойме р. Воронеж были выделены следующие типы почв: аллювиальные дерновые насыщенные, собственно аллювиальные луговые насыщенные, ной «енно-лесные серые поверхностно-глеево-элювиатыше, аллювиальные лугово-бодотные и пойменно-лесные торфяные на средних торфах.

Химические и физико-химические свойства аллювиальных луговых почв р. Воронеж представлены в таблице 1.

Таблица 1

Химические и физико-химические свойства аллювиальных луговых почв р. Воронеж__

ГориЮ1ГТ Гу- рН Са" Сум- Н* Степень Атот Р205 К2О

в мус, ма, гид- шешо. ииал.

глубшш. рол., ГО'1В гидр.,

основ.,

см % КС1. Н20 мг- зкв / 100 г почвы % мг / 100 г

Разрез 1. Аллювиальная дерновая насыщенная слоистая

Ад 0-8 3.0 5.4 6.6 31.0 4.2 35.2 2.7 91 39.3 29.0 8.9

А, 8-35 2.3 5.3 6.6 41.2: 12.5 53.7 18 97 11.4 19.6 2.7

I 35-58 2.1 5.1 6.0 18.7 2.5 21.2 15 93 4.0 6.3 ЮЛ

II 58-112 0.7 5.3 6.3 lC.fi 3.5 20.0 16 92 — 7.1 4.0

III 112-134 2.2 5.3 6.0 37.7 7.1 49.8 4 1 92 — 9.0 10 6

IV 134-150 0.4 4.9 6.6 19.5 1.7 21.2 2.3 90 — 2.2 2.5

Разрез 5. Собственно аллювиальная луговая насыщенная

Ад 0-5 13.2 4.3 4.7 38.3 7.4 45.7 12.6 78 31.0 5.1 26.4

А1 5-22 5.2 4.3 5.4 42.4 12.8 55.2 9.7 85 22.0 0.4 2.В

А1 2-37 4.9 4.4 5.1 36.9 9.8 46.7 9.1 84 16.3 4.0 5.4

В1 37-55 1.9 4.8 6.0 53.0 10.5 63.5 4.2 94 — 3.9 2.7

55-65 1.3 4.8 6.2 44.it 7.2 52.0 3.1 94 — 2.6 101!

65-114 0.9 5.4 7.3 29.1 28.5 57.6 1.5 97 — 5.6 13.0

С22 114-132 0.8 7.0 8.0 33.3 13.3 46.8 0.4 99 — 5.0 13!!

Разрез 15. Аллювиальная лугопо-бэлотная

Ад 0-6 18.1 4.7 5.5 71.2 19.1 90.3 14.8 Кб 41.5 36.7 39.0

6-35 6.2 4.8 6.3 51.5 10.5 62.0 8.9 87 27.9 2.9 18.4

АО 35-65 1.4 4.9 6.3 46.1 8.0 54. 2.3 96 7.1 2.8 5.3

в 108-118 0.5 4.6 6.2 25.9 8.1 34.0 1.8 95 — 40.2 1.4

Аллювиальные дерновые насыщенные слоистые почвы формируются на прирусловых валах, наиболее близко расположенных к действующему руслу под овсянницево-клеверовыми лугами. Для них характерна слоистость почвенного профиля, в котором генетические горизон-

ты не выражены. Содержание гумуса в этих почтах по профилю распределяется не равномерно и колеблется от 3.0 до ('.4 %. Определенной закономерности; распределения химических элементов в почвенном профиле не обнаруживается, что вероятно с первоначальным содержанием их в аллювиальных отложениях.

I! центральной части поммп под разнотргвно-злашвыми луговой растительностью формирую гея собственно аллювиальные луговые насыщенные почвы. Почгеннын профиль отчетливо дифференцирован на генетические геризентп. Данные почвы хараетеризуются высоким содержанием в иерхпих горизонтах 17муса (13.2 - 4.9%), щелочногидроли-зуемого азога (31.0 - 16.3 мгЛООг почвы в Ад и /V]) и высокой степенью насыщенное-! н почв основаниями (78 - 99 %).

В пониженном притеррасье и старичных депрессиях поймы под осоковыми и осоково-щучкопыми заболоченными лугши формируются аллювиальные лугово-болепные почвы. Высокое содержание в дерновом горизонте гумуса (18.1 %), щело» ногндролизуемого азота (41.5 мг/100г почвы), фосфора (36.7 мг/1 00г почвы) и какш (39.0 мг/ЮОг почвы) резко снижается вниз по профилю.

На фииах центральной част пои им р. Воронеж под дубравами формируются пойменпо-леспые сх:рые Г1ГЭ почвы.

Данные почвы содержал значительное количество гумуса в горизонте Л, (8.1%), величина которого с глубиной ]>езко падает до 1.4 - 0.1 % в нижележащих горизонтах. Для глеево-элюииашного горизонта характерно наименьшее содержание поглощенных оснований (27.0 мг-экв/КЮг почвы), снлышкислая актуальна;! реакция (рН - 3.8) (табл. 2).

Таблица 2

Химические и физико-химические свойства поименно-лесной серой поверхноспиьглеево-элювиальной почвы р. Воронеж

Горимит г>- рН (V ме" Сум- Н' Стсе.сш» Ают 1'А к2о

и М)С, ма, гид- •шеищ шел.

ГЛ\<ЗИМ|. рол.. почв основ.. ГИ.'ф,

сч % ксь И; О МГ- ЭКГ / 1 (X) Г ПСЧЕ.Ы % мг /100 г

Л, 2-21 8.1 5.6 7.2 53 0 1.К 548 3.6 94 25.6 6.7 20.1

А, А: 21-56 1.4 44 5.5 29 1 9« 38 9 2.2 9"> 5.91 3.8 2.8

А:[.8 56-93 0.4 з.х 5.2 20 5 6.5 27 0 2.-1 92 — 0.4 9.8

В, 93-121 0.7 5.9 6.5 Щ.» Н.8 366 3.7 91 — 2.8 10.8

В, 121-154 0,1 5 1 6.1 15 7 16 8 52.5 1.9 96 — 11.4 16.0

В, 154—164 0.6 6 1 6." 4? 1 10 6 55.7 0.9 9« - 5.3 10 6

Притеррасные участки поймы, примыкающие к первой надпойменной террасе, заняты поименно-лесными торфяными почвами на средних торфах под ольховыми лесами. Зольность в верхних торфяных горизонтах составляет 47.8 - 54.0%, а в нижних-48.6-49.0%. Величина суммы поглощенных оснований в почвенном профиле изменяется от 62.8 до 89.6 мг-экв/100г почвы. Гидролитическая кислотность высока и увеличивается вниз по профилю с 14.4 до 54.5 мг-экв/100г почвы. Содержание доступного для растений фосфора снижается с глубиной с 5.6 до 2.4 мг/100г почвы. Количество калия тоже уменьшается с 49.9 до 22.5 мг/100г почвы (табл. 3).

Таблица 3

Химические и физико-химические свойства

пойменно-лесной торфяной почвы на средних торфах (разрез 16)

Горитоит Потеря 'Золь- рН Са" Мй2' Сум- 1Г Степень Р;0, КтО

к при ность, ма, гад- насыщ.

глубяяа. про кал.. рол.. П011В основ.,

си % КСЬ н2о мг- зкв / 100 г почвы % мг/100 г

Ад 0-27 51.0 47.» 4.6 6.1 49.5 13.3 62.8 35.3 64 5.6. 49.9

АТ 27-37 45.0 54.0 5.0 5.8 69.0 13.3 82.3 14.4 85 3.0 47.7

Т, 37-60 50.0 49.0 4.7 5.4 76.1 3.5 79.6 53.5 60 2.8 23 9

Т; 60-100 50.3 48.6 4.8 5.6 85.1 4.5 89.6 54.5 62 24 22.5

4.3. Почвы поймы р. Усмань. В пойме р. Усмань в типе поймен-но-лесных полубологны к почв можно выделить два подтипа: поименно-лесные иловато-перегнойно-глеевые и поименно-лесные иловато-торфяно-глеевые.

Химические и физико-химические свойства пойменно-лесной ило-вато-перегнойно-глеевой почвы поймы р. Усмань представлены в таблице 4.

Таблица 4

Химические и физико-химические свойства пойменно-лесной

нповато-перегнойно-глеевой почвы поймы р. Усмань (разрез 22)

Горюоет Гу- Азот рН Са1' Сум- 1Г Степень Атот КгО

и мус, общ., ма, пи- насыщ. тел.

глубина. рол., почв основ., гидр,

см % КСЬ Н;0 мг-зкд / 100 Г ПО'ШЫ % иг / 10С г почвы

АБ 5-17 20.2 1.5 6.3 7.2 65.2 10.0 75.2 1.9 98 28.2 19.3 2.1 .К

ЛЕ 17-34 10.6 0.5 6.5 7.3 50.4 12.2 62.6 1.0 98 19.1 10.4 10.5

АС 34-54 2.3 0.2 6.7 7.3 21.0 11.3 32.3 0.7 98 — 7.3 90

Пойменнс~лесные иловато-персгиойно-глеевые почвы, <|юрмиру-ются под ветляникамк крапитныуи и ольхово-таволговыми на прирусловых участках поймы и ольшаниками крапивными в центральной пойме.

Содержание гумуса с глубиной падает с 20.2 % в горизонте до 2.3 % в АО. Содержание азота в почвенном а профиле находится в тесной зависимости от количественного содержания ¡умуса. Валовой азот распределяется по генетическим горизонтам аналогично распределению гумуса. Содержание общего азотт с глубиной падает с 1.5 % до 0.2 % . Количество щелочногидролизуемого азота I! вгрхних горизонтах пойменных почв изучаемых участков составляет 28.2 мг'ЮОг почвы. Сумма поглощенных оснований шин по профилю снижается с 75.2 до 32.3 мг-экв/100г почвы. Величина гидролитической кислотности уменьшается вниз по профилю. Содержание доступною для растений фосфора снижается с глубиной с 19.3 до 7.3 мг/100г псчвы. Количество калия уменьшается с 23.8 до 9.0 мг/1001 почвы.

Луга в пойме р. Усмань образовались и результате вырубки ольхи. Луговая расл мтелышет:» оказала влияние па генетические, химические и физико-химические свойства почв.

В морфологическом плане ноймснпо-леспые иловато-перегнойно-глеевые под пойменными лотами отличаются от поименно-лесных под ольшаниками мощным дерновым горизонтом. Смена древесной растительности луговой привела также к уменьшению содержания гумуса, поглощенных оснований (в основном за счет капьции) и подвижных форм фосфора и калия. Гидролитическая кислотность в почве под луговой растительностью несколько гозрасла (табл. 5).

Таблица 5

Химические и физико-химические свойства поименно-лесной

Гори"Ю1ГГ Гу- рн Са" М»'1 С'5мм;|, ~ Н> Степени р,о, К;0

и глубнн.1. мус, и дари., Щ мщ. пега основ.,

см Гс ксь НО 11.11-чкв / ПК) г почтш % мгЛООг гочвм

Ал 1-12 14.6 6.1) 7.0 54.5 10.6 65.1 4.5 '>4 9 5 12 0

Ае 12-3(1 9.4 6.3 7.2 42 :> к., к 59 3 2.5 % 7.1 7.8

АС. 30-« 1.8 6.5 7!! 30 4 13.4 43.7 1.! >7 — —

Илоиато-перегнойно-глееиая почва, развивающаяся иод заливным лугом., обладает нейтральной реакцией среды, причем рН постепенно возрастает сверху вниз с 6.0 в Ад до 6.5 в горизонте АС. Содержание гумуса в горизонте Ал достигает М.6 % которое резко снижается и на глубине 30 - 55 см состлаляег 1.8%.

В центральной пойме р. Усмань под ольшаниками крапивными и на притеррасной пойме иод ольшаниками крапивными с примесмо березы формируются пойменно-лесные иловато-торфяно-глеевые почвы. Наличие в середине профиля торфяного горизонта существенно меняет их морфологический облик, химические и физико-химические свойства (табл. 6).

Таблица 6

Химические и физико-химические свойства пойменно-лесной

иловато-торфяпо-глеевой почвы поймы р Усмань (разрез 25)

Горичонт Золь- Азот рН Са:* Сум- н* Степ Азот 1'А К'-О

и ность, обш.. ма, гид- насыщ. пел

глубина, рэл., почв осн.. ГИДР

см ксь Н;0 мг-экв / 100 г пэчвы % ыг/ КО г почвы

АТ 0-11 47.3 2.6 5.8 6.6 110.1 17.1 127.2 7.2 95 17.0 36.3 20.7

Т 11-38 16.9 — 6.0 6.7 119.5 18.5 т.о 26.9 84 16.2 18Л1

С, 38-48 — 06 6.1 69 57.8 8.7 66.5 3.1 95 14.2 20.1

Одно из ведущих мест в почвообразовании здесь получают процессы торфообразования и торфонакопления. Дэдшые химического анализа иловато-торфяно-глеевых почв свидетельствуют о значительном содержании в профиле обменных катионов кальция и магния при высокой гидролитической кислотности. Это особенно характерно для торфяных горизонтов, где сумма поглощенных оснований достигает 138.0 мг-экв/100г почвы при гидролитической кислотности 26.9 мг-экв/ЮОг почвы. Степень насыщенности почв основаниями при этом составляет 84 -95 %.

Значительно повышаются показатели потери при прокаливании, возрастают сумма поглощенных оснований и гидролитическая кислотность, увеличивается содержание подвижных форм фосфора и калия.

4.4. Почвы поймы р. Ишшца. В типе поименно-лесных полуболотных почв поймы р. Ивница можно выделить один подтип поименно-лесных торфяных почв, который представлен следующими видами: 1) пойменно-лесные торфянисто-глеевые; 2) пойменно-лесные торфяно-глеевые; 3) пойменно-лесные торфяные на мелких торфах; 4) пойменно-лесные торфяные на средних торфах.

Генетически родственные почвы Ивннцы в целом представляют собой пойменный торфяник. Мощность торфяных горизонтов увеличивается от притеррасья к центральной части поймы, достигая максимума в центре поперечного профиля.

Пойменно-лесные торфянисто- и торфяно-глесвые почвы формируются в притеррасных частях поймы под ольшаниками осоковыми и тростниковыми со значительной примесью березы. Они характеризуются

повышенным содержанием в верхней части профиля органического вещества при слабой степени его разложения, подвижных форм азота, фосфора и калия (таблица 7). Данные анализов показывают высокое содержать органического вещества, что видно по величине зольности (21.6-22.7%).

Сумма обменных оснований в перегнойно-торфяных и торфяных горизонтах составляет 62.2 -' 85.2 мг-экв/ЮОг по чвы. С глубиной их содержание резко падает и составляет в минеральных горизонтах 0.7 - 9.5 мг-экв/ЮОг почвы. Обращает на себя внимание значительная величина гидролитической кислотности, достигающая в горизонте АТ торфяни-сто-глесвых почв 70.3 мг-экв/ЮОг почвы. Вследствие этого степень насыщенности почв основаниями снижается до 47 % .

Таблица 7

Химические и физико-химические свойствг. ночи поймы р. Ивница

Горюонг Зол.ь- Азот Р 1 Са" М)»2' Сум- Н Стен. А:ют РА К^О

и носгъ, общ.. ма. ГИД- каешц. тел.

глубина, ро.т. почв С«Л1., пир.

. см ко.-1 Н;0 мг -пкз/ 1СО г почвы % мг / 100 г почвы

Рз'рсч 31. Пой[ме*ио-леснаят<|р(|игнжгго-|\кевая

АТ 0-20 22.7 2.4 47 6.1 55.5 6.7 62.2 70.3 47 28.6 20.8 53.0

С1 20-36 — 0.4 4 0 5.2 5.4 0.9 6.3 15 3 29 — 11 5.4

(52 36-50 -- 0.03 5 0 6.1 0.4 0.3 0.7 1.31 35 - 2.8 5.1

Рзтрет 37 Пойысшкнлссная торфянс-глссшиг

АТ 0-28 21.6 — 5.5 6.0 81.7 3.5 85.2 46 7 55 40.0 17.7 46.7

Т 28-) б 56.6 — 5.7 6.4 615 7.1 68.6 26 3 72 — 96 10.6

С 46-70 — -' 6.0 7.0 4.6 4.9 9.5 0.7 93 - 7.5 5.0

Рат]х-5 33. Пойчешго-лесная торфгшш на мелких торсах

АТ 4-20 55 Я 1.2 5.1 5.9 64.1 1.9 66.0 27.5 71 29.8 15 5 25.2

Т, 20-52 23.4 — 5.9 6.6 91.5 11.1 102. 30 3 77 28 8 9.2 29.8

О 52-80 — 0.04 5.7 6.6 4.2 2.4 6 6.6 1.6 80 — 3.0 8.9

Ратрез 15. ПоГшсвгао-леснзя торфяная ва среаглх торфах

АТ 4-31 33.2 — 5.3 (5.3 82.4 12.5 94 9 29.1 76 31.8 18.3 22.3

Т, 31-54 28 6 — 5.7 64 77.4 4 8 82 2 30 8 73 154 10 7

Т2 54-90 25.7 — 5.3 6.1 72.9 6 2 85.1 43.9 67 — 13.3 16.3

Поймеино-лесные торфяные почвы на мелких и средних торфах формируются в центральной и прирусловой частях поймы р. Ивница. Ведущее место в почвообразовании, как и в предыдущих почвах, здесь получили процессы то р<]ю о бр а: ю ган и я и торфонлконления, что объясняет сходство их химических и физико-химических свойств. Данные почвы, развивающиеся под ольховыми и о.п.хово-березовымн лесами, в

большинстве случаев обладают слабокислой и близкой к нейтральной реакцией среды.

Сумма обменных оснований в торфах составляет 66.0 - 102.6 мг-экв/100 г почвы. Гидролэтическая кислотность высока и в торфяных горизонтах составляет 27.5 - 43.9 мг-экв/100 г почвы. Степень насыщенности почв основаниями не обнаружипает какой-либо строгой закономерности в распределении по профилю. Ее величина составляет 67 - 80 % .

Содержание доступного растениям фосфора в верхних горизонтах составляет 15.5 - 18.3 ш/100 г почвы и с глубиной снижается. Щелочно-гидролизуемый азот в верхних горизонтах содержится в количестве 22.325.2 мг/100 г почвы.

ГЛАВА 5. ОСОБЕННОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ И ДИНАМИКА РАСТИТЕЛЬНОГО ПОКРОВА В ПОЙМАХ РЕК В УСЛОВШ1ХЗАИОВЕДНОГО РЕЖИМА

Поймы рек в пределах Воронежского заповедника преимущественно лесные.

На поймы рек Воронежа, У смани и Ивницы, а также их притоки и ручьи приходится 9.6 % (2972 га) территории заповедника. Пойма Воронежа составляет 17.3% , Усмани 33.0 % и Ивницы 49.7 % от общей площади пойменных земель. Доля лесов составляет 75.3 % территории поймы. Остальная площадь занята болотами (15.3%), заливными лугами (6.3 %) и рединами (3.1%) (рис.1).

Рис. 1. Распределение общей площади поймы по категориям земель.

Доля покрытой лесом площади пойм снижается по мере укрупнения реки. Так, з пойме р. Ивннца, покрытая лесом площадь составляет 80.7%, в пойме р. Усмань сна снижается до 73.9 % , а в пойме р. Воронеж - 65.3 %.

□ Леса

□ Болота ШЛуга

13 Редины

70%

Видовой состав и распределение растительного покрова во многом определяют почвы, режим и продолжительность затопления (Шаталов и др., 3984). В пойме р. Воронеж мы выделяем следующие области поймы.

1. Кратковременного прогочлого затопления. 1С этой зоне отнесены участки поймы, которые почти ежегодно затопляются полыми водами в среднем на 20 - 30 дней. Это прирусловые валы и 1-ривы центральной поймы на аллювиальных дерновых насыщенны* слоистых почвах под овсяншшево-клеверовыми лугами, аллювиальных дерновых насыщенных слоистых ла погребенной почве под голевичнэ-лисохвостными лугами, поименно-лесных серы к слоистых и поименно-лесных серых по-верхностно-глеево-элювиальных под пойменными дубравами.

2. Область длительного проточного затоатения характеризуется ежегодным проточным затоплением продолжительностью в 40 - 60 дней. Она представлена разнотраяно-злаковыми лугами на собствено аллювиальных луговых насыщенных почках на средних уровнях поймы и ветля-никами на пойменно-лесных слоистых примитивных почвах в приречной части поймы.

3. Непродолжительного застойного апоплепня представлена центральными и притеррасными участками покмы под :иболоченнымн лугами на аллювиальных лугово-боготных насыщенных почвах и под вет-ляниками па пойменно-лесных иловлто-перегнонно-глеевых почвах. Общая продолжительность затопления зд;:сь не превышает 50 дней, а застойная вода после спада половодья держится до 20 дней.

4. Пойма длительного застойного затопления характеризуется близким залеганием уровня грунтовых вод (до 1 м). Затопление отмечается и течение большей части вегетационного периода. Это заболоченные старины прирусловой и центральной ноймь и осоковые притеррасные участки под ольшаниками на пойменно-лесных торфяных почвах на средних торфах.

В пойме р. Усмань выделены следующие области.

1. Непродолжительного застойного затопления. Это прирусловые участки под ветляниками крапивными и ветляниками ольхово-таволговыми на пойменно-лесных иловато-перегнойно-глеевых почвах.

2. Длительного застойного затопления, представленная центральной поймой под ольшаниками крапивными, притеррасной под ольшаниками березово-тростниковымн и березняками крапивными на пойменно-лесных торфяно-глееных почвах, а также сырыми лугами на иловото-перегнойно-глее;вых почвах.

Е* пойме р. Ивнипа выделены следующие области.

1. Непродолжительного застойного затопления. Сюда отнесены прирусловые области пол ветляниками крапивными, произрастающими на пойменно-лесных торфяных почвах на мелких и средних торфах.

2. Длительного застойного затопления. Это участки под ольшаниками крапивными на поименно-лесных торфянисто- и торфяно-глеевых почвах и березняками осоково-тростниковыми на поименно-лесных торфяных почвах на средних и мелких торфах.

В пределах пойм Воронежа, Усмани и Ивннцы выделены останцы первой надпойменной террасы, представленные размытыми поверхностями под дубняками на серых лесных глесватых почвах.

Распределение типов леса (в % ог лссопокрытой площади) выглядит следующим образом.

Преобладающими типами леса в пойме р. Воронеж являются дубрава пойменная влажная (46,3%) и дубрава пойменная свежая 25.2%. По тинам древостоев доминируют дубняки (59.8%) и ольшаники (22.7%). Сопутствующими насаждениями в дубраве являются осинники, в дубраве влажной они занимают 10.9%, а в дубраве свежей- 0.8% лссопокрытой площади.

В пойме р. Воронеж доминируют древостой II (60.0%) и I (27.3%) бонитета. Полнота насаждений 0.7 (45.9%) и 0.8 (22.8 %). Класс возраста дуба - IV (44.2%), а ольхи VII и VIII (14.0 и 24.4%).

Поймы рек Усмань и Ивница низкие и заболоченные. В результате создавшихся гидрологических условий в насаждениях поим этих р>ек доминируют черноольшаникн.

Ольшаник крапивный занимает 77.6% покрытой лесом площади Усмани. На долю ольховых насаэвдений здесь приходится 80.1%. По разнообразию насаждений наиболее не однороден осокорник крапивный. В нем произрастают насаждения тополя черного, березы, осины и дуба, однако, площади, занятые этими дреиоегоями, незначительны.

В целом в пойме Усмани пргобладшот древостой I (33.8%) и П (54.8%) классов бонитета, VII (23.7%) и VIII (46.3%) классов возраста и при полноте 0.6 (26.9%) и 0.7 (28.8%).

Дубрава пойменная влажная распространена на 2.6% территории поймы. В ней произрастают дубняки крапивно-сныгьевые (2.1%) и осинники крапивно-снытьевые (0.5%). Ветляник прирусловый занимает 5.6% покрытой лесом площади.

В пойме р. Ивница преобладающими типами леса являются ольшаник крапивный (62.9%) и осоково-камышовый (27.7%). Древесные породы имеют I (47.8.%) и II (47.8%) классы бонитета, VII (36.1%) и VIII (38.9%) классы возраст с полнотой 0.7 (32.5%) и 0.8 (36.9%).

Близкая возрастная структура насаждений в поймах Воронежа, Усмани и Ивницы подтверждает их одновременное происхождение после сплошных рубок в конце XIX - начале XX столетий.

Леса Воронежского заповедника с конца XVII века неодно1фатно подвергались сплошным рубкам. Коренные дргвсстои сменялись произ-

водными. К середине XIX пека 75 % насаждений заповедника были представлены березняками (Скрябин, 1957, 1959).

Влияние хозяйственной деятельности г. прошлом (замещение части леагых насаждений сенокосными угодьями, культурами ивы и вторичными древостоямн) отразилось на динамике paci нтельного покрова. В условиях запопедпостн, с ограничением хозяйстгенной деятельности, широкое распространение получили процессы восстановления ольшаников на площадях, ранее занятых березняками. В поймах рассматриваемых рек, эти процессы выражены в различной степени.

В нашей работе динамика древесной растительиости рассмотрена на примере почвгнно-эчо.тогкческих профилей и ключезых участков.

В пойме Воронежа гривы центральной поймы рассматриваемого профиля к 1937 г. были представлены насаждениями с преобладанием дуба (9ДЮс) 1 бонитета, 1 класса возраста с полнотой 1.0. В 1991 г. доля осины увеличилась на 20 - 30 %. Бонитет насаждений снизился до H при полноте 0.7 - 0.8. В притеррасной пойме ольшаник кранивиый (10 Олч) I бонитета, II класса возраста с полнотой 0.6 (1937 г.) к 1991 г. не изменил своего сосгаэа, бонитета и полноты, возраст насаждения увеличился до 70 лет. Ивняки центральной поймы (ЮИв ед. Олч) H бонитета, I класса возраста при полноте 0.6 перешли и категорию Go пота, на 30% покрытого ивой.

Па ключевом участке, при рассмотрении динамики древесной растительности по преобладающим породам, наблюдается сокращение площади насаждений, в которых доминирует осина с 12.1% в 1937 г. до 7.9 % в 1991 г. за счет увеличения насаждении с преобладанием дуба с 38.2% в 1937 г. до 41.9% з 1991 г. (рис. 2).

%

С.] Ольшаники □ Березияки

Ш Луга н болота

ГЯ ДуСшикн III Осинники

1937

1965 Года

1991

Рис. 2. Динами на растительного покрова п пэнме р. Воронеж (в % от площади ключевого участка поймы)

Таким образом, в пойме р. Воронеж шмечается относительная стабильность растительного покрова за период с 1937 по1991 гг.

Пойма р. Усмань представлена на профиле правобережной и левобережной частями. В 1897 г. правобережная часть была занята молодня-ками ольхи в возрасте до 20 лет. В межревизионный период ольху вырубили, и к 1937 г. эта территория была представлена заливным лугом. В 40-х годах в прируслоьой пойме р. Усмань для обогащения кормовой базы речного, бобра создавались культуры ивы древовидной. К 3991 г. сформировались насаждения состава 10 Ивд III бонитета, VI класса возраста с полнотой 0.8.

Древостой левобережной поймы в 1897 г. состояли из молодняков ольхи и березы (до 20 лет). Ольха занимала прирусловую и незначительную часть центральной поймы. Березняки были распространешл в центральной и притеррасной поймах. К 1937 г. растительный покров левобережной поймы был представлен лугами на месте ольшаников. Березняки центральной поймы сменились ольшаниками с примесью березы (10 Олч ед. Б) II бонитета, Ш класса возраста с полнотой 07. В притерра-сье сформировалось березовое насаждение с участием ольхи (8Б20лч) II бонитета, IV класса возраста прн полноте 0.7. В настоящее время прирусловая пойма занята культурами ивы древовидной, центральная - ольшаником крапивным (10 Олч + Б) I бонитета., VII класса возраста с полнотой 0.7, притеррасная - березово-ольхоиым насаждением (6Б4 Олч) 1 бонитета, VII класса возраста с полнотой 0.8.

На ключевом участке в пойме Усмани огмечается умеренное сокращение площади ольшаников с 80.4 % в 1897 г. до 67.5 % в 1991 г. и сокращение площади березняков с 16.6 % в 1897 г. до 4.8 % в 1991 г. При этом возрастает доля культур ивы и сенокосных лугов (рис. 3).

% 40

80

20

60

О

7

L1 Oitbuc:

I I Перст. ÍES I Iuji.in

¡MJJyni

1897

1987 Годы

1991

Рис. 3. Динамика растительного покрова в пойме р. Усмань (в % от площади ключевого участка поймы)

В пойме Ивницы в конце XIX пека насаждения былн представлены однородными по составу йерг:зово-ольховымн 10-20 летними молодня-ками с участием осины и дуба. В 1937 г. правобережную пойму занимали ольшаники (60л'"1Б) 1 бошггста, III класса возрасте! с полнотой 0.7. К 1991 г. в прируслош.е сформировались практически чистые ольховые насаждения (ЮО.тч+Б) II бонитета, VIII класса возраста с полнотой 0.4. В остальной часта поймы произрастают ольхопо-березовые древостой (90лч1Б) I бонитета., VIII класса возраста при полноте 0.8.

В лрирусловье левобережной поймы сформировались ольшаники (ЮОлч+Б) I болтега, III класса возраста с полнотой 0.7. Часть центральной и притеррасной пой и нанята ольшаниками (60.гп<11>) I бонитета, III класса возраста с полнотой 0.7 и березняк, im и (7БЗОлч+Ос) II бонитета, II класса возраста при полноте 0 7. К 1991 г. в прирусловье сформировались насаждения (КОлч21>) II coi inora, V1IÏ wiacc.i возраста с полнотой 0.8. Вся центральная и притер заспал поймы заняты ольшаниками (70лчЗБ) I бонитета, Vni класса, возрасти при полноте 0.8.

На ключевом участке Ивницы отмечено резкое увеличение площа-

П Д\{йб«<и

О 0.'ИШ1«1Э1

□ Бфшпкн В Оаш »«а»

ШЛ»тл

1897' 1£37 1991

Год»!

Рис. 4. Динамика растительного покрова в пойме р. Ивница (в %от площади ключевого участка поймы)

Площадь березняков сократилась с 78.2 % в 1897 г. до 10.3 % в 1991 г. Площади под заливными лугами в 1897 г. занммаот 4 %, в 1991 г. - 2 %. В 1937 г. 12.6 % территории ключевого участка была занята осинниками, которые к 1991 г. полностью сменились ольшаниками.

Таким образом, распггенмшй покрои поймы р. Воронеж, характеризуется преимущественно возрастными изменениями лесных насажде-

ди ольшаников с 17.7% в 1897 г. до !!3.1 % в 1991 г (рис. 4).

ний. В поймах Усмани и Ишнщы произошла смена насаждений с преобладанием березы ольшаниками.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основная цель заповедников заключается в сохранении отдельных участков биогеоценотического покрова земли в качестве эталонов биосферы. Научные исследования пойменных экосистем должны быть направлены на изучение животного мира, естественных условий роста растительного покрова, развитие почв.

На основании проведенных нами исследований впервые дана сравнительная характеристика современного состояния и состава пойменных лесов заповедника. Выявлена закономерность распределения растительности в зависимости от рельефа и почв. Охарактеризованы изменения лесных насаждений поймы в условиях заповедного рс>пша на основании анализа таксациошшх описаний ] 897, 1937, 1965 и 1991 гг.

В целом, в зависимости ог площади водосбора реки, форм мезо- и микрорельефа, характера аллювиального и поемного процессов и состава растительности выявлена дифференциация пойменных почв по мор-фолого-генетнческим признакам, химическим и физико-химическим свойствам.

Хозяйственная деятельность человека наложила свой отпечаток на формирование растительного покрова в поймах заповедника. Изменился не только растительный покров, но в некоторых случаях и почвы. Со времени заповедания началось естественное восстановление пойменных экосистем. Наши исследования показывают, что пойменные леса в настоящее время достигли УИ-УШ классов возраста. В дальнейшем, вероятно, будут проходить процессы их разрушения. Поэтому необходимо дальнейшее изучение заповедника с их исторически сложившимися луговыми, болотными и лесными экосистемЕюш, что представляет несомненный интерес в теоретическом и практическом отношении.

ВЫВОДЫ

1. Проведенные исследования морфолого-генетических признаков, химических и физико-химических свойств почв в поймах рек Воронеж, Усмань и Ивница обнаруживают как черты сходства, так и различия, обусловленные характером поемно-аллювиального процесса, зависящего от площади водосбора и растительного покрова.

2. В пойме р. Воронеж под луговой и лугово-болотной растительностью выделены следующие типы почв: ]) аллювиальные дерновые насыщенные слоистые, формирующиеся на прирусловых валах, наиболее близко расположенных к действующему руслу; 2) собственно аллювиальные луговые насыщенные, формирующиеся на выровненных участ-

ках центральной части поймы; 3) аллювиальные лугово-болопше, образовавшее? » пониженном прмтеррасье и старинных депрессиях поймы. Под лесной растительностью выделены: 1) поименно-лесные серые поверхкостно-глеево-элювначьные, сформировавшиеся на rpireax центральной част пошлы р. Воронен; 2) поименно- лесные торфяные почвы на средних торфах, образовавшиеся в притеррасных участках поймы, примыкающих к первом надпойменной террасе.

3. В типе поймепно-лссных полуболотных почв р. Усмань выделено два подтипа: 1) пюнм.ешю-лесные илоиато-перегнойно-глеевые, формирующиеся в прирусловой и нейтральней пойме; 2) пойменно-лесные нловато-тсрфяно-глеевые, формирующиеся л центральной и притеррасной поймах. I [аличне в середине профиля торфяного горизонта существенно меняет морфологический облик, химические и физико-химические свойства. Одно из ведущих мест в почвообразовании здесь получают процессы торфообразоизния и торфонакоплеиия.

•4. В типе пойменио-леспых полуболотны< почв р. Ивница можно выделить один подтип поименно-лесных торфяных почв, который представлен следующими В1эд;шн: 1) поГмеино-лесны ми торфянисто-глеевыми и 2) поймеппо-лесными торфлш>-пт;евыми, залегающими в притеррасных частях пойми; 3) лойменио-леснымн торфяными на мелких торфа:! и 4) поймсшю-лееиымн торфлныг.п на средних торфа); рас-положешп.шл в центральной и хрируеловон частях поймы р. Ивница. Ведущее место в почвообразовании, как н в i¡if едлдупдих почвах, здесь получили процессы торфообразолания и торфопакэпления, что объясняет сходство их химических н физико-химических свойств.

5. В поймах рек заповедника в зависимости от характера растительного покрова, почв, режима i продол гаггелыюсти затопления выделены следующие области; поймы: 1) пойма кратковременного проточного затопления р. Воронеж; 2) покма длительного проточного затопления р. Воронеж; 3) пойма непродолшпельного застойного затопления рек Воронеж, Усмань н Ивница; 4) пойма длительного застойного затопления рек Воронеж, Усмань н Ивница.

6. В пойме р. Впрокеж преобладающим типом леса является дубрава поименная влажная и дубрава пойменная свежая;. В пойме р. Усмань основным типом леса япш'.ется ольшаник крапивный, а в пойме Ивницы - ольшаник крапивный н осоково-камышовый. Для насаждении характерно преобладание I - II ic.iaccoi: боиитаа, VII - VIII классов возраста с полнотой 0.7 н 0.8

7. Динамика растительного покрова в гюйма;: Воронежа, Усмани и Ивницы отражает влияние хозяйственной деятельности (замещение части лесных насаждений сенокосными угодьями, хупьлурами ивы и вторичными древостоямн (осиной и березой). С другой стороны, в условиях запопедности с ограничением хозяйственной деятельности, широкое

распространение получили процессы восстановления ольшаников на площадях, ранее занятых березняками и осинниками.

8. В пойме р. Воронеж наблюдается сокращение площади насаждений с преобладанием осины за счет увеличения насаждений с преобладанием дуба и ольхи. В пойме р. Усмань.за счет увеличения доли сенокосных лугов и культур ивы древовидной наблюдается сокращение площади насаждений с преобладанием березы и ольхи. В пойме р. Минина произошла почти полная смена березняков насаждениями с преобладанием ольхи.

9. В поймах необходимо поддерживай, исторически сломившиеся луговые, болотные и лесные экосистемы в целях сохранения бноразно-образия растительных и животных видов, а на участках верхнего течения рек, за пределами заповедника, согласовать с землепользователями мероприятия водоохранного и почвозащитного характера, в том числе меры по предотвращешно сброса отходов сельскохозяйственной деятельности

По материалам диссертации опублико&шш следующие работы:

1. Триубов О. В. К вопросу изучения гидроморфных почв // Со-врсменные проблемы почвоведения и экология // Тез. докл. конф. молод, ученых фак-га почвоведения МГУ (Красновидош, 23 - 28 мая 1.994 г.). -М., 1994.-С. 156- 157.

2. Трегубой О. В. Почвенно - экологические условия и динамика растительного покрова в поймах рек Воронежского заповедника // Проблемы сохранения природы степных и лесостепных регионов / Материалы Российско - Украинской научн. конф., посвященной 60 - летию Центрально - черноземного заповедника, пос. Заповедный, Курская область, 22-27 мая 1995 г.-М., 1995.-С. 111 - 112.

3. Трегубов О. В. К характеристике пойменных почв Воронежского биосферного заповедника II Материалы научн. конф., посвященной 60 - летию Хоперского заповедника 21-25 августа 1995 г. - Воронеж: Изд -воВГУ, 1995а.-С. 161 - 164.

4. Шаталов В. Г., Трегубов О. В. Динамика растительного покрова Усманского бора в условиях заповедного режима // Биологическое разнообразие лесных экосистем. М, 1995. С. 222 - 225.

5. Шаталов В. Г., Т[>егубов О. В. Пойменные леса Воронежского биосферного заповедника // Биологические проблемы устойчивого развития природных экосистем / Тез. докл. между народной научной конф. -Воронеж, 1996. - Часть 3. - С. 165 - 167.

6. Шаталов В. Г., Трегубов О. В. Почвы пойменных лесов Воронежского биосферного заповедника // Проблемы сохранения состояния природных комплексов и объектов / Материалы науч. - практ. конф., посвященной 70 - летию Воронежского биосферного государственного за-

поведника, Воронеж, ст. Графская 8-11 сентября 1997 г. - Воронеж: ЗАО "Биомик", 1997. - С. 11 -12.

7. Шаталов В. Г., Трегубое О. В. Динамика растительного покрова Усманского бора в условиях залэведнога режима // Состояние и проблемы экосистем Среднего Подонья / Тр. биологического учебно-н лучного центра "Венег-итииово". ■ Воронеж: В ГУ, 1998. - С 85 - 91.

Заказ № Усл. печ.л. I. Тира,« 1РО Издательство Воронеже <ой лесотехнической академии 394Э13, г. Воронеж, ул. Тимиря^па, 8

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата сельскохозяйственных наук, Трегубов, Олег Викторович, Воронеж

/Л //// / / <--

/> ) Ц I / I ^ V/

ЧУ'- . ''

ВОРОНЕЖСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКАЯ

АКАДЕМИЯ

На правах рукописи

ТРЕГУБОВ Олег Викторович. /р^-

1 /

Почвенно-экологические условия, распределение и динамика растительного покрова в поймах рек Воронежского биосферного заповедника

Специальность 03.00.16. - Экология

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Руководитель - доктор сельскохозяйственных наук, профессор Шаталов В. Г.

Воронеж - 1998 г.

Оглавление

стр.

Введение......................................................................................................3

Глава 1. Природные условия Воронежского биосферного

государственного заповедника....................................................6

1.1. Климат..........................................................................................6

1.2. Геоморфология и аллювиальные отложения............................10

1.3. Гидрология, гидрография и грунтовые воды............................15

1.4. Растительный покров и животный мир.....................................21

Глава 2. Краткий обзор истории исследования пойм равнинных рек....34

2.1. Развитие учения о пойме и ее компонентах...............................34

2.1.1. Пойменные почвы......................................................................39

2.1.2. Пойменные леса......................................................................... 43

2.2. История изучения речных пойм Воронежского биосферного государственного заповедника........................... 47

Глава 3. Объекты и методы исследований..............................................52

Глава 4. Почвенный покров пойм рек Воронеж, Усмань и Ивница... ...57

4.1. Некоторые особенности почвообразования.............................57

4.2. Почвы поймы р. Воронеж.........................................................58

4.3. Почвы поймы р. Усмань............................................................79

4.4. Почвы поймы р. Ивница.......................................................... 91

Глава 5. Особенности распределения и динамика растительного

покрова в поймах рек в условиях заповедного режима.........102

Заключение...............................................................................................119

Выводы.....................................................................................................120

Литература...............................................................................................123

Приложение 1. Таксационная характеристика древостоев в

поймах рек Воронежского заповедника.......................135

Введение.

Актуальность исследования . Наиболее важными задачами охраны окружающей среды являются оценка и прогнозирование изменений растительных сообществ под влиянием различных факторов. Знание особенностей динамики пойменных биоцгеоенозов необходимо для выявления экологического потенциала и сохранения биоразнообразия в поймах малых рек.

Поймы рек выполняют важную экологическую роль, являясь артериями, по которым с поверхности суши химические элементы выносятся в мировой океан. Актуальной задачей является сохранение, улучшение и рациональное использование пойменных ландшафтов. Будучи наиболее плодородными и легко ранимыми, они находятся под прессом сельскохозяйственного производства и хозяйственной деятельности на водоразделах (Добровольский, 1968; Ахтырцев, Яблонских, 1993). Поймы имеют большую средообразующую роль, занимая около 12 % территории Воронежской области.

Экологические условия в поймах существенно отличаются от плакор-ной территории водосбора. Специфичность условий определяется геоморфологическим строением, типом русловых процессов, затоплением в половодье, аккумулятивными и эрозийными явлениями. Интенсификация сельскохозяйственного использования пойменных земель, гидротехническое строительство на реках, расширение сети водозаборных сооружений существенно изменяют экологические условия. Необходимо изучение пойменных экосистем .незатронутых прямым антропогенным воздействием. В относительно естественном состоянии они сохранились лишь в заповедниках и служат эталоном в исследовании природы речных пойм.

Цель и задачи исследования . Цель настоящей работы заключалась в изучении генетических свойств пойменных почв, выяснении современного состояния пойменных лесов и их динамики в зависимости от экологических условий.

Для достижения поставленной цели предполагалось решить следующие задачи:

1) проанализировать распределение почвенного и растительного покрова в поймах рек Воронеж, Усмань и Ивница;

2) изучить генетические признаки, физико-химические и химические свойства почв;

3) дать характеристику современного состояния древесных насаждений в зависимости от экологических условий;

4) проследить динамику пойменных лесов в условиях заповедности.

Научная новизна . Выявлена закономерность распределения растительности в пойме в зависимости от рельефа и почв. Дана сравнительная характеристика современного состояния пойменных лесов Воронежского заповедника. Впервые охарактеризована многолетняя динамика растительности поймы.

Практическая значимость . Работа в целом является составной частью научной программы по изучению почв, растительности и ландшафтной структуры Воронежского биосферного заповедника. Материалы диссертации являются продолжением мониторинговых исследований и научной основой прогноза путей развития растительности пойменных ландшафтов малых рек. Результаты предлагаемой работы могут быть использованы в целях восстановления нарушенных природных комплексов и создания системы природоохранных мероприятий в них.

Апробаиия работы . Материалы исследования доложены на Российско Украинской научной конференции, посвященной 60 - летию Центрально -черноземного заповедника (Москва, 1995); научной конференции, посвященной 60 - летию Хоперского заповедника (Воронеж, 1995); на Всероссийском совещании "Биологическое разнообразие лесных экосистем" (Москва, 1995); на международной научной конференции "Биологические проблемы устойчивого развития природных экосистем" (Воронеж, 1996); на научно-практической конференции, посвященной 70-летию Воронежского био-

сферного государственного заповедника "Проблемы сохранения и оценки состояния природных комплексов и объектов" (Воронеж, 1997); на ежегодных научных конференциях преподавателей Воронежской лесотехнической академии в 1995, 1996, 1997, 1998 г.г.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 работ.

Глава 1. Природные условия Воронежского биосферного государственного заповедника

Усманский лесной массив - один из островных боров Центрального Черноземья. Его леса сформировались на левобережных песчаных террасах р. Воронеж. Воронежский биосферный государственный заповедник занимает северную половину Усманского бора (Рис. 1) на стыке Липецкой и Воронежской областей с географическими координатами в пределах 50°21" -52°02" северной широты и 39°21" - 39°47'ивосточной долготы (Лавров и др., 1989).

Рис. 1. Схема расположения Воронежского заповедника (Дроздов, 1978).

1.1. Климат

Для характеристики климатических условий использованы материалы многолетних наблюдений, обобщенные в трудах Воронежского заповедника (Базильская, 1996; Базильская, Булкина, 1979). Эти данные получены на гидрометеостанции, расположенной на территории заповедника.

Территория заповедника весьма компактна и находится в примерно одинаковых климатических условиях. Заповедник расположен на границе Атлантико-континентальной и континентальной климатических областей и испытывает влияние воздушных масс с Атлантического океана и циклонов, формирующихся над Средиземноморьем.

Климат заповедника умеренно континентальный с относительно жарким летом и умеренно холодной зимой. Средняя температура самого теплого месяца - июля 19.5 °С, самого холодного - января - 9.9 °С, средняя годовая температура за период 1975 - 1996 гг. 5.3 °С (в 1937 - 1974 гг. 5,2°С).

Восемь из двадцати двух последних лет имеют среднегодовую температуру выше средней многолетней, девять лет низкую среднегодовую температуру и пять лет близки к норме. Многолетний ряд среднегодовых температур характеризуется чередованием теплых и холодных периодов:

1970 - 1975 гг. - теплые (среднегодовая температура 5.5 - 6.7 °С);

1976 - 1980 гг. - холодные (среднегодовая температура 2.9 - 5.2 °С);

1981 - 1983 гг.- теплые (среднегодовая температура 5.6 - 6.7 °С);

1984 - 1988 гг. - холодные или близкие к норме (среднегодовая температура 3.1 - 5.6 °С);

1989 - 1992 гг. - очень теплые (среднегодовая температура 6.1 - 6.8 °С);

1993 - 1994 гг. - равномерно холодные (среднегодовая температура 4.4- 4.8 ОС).

Очень теплым был 1995 г. (среднегодовая температура 6.4 °С), а 1996 г., с очень холодной зимой и очень жарким летом (среднегодовая температура 4.7 °С), является аномальным.

Среднегодовое количество осадков за 22-х летний период (1975-1996 гг.) составило 653 мм. В этот период минимальное количество осадков наблюдалось в 1996 г. - 430 мм, а максимальное в 1980 г. - 892 мм.

Динамика среднегодовой температуры воздуха и среднегодового количества осадков показана на рисунке 2.

s s

s

о О О m

s

с g

0} о m о =£ О

900 800 700 600 500 400 300 200 100 0

N

-f-

1975

-+-H

T 8

—4

1980

-+-H-

1985

/ \

-- 6 °

v m

1990

+

1995

О

g

.-- 5

-- 4

r- 3

-- 2

-- 1

я

Q. fr

(B CL

<u с S tù i-

a: ra m

0

1 0) X

=c

<u Q.

О

Рис. 2. Динамика среднегодовой температуры воздуха (°С) и

среднегодового количества осадков (мм) (Базильская, 1996)

Наибольшее количество осадков выпадает в июне-июле - в среднем 77- 75 мм. Наименьшее количество осадков за год выпадает в феврале -марте. Средняя многолетняя сумма осадков в феврале - 41 мм, в марте -32 мм.

Безморозный период в среднем составляет 133 дня и колеблется в разные годы от 84 до 164 дней. Продолжительность вегетационного периода изменяется от 147 до 221 дня, в среднем же он равен 185 дням.

Продолжительность зимнего периода в заповеднике 128 - 130 дней. Сезон начинается устойчивым переходом средней суточной температуры воздуха через 0 °С в сторону понижения. По средним данным зима начинается примерно 15 ноября. Окончанием зимы считается переход среднесуточной температуры воздуха через 0 °С в сторону повышения. Чаще всего это происходит в конце марта - начале апреля. Средняя температура зимнего сезона составляет - 5.9 °С.

Зимой часты оттепели, что приводит к паводкам на ручьях - притоках рек Усмань и Ивница. Летом, реже весной и осенью, бывают засухи, во время которых понижается уровень грунтовых вод, пересыхают болота и ручьи, выгорает трава. Во время засухи иногда выпадает за весь период 1 -

/

2 мм осадков вместо привычных 40 - 60 мм, в отдельные годы, в июле и августе ,с грозовыми дождями может выпасть до 50 мм за сутки. Часто засухи сопровождаются суховеями, во время которых относительная влажность понижается до 30% и меньше.

Устойчивый снежный покров формируется в начале первой декады декабря. Со времени его установления высота постепенно увеличивается в среднем до 50 - 60 см, достигая максимума в конце февраля - начале марта. Во второй декаде марта часты оттепели, вследствие чего снег начинает уплотняться и вскоре таять. Разрушение устойчивого снежного покрова в апреле протекает в более сжатые сроки, чем его образование. Средняя высота снежного покрова - 48 см, максимальная - 88 см, минимальная от 3 до 4 см. В мягкие зимы с глубоким снегом почва в лесу промерзает на незначительную глубину и к снеготаянию оттаивает, но в аномально суровые и малоснежные зимы, как, например, зима 1968 - 1969 гг., почва промерзла на глубину 180 - 200 см. Сход снежного покрова проходил по мерзлой почве.

По средним данным весна в заповеднике устанавливается 23 марта. Средняя дата окончания весны, т. е. переход средней суточной температуры воздуха через 15 °С в сторону повышения, 23 мая. Средняя температура весеннего сезона составляет 7.9 °С, количество осадков в среднем равно 93 мм.

По средним данным лето наступает 24 мая. Самое раннее лето началось 30 апреля 1979 года. Самое позднее отмечено в 1978 году - 24 июня. Средняя дата окончания лета - 8 сентября. Средняя температура летнего сезона 17.7 °С. Сумма осадков за летний период в среднем составляет 218 мм.

По средним данным осень начинается 8 сентября. Оканчивается осень переходом средней суточной температуры воздуха через 0 °С в сторону понижения в середине ноября. Средняя температура сезона - 7.3 °С. Осадков за сезон выпадает в среднем 123 мм.

Существуют и климатические факторы, отрицательно влияющие на рост и развитие растительности: суховеи, преобладающие в мае, бури, поздние весенние и ранние осенние заморозки. Однако, все эти факторы проявляют себя лишь в отдельные годы и не оказывают существенного влияния на формирование растительности.

В поймах рек на формирование растительного покрова оказывают влияние особенности микроклимата. В поймах лесостепи температура воздуха днем на 1.5 - 2 °С выше, а ночью на 2 - 4 °С ниже, чем на водоразделе вследствие особенностей обмена воздуха. Относительная влажность приземного слоя воздуха (в среднем на 10 %) выше по сравнению с водораздельными пространствами (Яровенко, 1971, Александрова, 1953, Практикум по почвоведению, 1964).

Благодаря неглубокому залеганию в пойме грунтовых вод, температура почвы на глубине 150 см зимой на 1.5 - 2.0 °С выше, чем вне поймы. Летом же температура почвы на такую же величину ниже. Почва в пойме промерзает на меньшую глубину, чем на коренном берегу (Кароль, 1959).

Таким образом, территория Воронежского заповедника по климатическим условиям соответствует лесостепи, хотя по некоторым показателям (продолжительность снежного покрова, его мощность) приближается к условиям лесной зоны.

1.2. Геоморфология и аллювиальные отложения

Исследуемая территория находится в пределах левобережного придо-линно-террасного района подзоны типичной лесостепи лесостепной провинции Окско-Донской низменной равнины (Атлас Воронежской области, 1994).

В геологическом отношении территория представляет собой молодую, сформировавшуюся в четвертичное время низменную, плоскую, слабо эродированную равнину, сложенную рыхлыми отложениями, лежащими на коренных породах девонского возраста. В конце плейстоцена здесь была

широкая глубокая впадина, заполненная в четвертичное время ледниковыми и флювиогляциальными отложениями Донского языка Днепровского оледенения. После себя ледник оставил морену на водоразделах, которая в настоящее время сильно изменена эрозионными процессами. Мощность ее достигает 10 м.

По-видимому, река Воронеж заложилась в Днепровское время, примерно 250 тыс. лет назад. Во время Днепровского оледенения весь бассейн р. Воронеж был погребен под толщей льда. Ледник, покрывавший Окско-Донскую низменную равнину в четвертичное время, использовал для стока долину Воронежа, по которой беспрепятственно уходили от ледника талые воды. На локальных неотектонических поднятиях (Воронежском и Усман-ском) древние потоки талых вод откладывали русловой аллювий, представленный песком (Дроздов, 1978).

В долине р. Воронеж выделяются четыре надпойменные террасы. Первая, высотой до 8 м, развита фрагментарно и имеет незначительную ширину; вторая, с относительными высотами до 25 м, тянется в поперечном профиле до 8 км; третья терраса, высотой до 40 м, также доходит в ширину до 8 км; и, наконец, на водоразделе Воронеж - Байгора фиксируется четвертая терраса с максимальной относительной высотой до 60 м (Дроздов, 1983). Самая древняя четвертая надпойменная терраса сформировалась в среднем плейстоцене во время Днепровского оледенения. Третья надпойменная терраса - в период Московского оледенения, вторая - Валдайского. Пойма и уровень первой надпойменной террасы были сформированы в голоцене. Количество террас рек Усмань и Ивница позволяет предположить, что эти реки образовались приблизительно 100 тыс. лет назад в Московское время. В этот же период стали проявляться все эрозионные процессы, а именно процессы линейной, плоскостной и боковой эрозии.

В Валдайское оледенение на территории заповедника находилась тундро-степь с криогенными формами рельефа и холмами, образованными перевеваемым песком. В голоцене окончательно сформировавшийся до-

линный комплекс начал испытывать воздействие постледниковых процессов. Криогенные процессы сменились эрозионными, значительное воздействие стали оказывать биогенные факторы, активизировались почвообразовательные процессы. В результате воздействия постледниковых процессов ступени надпойменных террас сгладились, в долине образовались слабонаклонные террасированные склоны со слабовыраженными уступами террас.

Территория заповедника дренируется реками Усмань и Ивница. Они

I

являются левыми притоками р. Воронеж.

Пойма р. Воронеж входит в территорию заповедника в районе г. Ра-мони. Русло реки на этом отрезке ее течения неширокое, довольно глубокое, зигзагообразно блуждающее по пойме. Пойма имеет ширину до 2 км. Ее абсолютные отметки над уровнем моря - 93.0 - 95.5 м. На описываемом участке она преимущественно левобережная, вследствие отклонения русла к правому коренному берегу. По пойме, ближе к притеррасью, проходит старое русло, распавшееся на цепь озер, находящихся на разных стадиях заиления и зарастания. Пойма низменна и ее средние уровни невысоко подняты над меженью. Она глубоко врезана и обильно снабжена подвижными грунтовыми водами из водоносных горизонтов гео