Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Почвенно-физические условия возобновления сосны на гарях ленточных боров Алтайского Приобья

ВАК РФ 03.02.13, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Почвенно-физические условия возобновления сосны на гарях ленточных боров Алтайского Приобья"

На правах рукописи

ПАСТУХОВ ВАДИМ ИГОРЕВИЧ

ПОЧВЕННО-ФИЗИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ВОЗОБНОВЛЕНИЯ СОСНЫ НА ГАРЯХ ЛЕНТОЧНЫХ БОРОВ АЛТАЙСКОГО ПРИОБЬЯ

Специальность 03.02.13 - почвоведение

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

2 3 п£Н 20'О

Барнаул-2010

004618406

Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования « Алтайский государственный аграрный университет»

Научный руководитель -Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор биологических наук, профессор Макарычев Сергей Владимирович

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Трофимов Иван Тимофеевич кандидат с.-х. наук, доцент Максимова Нина Борисовна

Факультет почвоведения Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова

Защита состоится «24» декабря 2010 г в Н^ на заседании диссертационного совета Д 220.002.01 при ФГОУ ВПО «Алтайский государственный аграрный университет»

Адрес: 656049 г. Барнаул, пр-кт Красноармейский, 98 Факс (3852) 62-83-96

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Алтайский государственный аграрный университет»

Автореферат разослан «23» ноября 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета / ^ Е.Г. Пивоварова

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. Сохранение природы и улучшение окружающей среды является одним из приоритетных направлений деятельности государства и общества. Законодательство Российской Федерации провозглашает экологическую безопасность одним из значимых компонентов национальной безопасности Российской Федерации. На территории России основная часть лесных массивов сосредоточена в Сибири. В тоже время ленточные боры Алтая периодически подвергаются лесным пожарам, которые охватывают площади в десятки тысяч гектаров.

Возникновение пожаров, их распространение и развитие во многом определяются погодными условиями. Лесные пожары являются одним из мощных природных факторов. Их влияние на лесооб-разовательные и лесовосстановительные процессы, вследствие значительных изменений экологических условий весьма велико.

В настоящее время участившиеся пожары оказывают серьезное воздействие на почвенный покров, растительность й животный мир.

Они приводят к значительному изменению экологических условий на гарях, и процесс лесовосстановления во многом зависит от напряженности этих постпирогенных факторов. Полное уничтожение огнем древесного яруса, травяного покрова, лесной подстилки способствует увеличению освещенности (Сапожников, 1976), а также увеличивает проникновение осадков в почву, изменяет ее температурный режим и приземного слоя воздуха (Фуряев, 1977).

Ленточные боры Алтайского края занимают 16% от общей площади лесов края (Парамонов, Ишутин, 2001). Они являются своеобразной экосистемой, сформировавшейся в течение многих тысячелетий в экстремальных почвенно-юшматических условиях. Но лесные пожары привели к образованию громадных площадей после пироген-ных пустошей - горельников. При этом подрост при пожарах почти полностью погибает, и восстановительный процесс начинается с нуля. Восстановление сосны требует знания формирующихся запасов тепла и влаги на различных элементах мезорельефа. Поэтому комплексные исследования тепловых свойств и гидротермических режимов в профиле дерново-подзолистых почв в ленточных борах Алтайского края актуальны.

Цель работы. Выявить особенности формирования теплофизи-ческих свойств и гидротермических режимов в дерново-подзолистых

почвах и их влияние на возобновление сосны на гарях ленточных боров в лесостепной зоне Алтайского Приобья.

Задачи исследований.

1) Изучить теплофизические характеристики дерново-подзолистых почв на различных элементах мезорельефа под естественным древостоем и на горелъниках.

2) Изучить сезонную динамику тепла и влаги в почве горельни-ков и под естественным лесным покровом.

3) Выявить влияние пожаров на физические и физико-химические свойства почв.

4) Выявить влияние постпирогенных факторов на возобновление сосны обыкновенной.

Объекты исследований.

Объектами исследования явились теплофизические свойства дерново-подзолистых почв и характер возобновления сосны на гарях.

Методы исследований.

Определение общих физических, водно-физических свойств дерново-подзолистых почв, а так же химические анализы проводились в соответствии с принятыми в почвоведении методиками (Аринушки-на, 1962; Агрофизические методы исследования почв, 1966; Вадюни-на, Корчагина, 1986).

Сопряженные полевые наблюдения за изменением влажности, температуры и тепловых потоков в дерново-подзолистой почве на местах гарей и на участках, где лес не тронутый пожаром проводились в 2008-2010 гг. на различных элементах мезорельефа (нижняя треть склона юго-западной экспозиции, межгривное понижение, вершина увала, склон северо-восточной экспозиции). Измерения температуры почвы осуществлялись электронными термометрами, разработанными на кафедре физики АГАУ, влажность методом термостатной сушки, теплофизические характеристики - импульсным методом плоского нагревателя.

Тепловые потоки в почве рассчитаны согласно Руководству по градиентным наблюдениям и определению теплового баланса (1964).

Научная новизна.

Впервые на дерново-подзолистых почвах ленточных боров проведено сопряженное изучение изменения экологических факторов (температура, влажность) и показателей встречаемости отдельных видов растений на горельниках и под естественным лесным покровом на различных элементах мезорельефа.

Установлено, что наиболее благоприятный гидротермический режим в дерново-подзолистых почвах северо-восточной части ленточных боров формируется в нижней трети склона юго-западной экспозиции под естественным древостоем.

Защищаемые положения.

Пожары являются причиной изменения гидротермического режима и теплофизического состояния дерново-подзолистых лесных почв.

Значения влажности, температуры и теплофизических показателей в профиле дерново-подзолистой почвы, а также их динамика в течение вегетации определяются элементами мезорельефа и экспозицией склонов.

Лесовозобновление сосны зависит от гидротермического режима почв, степени освещенности, рельефа.

Теоретическая и практическая значимость

Установлены закономерности изменения гидротермического режима в дерново-подзолкстых почвах на горельниках и под естественным лесным покровом на различных элементах мезорельефа. Полученные результаты могут быть использованы в условиях Алтайского Приобья при организации мероприятий по восстановлению ленточных боров после пожаров.

Апробация работы.

Материалы диссертации докладывались: на научно - практической конференции института природообустройства среди аспирантов и молодых ученых, V Международной научно-практической конференции «Аграрная наука - сельскому хозяйству Алтая» (г. Барнаул, 2010 г.).

Публикации

Материалы диссертации опубликованы в 4 научных работах, в том числе одна, входящих в список ВАК РФ. Общий объем публикации составляет 1,69 п.л., в том числе доля автора составляет 1,01 пл.

Структура и объем.

Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов, списка литературы и приложений. Содержание работы изложено на 116 страницах печатного текста, включая 21 таблицу, 24 рисунка, 5 приложения. Список использованной литературы включает 165 наименования, в том числе 10 иностранных.

ГЛАВА I. ИСТОРИЯ ВОПРОСА И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Солнечная радиация - источник тепла, регулирующего температурный режим у поверхности Земли. Усиление или ослабление солнечной активности непосредственно влияет на ритмику биосферы, в частности, на развитие леса России.

Первые в России измерения температуры почв и грунтов на глубинах были начаты в 30-х гг. 19 века (Быховец, 2007).

Вопрос о почвенном климате впервые был изучен в России П.А. Костычевым. Понятие «почвенный климат» введен в 30-х годах 20 века М.М. Филатовым (Головин, 1962).

Под климатом почв подразумевается многолетний режим температуры и влажности почвы, почвенного воздуха и их географическое распределение, зависящее от комплекса природных факторов и производственной деятельности человека (Шульгин, 1967).

Изучение теплофизических свойств почв в комплексе с особенностями их строения, характера гидротермических условий в почвенном профиле, растительностью и антропогенным воздействием необходимо для оценки и расчета, различных тепло- и гидромелиоративных воздействий.

Влияние антропогенного воздействия на теплофизическое состояние почвы находит отражение в ряде работ (Макарычев, Мазиров, 1996; Макарычев,2002 и др.). В частности множество работ посвящены изучению теплофизических свойства почв после пожара (Тарабу-кина, 1996; Евдокименко, 1996; Короходкина, 1974, 1976).

Зарубежные исследователи (Valette Jian-Charles, Gomendy Vero-ñique, Maréchal Joel, Houssard Claudie, Gillon Dominique, 1994) провели ряд опытов по изучению температурного режима почвы под сосновыми насаждениями в период экспериментальных пожаров очень низкой интенсивности.

Однако, в целом, вопрос пирогенного воздействия на теплофи-зические свойства почв остаётся малоизученным.

В этой связи с целью создания объективной картины теплофи-зического состояния дерново-подзолистых почв северо-восточной части ленточных боров Алтайского края, подвергшихся пирогенному воздействию необходимо проводить комплексное изучение изменения экологических факторов и показателей встречаемости отдельных видов растений и лесовосстановительных процессов.

ГЛАВА П. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ

Приобское плато расположено между Кулундинской равниной и долиной реки Оби. Оно расчленено ложбинами. Все эти ложбины вытянуты параллельно друг другу с северо-востока на юго-запад. В результате деятельности ветра и воды образовался сложный дюнно-бугристо-грядовой рельеф. На этом рельефе возникли условия для поселения сосны. (Куприянов и др., 2003).

Приобские боры возникли на территории аккумулятивных равнин, измененных процессами выветривания. Под воздействием эрозии они утратили первичный облик и в настоящее время характеризуются развитием эрозионных форм рельефа (Куприянов и др., 2003).

Рельеф и гидрология. Рельеф оказывает косвенное влияние на формирование почвенного покрова. Его роль сводится, в основном, к перераспределению тепла и увлажнения.

Основной фон рельефа ленточного бора составляют дюнные, холмисто-грядовые песчаные массивы. Они в виде островов или лент возвышаются над равниной степных участков на 2 - 10 метров и в редких случаях на 15 - 30 метров. Гряды и междугрядовые понижения ориентированы с юго-запада на северо-восток (Вангниц, 1953).

Грунтовые воды пресные, залегающие, в основном, на глубине 15... 18 метров (Бурлакова, Котельников, Стругаева и др., 1968, Панфилов, 1976, Хмелев, 1989).

Климат. Климат Алтайского края определяется сложным взаимодействием циркуляции атмосферы и характера подстилающей поверхности. Отличается он жарким, но коротким летом, холодной малоснежной зимой с сильными ветрами и метелями.

Ленточные боры создают свои местные микроклиматические особенности. Средняя годовая температура воздуха в лесу выше на 0,3 °С - 0,4 °С по сравнению с открытым пространством.

Преобладающими ветрами являются ветры южного и юго-западного направления - 17 % и 24% соответственно, причем в зимние месяцы их повторяемость достигает 25% и 34%.

Растительность. Барнаульская лента сосновых боров отличается широким разнообразием остепненных травянистых и лишайниковых боров. Они имеют значительную протяженность, и южные части их расположены уже в пределах сухостепной зоны. Боры - бруснич-

ники здесь встречаются лишь очень небольшими пятнами по микропонижениям. Повсюду в подлеске обычна акация желтая (Куприянов, 2003).

Почва Почвенный покров в ленточных борах формируется в условиях сухого, резко континентального климата, различного уровня грунтовых вод (Вангниц, 1953). Исследованный участок представлен дерново-подзолистыми почвами.

Дерново-подзолистые почвы в ленточных борах имеют легкий механический состав и представлены супесчаными и песчаными разновидностями. Среди механических элементов преобладают фракции крупного и мелкого песка. Содержание илистой фракции, как правило, не превышает 8% от массы почвы (Куприянов и др., 2003).

ГЛАВА III. БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ

Сосна - одна из самых распространенных пород деревьев. Благодаря способности существовать в разнообразных экологических условиях (от крайнего Севера до субтропических районов) сосна обыкновенная произрастает на обширном ареале, на материке Евразия (Правдин, 1964).

Сосна обыкновенная (Pinus sylvestris L.) - дерево из рода сосна (Pinus), класса хвойные (Pinopsida) отдела голосеменные (Pinophyta).

Несмотря на разнообразие в типах строения корневой системы сосны, при любом типе строения основная масса ее корней располагается в поверхностном слое почвы до 60 см (Калинин, 1986; 1991).

В условиях широкого распространения песчаного и супесчаного субстрата основной древесной породой, доминирующей в древесном ярусе ленточных боров, является сосна обыкновенная {Pinus sylvestris L.).

Она светолюбива, уступает в этом отношении только лиственнице. Показателем светолюбия являются: прозрачная крона, небольшая продолжительность жизни хвои, плохая возобновляемость под пологом леса при наличии других видов деревьев (Богданов, 1974).

Сосна обыкновенная имеет огромное значение, поскольку произрастает в разнообразных климатических и почвенных условиях и дает ценнейшую древесину и смолу.

ГЛАВА IV. ЛЕСНЫЕ ПОЖАРЫ КАК ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКТОР

Лесные пожары как экологический фактор. Лесные пожары -мощный и активно действующий экологический фактор современного почвообразования, оказывающий сложное и многоплановое влияние на формирование почвенного покрова. Влияние лесных пожаров огромно - часто нарушается естественное равновесие между отдельными компонентами лесных биогеоценозов. Почва, как неотъемлемая их часть, также подвергается сложному и разностороннему пирогенному воздействию, приводящему к заметным изменениям ее важнейших свойств (Поздняков, 1953; Попова, 1975, 1997).

Пожары приводят к резкому изменению экологических условий на вырубках и тем более на гарях. Они вносят существенные изменения в интенсивность и направленность лесовосстановительного процесса, и главная роль при этом отводится, в частности, сосне обыкновенной (Ключников, Парамонов, 2010).

Лесные пожары в ленточных борах происходят периодически (Смирнов, 1966).

ГЛАВА V. СЕЗОННАЯ ДИНАМИКА ТЕПЛА И ВЛАГИ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ

СЕВЕРО-ВОСТОЧНОЙ ЧАСТИ ЛЕНТОЧНЫХ БОРОВ АЛТАЙСКОГО КРАЯ

Сезонная динамика запасов влаги в дерново-подзолистых почвах ленточных боров. Почвенные условия, такие как гранулометрический состав, влагосодержание и величина теплоаккумуляции определяют распространение в почвенном профиле температурных полей и тепловых потоков (Макарычев, Куприянов, 2003).

Для их исследования нами было организовано изучение составляющих теплофизического состояния и гидротермического режима дерново-подзолистых почв северо-восточной части ленточных боров Алтайского края (Барнаульское лесничество). Наблюдения проводились в течение 2008-2010 гг. как в горельниках, так и под естественным лесным покровом на различных элементах рельефа.

Влажность почвы является одним из основных факторов почвообразования. Кроме того влажность почвы является одним из главных условий, обеспечивающих благоприятный рост и развитие сельскохозяйственных культур (Панфилов, 1971; Омельянов, 1973, 1974).

Глубина (0-20 см)

Гп^ина (0-100 СМ)

ШМсжгрнввое

»(гарь)

И Нижняя треть скаоекго-западной эшшщии(гарь) □ Вершина увала (не горелый лес)

О Склон ссверо-досточной жпоэвднн (не горелый лее)

з S0

1 №*гривное гашение

■Ьк№яя треть алою юго-западной эгакшции (гарь) Q Верша увала (не горелый лес)

Ш Склон северо-восточной экспозиции (не горешй лес)

Рис.1. Влагосодержание (мм) в профиле дерново-подзолистой почвы в горельнике и под лесным покровом летом 2008 года

Влагозапасы в межгривном понижении на горельнике были максимальны вплоть до августа, как в верхнем 20-ти см слое, так и в метровой почвенной толще. Менее значительны они оказались на склоне северо-восточной экспозиции. В то же время под нетронутым лесом на вершине увала влагосодержание минимально в течение всего периода вегетации. В августе произошло иссушение почвенного профиля. Особенно заметно это в низинной части рельефа. Здесь потеря влаги засчет физического испарения составила 275% по сравнению с июлем.

Глубина (0-108 си)

аМанргенсе ютъю Гп^бяка (0-20 си) (гарь)

В Магриююе гсшеьие (гарь)

вКкЮйЯВДЪСЯЮЙ

юго-западной эвгсэкри (гарь)

ü Верша ysara(№ гораийлее)

■ Никняя треть сиш юго-западней экспозиций (гарь)

май июнь июль

И9СЯЦЫ

□СС1И«6«р1>вОСГСЧЮ* зогози^и(гегарепый лес)

вМенфавюегоквамг (негореяыйлес)

D Схлсн сеае?»«х:тснной зкеповнри (не горешй лес)

I f(fenpMB>oe пйише (не горегый лес)

мах кинь июль август

месяцы

ОВершаувалз(негсрешй лес)

Рис.2. Влагосодержание (мм) в профиле дерново-подзолистой почвы в горельнике и под лесным покровом летом 2010 года

Количество почвенной влаги было несколько выше на гари в межгривном понижении и на нижней трети склона юго-западной экс-

позиции в первой половине вегетации. Участки, покрытые лесом, оказались менее влажными. Минимум был зафиксирован на вершине увала под пологом леса.

В июле максимум почвенного увлажнения оказался в межгрив-ном понижении, как на участке, покрытым лесом, так и на гари. Минимальные влагозапасы наблюдались на вершине увала, как в верхнем 20-ти сантиметровом слое, так и в метровой почвенной толще. В августе характер распределения влажности остался прежним.

В целом, сопоставляя данные о распределении почвенной влаги под лесным покровом и гарях, мы можем сделать выводы:

- динамика влажности по почвенным горизонтам неоднородна. Наибольшее изменение в содержании влаги происходит в верхнем 20-ти сантиметровом слое.

- в начале вегетации, влажность почвы в межгривном понижении на гари близка к полной влагоемкости (20-30% от массы сухой почвы). Высокое влагосодержание сохраняется до июля (2008) включительно. В августе происходит иссушение почвенного профиля по всем вариантам. Особенно заметно это в низинной части рельефа.

Сезонная динамика запасов тепла в дерново-подзолистых почвах ленточных боров. Роль теплового режима для растений и биологических процессов определяется количеством тепла, влаги и воздуха в почве. Наилучший рост корневых систем растений наблюдается в интервале 10-25 °С. С увеличением количества тепла происходит быстрее размножение бактерий, повышается их биологическая активность, а, следовательно, переработка органического вещества, усиливается процесс газообмена и передвижения влаги в почве.

Глубина (0-20) Глубина (0-100)

220» -

Ш УЫфНб МО* 2000 -

ескшкемме^ар^ 1 |

830 1

» йынга гре». скяонэ г &зо 1

ю.ч>-зг{кзднзй I

эжшъит 'гарь-; 5 г 1

н увала ■}>*? и I

}ореяьайдео 200

О -

» Скзох сег«фз-

аоеючаой экспозе«*«*

|яг (Еорглыллес?

Меясгризиое еон*>хание

я Н греть оздокз юиэ-ззйадмэй

ЭКСПОЗИЦИИ (с<ч>ь}

а уаанз {ке

дараеыйлес}

в Склон северовосточной зкслозицык горелый лее)

Рис.3. Сумма температур в профиле дерново-подзолистой почвы в горельнике и под лесным покровом летом 2008 года

С целью выявления особенностей формирования теплового режима в дерново-подзолистых почвах северо-восточной части ленточных боров Алтайского края в зависимости от погодных условий, режима почвенной влажности и характера надпочвенного покрова нами в 2008 - 2010 годах проведены сопряженные наблюдения в горель-никах и под лесным покровом, не подвергнутым пирогенному воздействию.

Максимум температур отмечался на нижней трети склона юго-западной экспозиции, где отсутствует лесной покров, за исключением отдельных обгоревших и отмерших деревьев. Слабее прогревается почвенная толща в межгривном понижении. Наименьшая сумма суточных температур имеет место под лесным покровом, защищающим поверхность почвы от прямых солнечных лучей.

Глубина (0-20)

в Мазигрнеиэа

поншагииг^арь}

Глубина ¡0-100)

я Межгр«£«ое «снижение

В ИйЖИЗЯТр5Го «ЙЯВЙЗ

«хоузвазяой эаойозязув». (гарь) & Вершива увала |ве горелый лес)

я Склон се«е|>о-аоскгчяой экспюждо

август

помнюяеияе {яе ¡орыыйлес)

Рис.4. Сумма температур в профиле дерново-подзолистой почвы в горельнике и под лесным покровом (контроль) летом 2009 года

Набюдения за температурой почвы летом 2009 года, показали, что в целом характер распределения суточных температур остается неизменным. В то же время температура почвы под лесом на вершине увала оказалась максимальной.

Для наиболее полной характеристики теплофизического состояния дерново-подзолистой почвы на участках необходимо знание о величинах теплопотоков.

Тепловые потоки в почве. На поверхности почвы происходит превращение лучистой энергии солнца в тепловую. В почве и около почвенной зоне сосредоточена активная биологическая деятельность по преобразованию веществ, в особенности органических. В прогретом приземном слое воздуха особенно интенсивно развиваются зеле-

ные растения, для которых важно поддерживать оптимальный температурный режим дыхания (Гефке, 2008).

Под тепловым режимом понимают все явления теплоаккумуля-ции и теплопередачи в почве (Макарычев, 2005).

К факторам, влияющим на тепловой режим почвы, относятся атмосферный климат, растительный и другие покровы, а также стихийные бедствия и производственная деятельность человека.

Таблица 1

Теплопотоки (Р, Вт/м2) в профиле в дерново-подзолистой почвы

Период Тепловые потоки, Вт/м2

межгривное понижение (гарь) [ Нижняя треть склона юго-западной экспозиции (гарь) Вершина увала (не горелый лес) Склон северовосточной экспозиции (не горелый лес)

14-15.06.08 89,00 200,24 117,62 -

10-11.07.08 40,47 123,79 124,13 0,65

08-09.08.08 12,05 130,77 85,17 2,30

14-15.06.09 225,41 86,61 171,21 167,99

15-16.07.09 40,82 127,87 118,21 29,38

15-16.08.09 15,94 110,59 22,82 -44,18

Прочерк в ячейке (-) означает отсутствие данных

Данные о температуре почвенного профиля и знание теплофи-зических коэффициентов позволили определить тепловые потоки в почвенных профилях. О величинах тепловых потоков позволяют судить данные таблицы 1. В июне 2008 года наблюдалось интенсивное поступление тепла в почву, как на гарях, так и на вершине увала (не горелый лес). На нижней трети склона юго-западной экспозиции (гарь) значение теплопотоков в 2 раза больше, чем на вершине увала (не горелый лес).

В первой декаде июля 2008 года в межгривном понижении значения теплопотоков было гораздо ниже и составило 40,47737 Вт/м2, т.е. в 2-3 раза меньше, чем на вершине увала (не горелый лес) и на нижней трети склона юго-западной экспозиции (гарь). На склоне северо-восточной экспозиции в тени под нетронутым пожаром лесом теплопоток в июле 2008 года был равен 0,659 Вт/м2. В августе 2008 года динамика потока тепла в почве и его направление осталась неиз-

менной по отношению к июлю 2008 года, за исключением точки которая была расположена на вершине увала (не горелый лес), где тепловой поток составил 124,138 Вт/м2.

Наблюдения за тепловыми потоками были продолжены в 2009 году. В июне 2009 года наблюдается интенсивное поступление тепла в почву, максимальный теплопоток был в межгривном понижении на гари и составил 225,415 Вт/м2, на нижней трети склона юго-западной экспозиции (гарь) значение теплопотока было минимальным и составил 86,6183 Вт/м2.

Характер распределения теплопотоков в дерново-подзолистой почве в 2009 году по сравнению с 2008 годом в целом сохранился. Тепловые потоки на гарях выше, чем под сосновым лесом, который создает достаточно густую тень.

ГЛАВА VI. ВЛИЯНИЕ ГИДРОТЕРМИЧЕСКОГО РЕЖИМА ПОЧВ НА РАСТИТЕЛЬНЫЙ ПОКРОВ ГАРИ

Естественное возобновление сосны на гари. С целью изучения процессов естественного возобновления сосны на гари нами был выполнен учет подроста. На гари и под пологом леса были заложены учетные площадки в количестве 30 штук площадью 4 м2 (Победин-ский, 1965; Сукачев, Зонн, 1961).

Показатели подроста сосны обыкновенной:

- межгривное понижение (не горелый лес) - 26583 шт./га;

- межгривное понижение (гарь) - 1012 шт./га;

- нижняя треть склона юго-западной экспозиции (гарь) - 1750 шт./га;

- нижняя треть склона юго-западной экспозиции (не горелый лес) - 35583 шт./га;

- вершина гривы (не горелый лес) - 13167 шт./га;

- склон северо-восточной экспозиции (не горелый лес) - 16250 шт./га.

Согласно инструкции по сохранению подроста и молодняка возобновление признается неудовлетворительным, т.к. для данного типа леса подроста сосны должно быть не менее 3000 шт./га.

В связи с сильным задернением почвы и неудовлетворительным возобновлением главной породы необходимо назначить лесовосста-новительное мероприятие по созданию лесных культур на площади горельника.

Рис.5- Распределение подроста сосны обыкновенной на гари 2006 года по элементам рельефа

Из трафика видно, что на гари так и под пологом леса наиболее благоприятная по экологии возобновления сосны нижняя треть склона юго-западной экспозиции. Возможно, это связано с режимом увлажнения, прогревания дерново-подзолистых почв.

ВЫВОДЫ

1. Воздействие лесных пожаров приводит к негативному изменению физико-химических свойств почвы в верхнем корнеобитае-мом слое. При этом снижается содержание гумуса на гари на 3040 % по сравнению с естественным лесом.

2. Пожар приводит к разрыхлению верхнего слоя почвы. Плотность на горельнике в верхнем слое почвы варьирует от 868 кг/м3 до 1297 кг/м3, тогда как иод пологом леса плотность составляет от 1344 до 1451 кг/м3.

3. Особенности уплотнения дерново-подзолистой почвы определяют ее теплофизические свойства. Наименьшие значения объ-

Гв мелкий J ■ средний □ крупный

30000

10000

5000

межгривное межгривиое нижняя треть

понижение понижение склона ю.-з.

(не горелый (гарь) эксп. (гарь) лес)

нижняя треть вершина (не склон с.-в. склона ю.-з. горелый лес) эксп. (не

эксп. (не горелый лес)

горелый пес)

25000

20000

150004

емной теплоемкости имеет слабо уплотненный верхний 20-ти сантиметровый слой на горельнике от 0,397 до 1,484 106 Дж/(м3-К). В нижележащих слоях значение объемной теплоемкости составляет 1,718 - 1,781 106 Дж/(м3-К).

4. Весной, влажность почвы в межгривном понижении на гари близка к полной влагоемкости (20-30% от массы сухой почвы). Высокое влагосодержание сохраняется до июля (2008) включительно. В августе происходит иссушение почвенного профиля по всем вариантам. Особенно заметно это в низинной части рельефа. В зависимости от годичных климатических особенностях сохраняется высокое влагосодержание и в августе (2010).

5. В начале вегетации почва быстрей прогревается в нижней трети склона юго-западной экспозиции и на вершине, медленнее в межгривном понижении на гари. Так в нижней трети склона юго-западной экспозиции на гари теплопоток в июне составил 200 Вт/м2, тогда как в межгривном понижении только 89 Вт/м2. К августу потоки тепла в почву уменьшаются как на гари, так и под пологом леса.

6. Наиболее благоприятный гидротермический режим в дерново-подзолистых почвах северо-восточной части ленточных боров формируется в нижней трети склона юго-западной экспозиции под естественным древостоем.

7. Пожары ухудшают условия естественного возобновления сосны обыкновенной. Под пологом леса оно высокое (более 3000 шт./га), тогда как на гари в межгривном понижении и на нижней трети склона юго-западной экспозиции - 1012 и 1750 игг./га соответственно, что является неудовлетворительным для данного типа леса.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ

Восстановление ленточных боров в условиях Алтайского При-обья требует искусственного лесовозобновления с детальной проработкой технологических мероприятий.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ

1.Гречишников Д.А., Макарычев C.B., Малиновских A.A., Пастухов В.И. Гидротермический режим дерново-подзолистых почв после пожара в северо-восточной части ленточных боров Алтайского края. Вестник Алтайской науки, №1(8). Барнаул, 2010 г.

2.Макарычев C.B., Малиновских A.A., Пастухов В.И. Гидротермическнй режим дерново-подзолистых почв на гарях ленточных боров в условиях Алтайского приобья И Вестник АГАУ. - Барнаул: Издательство АГАУ, 2009. С. 28-33.

3.Макарычев C.B., Пастухов В.И., Малиновских A.A., Гречишников Д.А. Динамика экологических групп в зависимости от гидротермического режима дерново-подзолистых почв на гарях в северовосточной части ленточных боров Алтайского края. // Аграрная наука - сельскому хозяйству: сб. стат. V Междунар. науно-практ. конф. -Барнаул: Издательство АГАУ, 2009. С. 572 - 575.

4.Пастухов В.И. Гидротермический режим дерново-подзолистых почв на гарях ленточных боров в условиях Алтайского приобья. /Молодежь - Барнаулу / Материалы научно-ттракгической конференции. - Барнаул, 2009. - С. 30-33.

Подписано в печать 22.11.2010 г. Формат 60x84/16. Бумага для множительных аппаратов. Печать ризографная. Гарнитура «Times New Roman». Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № .

Издательство АГАУ 656049, г. Барнаул, пр. Красноармейский, 98 62-84-26

Содержание диссертации, кандидата сельскохозяйственных наук, Пастухов, Вадим Игоревич

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. ИСТОРИЯ ВОПРОСА И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1. Изученность проблемы.

1.2. Объект и методы исследования теплофизического состояния почв.

ГЛАВА П. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1. Рельеф и гидрология.

2.2. Климат.

2.3. Растительность.

2.4. Почва.

ГЛАВА 1П. БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ СОСНЫ

ОБЫКНОВЕННОЙ.

ГЛАВА IV. ЛЕСНЫЕ ПОЖАРЫ КАК ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКТОР.

4.1. Лесные пожары как экологический фактор.

4.2. Классификация лесных пожаров.

ГЛАВА V. СЕЗОННАЯ ДИНАМИКА ТЕПЛА И ВЛАГИ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ СЕВЕРО-ВОСТОЧНОЙ ЧАСТИ ЛЕНТОЧНЫХ БОРОВ АЛТАЙСКОГО КРАЯ.

5.1. Сезонная динамика запасов влаги в дерново-подзолистых почвах.

5.2. Сезонная динамика запасов тепла в дерново-подзолистых почвах.

5.3. Тепловые потоки в почве.

ГЛАВА VI. ВЛИЯНИЕ ГИДРОТЕРМИЧЕСКОГО РЕЖИМА ПОЧВ НА РАСТИТЕЛЬНЫЙ ПОКРОВ ГАРИ.

6.1. Естественное возобновление сосны на гари.

6.2. Динамика растительного покрова на гари.

6.3. Стадии пирогенной сукцессии.

ВЫВОДЫ.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Почвенно-физические условия возобновления сосны на гарях ленточных боров Алтайского Приобья"

Актуальность проблемы. Сохранение природы и улучшение окружающей среды является одним из приоритетных направлений деятельности государства и общества. Законодательство Российской Федерации провозглашает экологическую безопасность одним из значимых компонентов национальной безопасности Российской Федерации. На территории России основная часть лесных массивов сосредоточена в Сибири. В тоже время ленточные боры Алтая периодически подвергаются лесным пожарам, которые охватывают площади в десятки тысяч гектаров.

Так общая площадь, пройденная трансграничным пожаром на землях Ключевского лесничества 8-9 сентября, составила 12945 га, в том числе лесная - 10244 га. Пожаром повреждены лесные культуры на площади 2097,8 га.

Возникновение пожаров, их распространение и развитие во многом определяются погодными условиями. Лесные пожары являются одним из мощных природных факторов. Их влияние на лесообразовательные и лесовосстановительные процессы, вследствие значительных изменений экологических условий весьма велико.

В настоящее время участившиеся пожары оказывают серьезное воздействие на почвенный покров, растительность и животный мир.

Они приводят к значительному изменению экологических условий на гарях, и процесс лесовосстановления во многом зависит от напряженности этих постпирогенных факторов. Полное уничтожение огнем древесного яруса, травяного покрова, лесной подстилки способствует увеличению освещенности (Сапожников, 1976), а также увеличивает проникновение осадков в почву, изменяет ее температурный режим и приземного слоя воздуха (Фуряев, 1977).

Пожары возвращают сообщества на одну из более ранних стадий сукцессий. Сукцессионный процесс по скорости протекания зависит от рельефа местности. Направление сукцессионного процесса определяется гидротермическим режимом почв, солнечной инсоляцией, теплопотоками в почвенном профиле, а также степенью освещенности и другими почвенно-физическими факторами.

Ленточные боры Алтайского края занимают 16% от общей площади лесов края (Парамонов, Ишутин, 2001). Они являются своеобразной экосистемой, сформировавшейся в течение многих тысячелетий в экстремальных почвенно-климатических условиях. Но лесные пожары привели к образованию громадных площадей после пирогенных пустошей -горельников. При этом подрост при пожарах почти полностью погибает, и восстановительный процесс начинается с нуля. Восстановление сосны требует знания формирующихся запасов тепла и влаги на различных элементах мезорельефа. Поэтому комплексные исследования тепловых свойств и гидротермических режимов в профиле дерново-подзолистых почв в ленточных борах Алтайского края весьма актуальны.

Цель работы. Выявить особенности формирования теплофизических свойств и гидротермических режимов в дерново-подзолистых почвах и их влияние на возобновление сосны на гарях ленточных боров Алтайского Приобья.

Задачи исследований.

1) Изучить теплофизические характеристики дерново-подзолистых почв на различных элементах мезорельефа под естественным древостоем и на горельниках.

2) Изучить сезонную динамику тепла и влаги в почве горельников и под естественным лесным покровом. ч

3) Выявить влияние пожаров на физические и физико-химические свойства почв.

4) Выявить влияние постпирогенных факторов на возобновление сосны обыкновенной.

Объекты исследований.

Объектами исследования явились теплофизические свойства дерново-подзолистых почв и характер возобновления сосны на гарях.

Методы исследований.

Определение общих физических, водно-физических свойств дерново-подзолистых почв, а так же химические анализы проводились в соответствии с принятыми в почвоведении методиками (Аринушкина, 1962; Агрофизические методы исследования почв, 1966; Вадюнина, Корчагина, 1986).

Сопряженные полевые наблюдения за изменением влажности, температуры и тепловых потоков в дерново-подзолистой почве на местах гарей и на участках, где лес не тронутый пожаром проводились в 2008-2010 гг. различного рельефа (нижняя треть склона юго-западной экспозщщи, межгривное понижение, вершина увала, склон северо-восточной экспозиции). Измерения температуры почвы осуществлялись электронными термометрами, разработанными на кафедре физики АГАУ, влажность методом термостатной сушки, теплофизические характеристики импульсным методом плоского нагревателя.

Тепловые потоки в почве рассчитаны по известной методике (Руководство по градиентным., 1964) с учетом температурного поля, складывающегося в почве.

Научная новизна.

Впервые на дерново-подзолистых почвах ленточных боров проведено сопряженное изучение изменения экологических факторов (температура, влажность) и показателей встречаемости отдельных видов растений на гор ельниках и под естественным лесным покровом на различных элементах мезорельефа.

Установлено, что наиболее благоприятный гидротермический режим в дерново-подзолистых почвах северо-восточной части ленточных боров формируется в нижней трети склона юго-западной экспозиции под естественным древостоем.

Защищаемые положения.

Пожары являются причиной изменения гидротермического режима и теплофизического состояния дерново-подзолистых лесных почв.

Значения влажности, температуры и теплофизических показателей в профиле дерново-подзолистой почвы, а также их динамика в течение вегетации определяются элементами мезорельефа и экспозицией склонов.

Лесовозобновление сосны зависит от гидротермического режима почв, степени освещенности, рельефа.

Теоретическая и практическая значимость

Установлены закономерности изменения гидротермического режима в дерново-подзолистых почвах на горельниках и под естественным лесным покровом на различных элементах мезорельефа. Полученные результаты могут быть использованы в условиях Алтайского Приобья при организации мероприятий по восстановлению ленточных боров после пожаров.

Апробация работы.

Материалы диссертации докладывались: на научно - практической конференции института природообустройства среди аспирантов и молодых ученых, V Международной научно-практической конференции «Аграрная наука - сельскому хозяйству Алтая» (г. Барнаул, 2010 г.).

Публикации

Материалы диссертации опубликованы в 4 научных работах, в том числе одна, входящих в список ВАК РФ. Общий объем публикации составляет 1,69 п.л., в том числе доля автора составляет 1,01п.л.

Структура и объем.

Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов, списка литературы и приложений. Содержание работы изложено на 116 страницах печатного текста, включая 21 таблицу, 24 рисунка, 5 приложения. Список использованной литературы включает 166 наименования, в том числе 10 иностранных.