Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Почвенно-грунтовые условия произрастания и продуктивности сосновых и березовых древостоев Марийского Низменного Заволжья

ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Почвенно-грунтовые условия произрастания и продуктивности сосновых и березовых древостоев Марийского Низменного Заволжья"

РГ6 од о з ФЕБ 19Э8

На правах рукописи

ШАРАФУТДИНОВ Рафик Низамутдинович

ПОЧВЕННО- ГРУНТОВЫЕ УСЛОВИЯ ПРОИЗРАСТАНИЯ И ПРОДУКТИВНОСТИ СОСНОВЫХ И БЕРЕЗОВЫХ ДРЕВОСТОЕВ МАРИЙСКОГО НИЗМЕННОГО ЗАВОЛЖЬЯ

03.00.27 - Почвоведение

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва -1997

Работа выполнена на кафедре экологии, почвоведения и природопользования Марийского государственного

технического университета

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук.

академик МАНВЩ, профессор А.Х.Газизуллин

Официальные оппоненты: доктор биологических наук,

профессор Л.О.Карпачевскии

кандидат биологических наук О.Ю.Баранова

Ведущая организация: Комитет по лесному хозяйству

Республики Марий Эл

Защита состоится " 1 199/ г. в_час. в

аудитории/г,^ на заседании диссертационого совета по почвоведению К 053.05.16 в МГУ им. М.В.Ломоносова

С диссертацией можно познакомиться в библиотеке факультета почвоведения МГУ им. М.В.Ломоносова

Отзывы на реферат в двух экземплярах с заверенными подписями просим присылать ученому секретарю диссертационного Совета по адресу. 119899, Москва, Воробьевы горы, МГУ, факультет почвоведения, ученому секретарю диссертационного Совета

Автореферат разослан" /й. " 199<Г г.

Ученый секретарь диссертационного Совета:

Г.В.Мотузова

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Рациональное использования лесных зе-(ель как источника лесосырьевых ресурсов и как эдафической ос-говы биоразнообразия фитоценозов является важнейшей задачей ;есного хозяйства.

Вопросы повышения продуктивности лесов, эффективности гспользования земель государственного лесного фонда являются ак-уальными и для лесных предприятий Республики Марий )л(лесистость 52%), расположенной в зоне смешанных лесов Сред-[его Поволжья.

Задача количественного выражения связей параметров лесных ¡асаждений и почвенно-грунтовых признаков является сложной, рудоемкой, но необходимой и перспективной. Это позволит адек-1атно прогнозировать состав и продуктивность формирующихся на >азных почвах лесных биогеоценозов, создавать банки эдафических физнаков биоразнообразия лесных экосистем, региональный ка-[астр типов леса. Такие исследования помогут разработать научно юоснованный комплекс лесоводственных мероприятий, дифферен-шрованных соответственно лесорастительным условиям региона и шправленных на повышение продуктивности и устойчивости лес-1ых биогеоценозов.

Цели и задача исследований Лесорастительный эффект почв сак одного из лесообразовательных факторов неоднозначен в виду ¡ложности и разнообразия их строения, свойств и генезиса. Поэтому шред нами стояла цель выбрать из определенной совокупности ючвенно-грунтовых признаков наиболее информативные в отноше-ши продуктивности древостоев - в нашем случае сосновых и бере-ювых лесов Марийской Низменной равнины. Для достижения этой ¡ели решались следующие задачи:

- исследование почв и почвенного покрова, типичного для изу-шемого района с составлением почвенной карты;

- выделение литолого-экологических рядов(далее ЛЭР) на ос-юве изучения разнообразия гранулометрического состава материн-жих и подстилающих почвообразуюших пород;

- взаимосвязь между собой почвенных признаков по ЛЭР;

- изучение продуктивности сосновых и березовых древостоев в тоеделах основных типов почв по ЛЭР;

- многофакторный корреляционно-регрессионный анализ зав] симости показателей продуктивности древостоев от почвенных пр] знаков с выявлением наиболее значимых из них;

- проверка полученных моделей множественной регрессии г данным почвенного картирования;

Работа выполнялась на кафедре лесного почвоведения, мели! рации почв и экологии Марийского государственного техническо1 университета в период с 1983 по 1996 год в соответствии с плано научных исследований факультета лесного хозяйства и экологи университета и по заявке Нижегородского лесоустроительжм предприятия.

Научная новизна работы. Составлена почвенная карта на р; нее неисследованные лесные площади с выявлением закономерн< стей формирования почв в зависимости от почвообразующих фа! торов . Впервые по изучаемому району дана количественная оценк продуктивности сосновых и березовых древостоев по совокупност почвенных признаков с выявлением более информативных из ни по отдельным ЛЭР или по их комбинациям. Рассмотрен частны случай совокупного влияния на высоту сосновых древостоев рельс фа и глубины залегания погребенного гумусового горизонта. Выя1 лена связь почвенных признаков отдельно по корнеобитаемым слс ям почв (0- см и см) продуктивность сосняков. Влияни литогенетических признаков на продуктивность древостоев поч изучено также и в культурах сосны в условиях нормального увлаж нения и с незначительным проявлением гидроморфизма, а такж при гидрологической разгрузке.

Практическое значение. Исследования зависимости продук тивности древостоев в методическом плане выявили целесообраз ность выделения экологически детерминированных рядов почв дл получения регрессионных моделей с лучшей адекватностью. Выяв лена роль полевых исследований почв для предварительной оценю морфологических признаков почв для прогноза продуктивное древостоев. Количественно определено влияние глубины залегаю щих под песками суглинисто - супесчаных прослоек на продуктов ность культур сосны в разных условиях дренированности.

Внедрение. Данные исследований были использованы при ле соустройстве Звениговского лесхоза на почвенно-типологическо! основе и других лесных предприятий Республики Марий Эл.

Литогенетические особенности почв вместе с их классификационной принадлежностью нашли отражение в картографической индексации почвенных выделов(контуров), значительно детализируя литолого-эдафическую приуроченность лесных насаждений к условиям местопроизрастания. Данные исследований используются также в учебном процессе. Обоснованность и достоверность результатов работы0 иТ'неббходимого и достаточного объема экспериментального материала с математической обработкой данных и оценкой критериев достоверности.

Положения, выдвигаемые па защиту. 1. Почвенный покров района исследований с картографическим его обоснованием. 2. Выделение литоло: э-экологических рядов почв с целью прогноза продуктивности древостоев по совокупности значимых почвенно-грунтовых признаков и экологической роли каждого их них. 3. Оценка прогностических возможностей для продуктивности древостоев признаков почв связанных больше с литогенезом (БЬ -факторы) и биоценотической составляющей почвообразования (БВ -факторы).

Апробация. Основные результаты исследований, материалы, вошедшие в диссертацию, докладывались и обсуждались на научных конференциях Марийского государственного технического университета(1985,1996), конференциях и семинарах молодых уче-ных(Йошкар-Ола,1992; Москва, 1993,1994), международных, всероссийских, зональных конференциях, симпозиу-мах(Москва,1991,1993,Воронеж,1993), II Всероссийском съезде почвоведов(Москва, 1996).

Публикации, личный вклад. По теме диссертации опубликовано 11 работ. Автору принадлежит постановка проблемы, разработка программы исследований, сбор и анализ экспериментального материала, формулирование выводов, составление и редактирование почвенных карт, разработка рекомендаций.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, списка литературы и приложений.

Общий объем диссертации 175 страниц, в том числе 23 таблиц, 7 рисунков. Список литературы включает 235 наименований, в т.ч. 15 на иностранных языках.

СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ

Анализ литературы показывает наличие тесной зависимости продуктивности древестоев от почвенных показателей: характера почвообразующей породы, гранулометрического состава, рельефа, увлажнения почв, их генезиса, кислотности, степени развития гумусового горизонта, биологической активности, содержания питательных элементов, зольности торфа (Крюденер,1916; Морозов,1931; Высоцкий, 1931; Зайцев,1931; Ремезов 1949; Ахромейко,1950; Тка-ченко,1955; Гаель,1952; Молчанов, 1953; ЗоннД954; Смирнов,1955, Вомперский, 1960; Абатуров, 1962; Миронов,1965; Бобровник,1965; Судницын,1966; Тимофеев, 1969; Копосов,1969; Фирсова,1969; Вай-чис, Ругкаускас,1971; Гаель, СудницынД971; Зеликов, 1971; Орлов, Кошельков, 1971; Верхоланцева,1972; Плешиков,1978; Мигуно-ва,1979; Воронков,1980; Газизуллин, Смирнов, 1980; Газизуллин, Хасашшш,1980; Чертов, 1981; Казимиров, Зеланд и др., 1986; Пре-снухин,1986; Газизуллин,1993; Газизуллин, Сабиров, Нагимов,1996 и др.)

С применением методов математического моделирования установлена зависимость продуктивности древостоев от глубины залегания грунтовых вод и их проточности (Преснухин и др.,1986); строения почвенного профиля, кислотности, запасов подвижных форм фосфора и калия (Зеланд, Иванов, 1986). от гранулометрического состава почв, рН, гумуса, содержания фосфора и калия (Родин, Мерзленко,1974); от запасов физической глины, гумуса, азота и фосфора (Плешиков,1975); в зависимости от мощности подстилки и торфа, содержания физической глины, "индекса плодородия", т.е. произведения общего азота на сумму обменных оснований рассчитаны модели продуктивности лесных земель О.Г. Чертовым (1981) и т.д..

С привлечением ряда показателей почв и применением современных математических методов обработки материалов выявлены закономерности продуктивности древостоев также в работах В.Д.Зеликова (1971); М.В.Вайчиса (1976); К.Б.Лосицкого, В.С.Чуенкова (1980) и в работах ряда шведских исследовате-лей(ТгоеёБ8оп,1964 и др.)

В нашем регионе вопросы связи продуктивности древостоев с лесорастительными отмечены в работах ряда ученых (Гуман, 1911; Глухов, 1934; Смирнов, 1955,1968; Патрикеев, 1977; Сабиров, 1991).

Более подробные исследования взаимосвязи почв и лесной растительности региона проведены исследователями под руководством проф. А.Х.Газизуллина (1978, 1980,1995,1996). Однако модели продуктивности древостоев в зависимости от почвенно-экологических показателей почв не разрабатывались. Решению этой задачи в конкретном физико-географическом районе - в Марийском Низменном Заволжье - посвящена данная работа.

В диссертации изложены результаты исследований, проведенных автором с 1983 по 1996 г.г.

ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ

Район исследований занимает левобережную часть р.Волги в среднем ее течении в пределах центральной и западной частей Республики Марий Эл: Д и Ш надпойменной террасы террасы р.Волги, плакорные возвышения - останцы Марийско-Вятского увала, ден-тральная часть песчаной низменности, а также поймы рек Волги и Илети.

Климат на исследуемой территории умеренно-континентальный. Годовая амплитуда среднемесячных температур воздуха равна 31,0-32,5 °С. Средняя сумма температур выше 10 °С с севера на юг меняется в пределах 1900 - 2200 °С. Продолжительность периода с температурой выше Ю °С составляет 124-137 дней.

Территория республики относится к зоне неустойчивого увлажнения. За год в среднем выпадает 475-550 мм осадков. Гидротермический коэффициент Значительно изменяется: от 0.3-0.4 до 2.6-2.7. В 90% случаев этот показатель обеспечивается значением 0.7, а значение 2.6 бывает значительно реже - 5%. Поэтому чаще бывают периоды засушливые, чем условия избыточного увлажнения.

Район исследований имеет равнинный характер. Современные формы рельефа связаны с геологической историей и с геологическим строением местности. Поверхность сложена преимущественно четвертичными отложениями и современными наносами: песками, супесями, суглинками и глинами. Общая мощность флювиогляци-альных и древнеаллювиальных отложений доходагг до 100 м и более. Молодым аллювием сложены низкие поймы р.Волги и ее притоков.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

Объектами изучения являются сосновые почвы и почвенный покров, также лесные фитоценозы Звениговского лесхоза Республики Марий Эл. Кроме того, для выявления связей продуктивности с почвенно-экологическими условиями были исследованы сосновые и березовые биогеоценозы Звениговского и ряда других лесхозов. По заказу Ульяновской лесоустроительной экспедиции, в целях устройства лесов лесхоза на почвенно-типологической основе, было проведено картирование почв Звениговского лесхоза на площади 23500 га. Почвенная съемка проводилась в соответствии с общепринятой методикой(Почвенная съемка, 1959) и с использованием аэрофотоснимков. На территории Нуктужского лесничества, площадью 8680 га было проведено детальное картирование почв в масштабе 1:10000 с закладкой полных разрезов, полуям и прикопок. В других лесничествах проводилось упрощенное картирование почв с закладкой полных разрезов лишь на пробных площадях, на остальной территории почва каждого таксационного выдела характеризовалась серией полуям или прикопок. Одновременно с закладкой почвенных разрезов и прикопок проводилась детальная характеристика лесово-дственно-таксационных характеристик с указанием насаждений, типов леса и лесорастительных условий.

В ходе почвенных исследований было заложено 272 полных почвенных разреза, 3800 полуям и прикопок. Из 15 почвенных разреза взяты образцы почв с ненарушенным сложением для определения плотности сложения и других физических свойств. Из 72 почвенных разреза были взяты образцы почв для анализа физико-химических свойств почв по общепринятым в почвоведении методикам (Аринушкина,1970; Вадюнина, Корчагина, 1986). Всего проанализировано 952 образца почв с общим числом анализов - 7790.

С целью выявления связи продуктивности древостоев с почвенно-экологическими условиями в сосновых и березовых биогеоценозах в соответствии с ГОСТ 16 - 128 - 70 заложено 90 пробных площадей(59 ПП в сосняках и 31 в березняках) в Звениговском, Учебно-опытном, Куярском, Медведевском лесхозах и Государственном природном национальном парке "Марий Чодыра" Республики Марий Эл. Исследовали лесоводственно-таксационные показатели насаждений и почвенный покров.

С целью выявления связей почв и лесных насаждений в Звени--овском лесхозе был проложен профиль по разным геоморфологи-1еским элементам поверхностей, сложенных разными почвообра-¡ующими породами. Профиль охватывает террасы и поймы рек Золгн и Илеть.

Для оценки зависимости продуктивности древостоев от Примаков, отражающих свойства почв были взяты их. средние высоты в одном из вариантов параллельно и верхние высоты), а также балла продуктивности древостоев (ВВ для средних высот и ВВ\У для зерхних высот древостоев) по нумерованной бонитировочной шкале шассов на основе шкалы классов бонитета М.М. Орлова, имеющую буквенные индексы и потому неудобную для кореляционно-эегрессионного анализа. Число нумерованных классов бонитета [баллов продуктивности) равное 41 и масштаб их соответствия классам шкалы М.М. Орлова - 4 : 1 до V класса бонитета и 1 : 3 для Уа и Уб классов бонитета (Ощесоюзные нормативы для таксации |}есов, 1990). Параметр ё2Ь, используемый для расчетов продуктивности фитомассы древостоев в качестве аргумента(Семечкина, 1978, Усольцев, Крикун, 1983), в наших исследованиях выступает как признак результативный.

Анализируемым величинам были присвоены значения переменных: х1 - возраст древостоев (лет); содержание физической глины в гор. А1(А1А2)(%)- х2, в залегающих под верхними отложениями почвообразующих и подстилающих пород - хЗ; х4 - глубина смены отложений (0.5 м - 1 балл, для песков однородных отсчет сверху - 10 баллов, ; х5 - сумма разностей содержания физической глины (%) между почвенными горизонтами до глубины горизонта В (50-70 см); хб - степень гидроморфизма почв( по оглеению в баллах: 1 - его отсутствие, 2 - признаки слабой глееватости, 3 - значительное, но несплошное, 4 - наличие сплошного глеевого горизонта). Содержание для верхних горизонтов почв: х7 - гумуса (%); х8 -потеря при прокаливании (ППП)(%); х9 - гидролизуемого азота (мг/100 г почв); хЮ - подвижного фосфора (мг/100 г почв); х11 -обменного калия (мг/100 г почв); х12 - - емкость катионного обме-на(ЕКО) (мг-экв/100 г почв); х13 - гигроскопической влаги (%); х14 - физической глины в слое 0-15 и 15 - 30 см(%); х15 - ила в слое 0 -15 и 15-30 см (%). х16 - мощность лесной подстилки, АО (см); х!7 -мощность АО+ДОА1 (см); х18 - отношение А1/АО;

Признаки, наиболее стабильные в биогеоценозах: х2, хЗ, х4, х5, хб, х14, х15, больше связанные с литологической характеристикой почвы и грунтов, обозначили символом БЬ. Показатели х7 - х12, х16 - х18, больше связанные с биологической составляющей биогеоценозов, обозначили через БВ. Разделение на БЬ и БВ мы делаем для определения Дифференцированного факторного влияния на продуктивность древостоев и для решения задачи использования данных морфологического описания почв при составлении зависимости от этих данных показателей продуктивности древостоев.

Использовались многофакторные регрессионные уравнения по методу наименьших квадратов с оценкой их адекватности по величине критерия Фишера (Р), значимости коэффициентов регрессии по I - критерию(Стьюдента), а информационная ценность по коэффициенту детерминации Л2 Определялся также и вклад отдельных почвенных признаков во влиянии на показатели продуктивности.

Статистическая обработка данных и корреляционно-регрессионный анализ проводились с использованием стандартного пакета "БТАТСКАИСБ".

ПОЧВЫ И ПОЧВЕННЫЙ ПОКРОВ

В данной главе характеризуются почвы района исследований, с отображением почвенного покрова Звениговского лесхоза.

Литология почвообразующих пород в пределах региона разнообразна: от слоистых иловатых и опесчаненных суглинков луговой поймы до рыхлых песков прилегающих к бровке частей П и Ш террас. Причем на последней из них песчаные отложения слагают поверхность на удалении до 50-60 км от бровки Ш террасы. Повышенные водораздельные поверхности сверху прикрыты пылеватым суглинком, по габитусу приближающимся к лессовидному, образуя чехол на песчаных отложениях. Вглубь террасы к водораздельной части происходит смена супесей на пылеватые легкие суглинки, причем чем ближе к наиболее повышенным плакорным участкам, ?ем мощность их становится больше(до 2.5-3 м). Но под суглинками нередко также наблюдается слоистость. Неоднородность литологии почвообразующих пород предопределяет и соответствующее разнообразие почв и лесных фитоценозов.

и

В почвенном покрове рассматриваемого района исследования преобладают почвы подзолистого типа и легкого гранулометрического состава. Под хвойными и хвойно-лиственными фитоценозами на песчано-супесчаных отложениях(в условиях временного избыточного увлажнения) развиты подзолистые почвы следующего профиля: АО-А1А2-А2 А2В-В-С. На бедных кварцевых древнеаллюви-альиых песках слабоподзолистые почвы содержат: физическую гли-ну(%) - 3.80 ±1.53, гумус(%) - 1.21 ± 0.45, имеют сильнокислую ре-акцию(рН сол. - 3.90 ± 0.19, с преобладанием в обменной кислотно-сти(мг/экв.) А13+" - 0.44 ± 0.094 над Н + - О. г о ± 0.0042, низкую емкость катионного обмена(мгУэкв.) - 6.6 ±0.81 и насыщенность основаниями (%) - 48 ± 12.

На более тяжелых породах и на многочленных отложениях формируются дерново-подзолистые почвы, разной степени оподзо-ленности и с выраженным гумусовым горизонтом: АО-А1-А1А2-А2-А2В-В-С(Д). Дериово-сильноподзолистые на легких крупнопылева-тых покровных: суглинках имеют следующие физико-химические харахтеристнхи( в тех же размерностях): физическая глина - 20.73 ± 1.57, гумус - 322 ± 0.89, менее кислая реакция (рН сол. - 4.45 ± 0.29), обменные А13+ - 0.52 ± 0.42 и Н + - Оо$-± о сек, более значительная емкость катионного обмена - 20,5 ± 2.97, степень насыщенности 58 ± 10.2.

На возвышенных участках и при хорошей аэрации на песчано-супесчаных отложениях выделены нами бурые лесные почвы. В отличие от песчаных подзолистых и дерново-подзолистых почв в верхних горизонтах дифференциация по элювиально-иллювиальному типу менее выражена.

При составлении почвенной карты, в соответствии с задачами лесоустройства, вместе с выделением почвенных контуров была отражена литолого-стратиграфическая характеристика отложений в пределах почвенного профиля (2.0 - 2.5 м) и представлена в виде формулы, отражающей номер почвенного выдела в пределах квартала, его площадь, шифры почвенной разности, гранулометрического состава верхнего горизонта, глубины смены почвообразующих пород, гранулометрического состава сменяющих пород, а также многочленное™. Подробная литогенетическая стратиграфия почвообразующих пород с количественными параметрами была введена с целью учета характера неоднородности отложений для прогноза

роста и продуктивности древесных пород и в целом лесных насаждений.

Для характеристики почвенного покрова по почвенно - экологическому профилю провели почвенно- лесоводственное исследование по маршруту протяженностью 22 км с северо-востока на юго-запад от поймы р.йлеть до поймы р.Волги через террасно-водораздельные участки. Маршрут отличается пестротой почв и лесных насаждений в силу орографического разнообразия и литоге-нетической неоднородности поверхностных отложений.

Выявлены зависимости между почвенными показателями в ряду исследованных почв.

В сосновых биогеоценозах содержание ryMyca(GUM) в песчаных почвах коррелирует как с литогенными показателями^)- содержанием физической глины в верхнем горизонте(х2) и в сменяющих пески отложениях(хЗ), глубиной их смены, степенью дрениро-ванности(хб), а также с биогеоценотическими(8В) - мощностью лесной подстилки и гор.А0А1(х18) в уравнениях(1) - (3): GUM = 2.14 + 0.0198 xl - 2.240/ хЗ - 0.801 хб; F = 15.2; R 2 = 0.78 (1); В этом уравнении на долю возраста как факторного признака с положительным знаком приходится 44.2 %, а с отрицательным - на оглее-ние (18.4 %) и гранулометрический состав подстилающих более тяжелых пород, но в виде обратной функции (15.2 %), т.е. его увеличение повышает содержание гумуса как результативного признака.

Примерно на том же уровне критериев значимости и достоверности содержание гумуса аппроксимируется уравнением: GUM = 5.35 - 0.235 х4 - 1.275 хб; F = 16.1; R2 = 0.70; (2) Здесь уже нет возраста как фактора, а осталось оглеение с наибольшим влиянием в уравнении (59.8%), добавилась глубина смены пород х4 (9.9 %). GUM = 1.31 + 0.143x2 - 0.25x18; F = 14.6; R 2 = 0.79 (3). Значительный вклад в данном уравнении приходится на параметр xl 8 - 61.6 %. Оказался значимым и гранулометрический состав верхнего горизонта (в диапазоне пески рыхлые - связные).

Зависимость емкости катионного обмена от гумуса большую адекватность имеет в уравнении: ЕКО = 1.46 х7 0 62; F = 10.0; R 2 = 0.40; (4).

Березовые биогеоценозы ( в отличие от сосновых) имеют более широкий ареал естественных условий местопроизрастания). Разнообразие почв под ними связано с пестротой почвообразующих пород. Надо при этом учитывать, что березняки как производные

леса, влияя на характер биогеоценогичеекопо круговорота химических элементов, меняют почвенные параметры (в первую очередь в верхних горизонтах) почв предшествовавших коренных фитоцено-зов.

По коэффициентам корреляции между почвенными признаками по всей лиголого-экологической совокупности было выявлено, что содержание фосфора в верхнем горизонте почв березовых насаждений со временем уменьшается (г = - 0.30), а по более экологическим узким рядам это проявляется более отчетливо. На глубоких песках снижается содержание гумуса(г =- 0.54), емкость катнонного обмена (г = - 0.44), уменьшается потеря при прокаливании(г = -0.41). Обращает внимание значительная положительная связь между емкостью катнонного обмена с содержанием гумуса и с потерей при прокаливании. Последний показатель очень тесно связан с гумусои" (г = 0.96).

ПОЧВЕННО-ГРУНТОВЫЕ ПРИЗНАКИ И ПРОДУКТИВНОСТЬ СОСНОВЫХ ДРЕВОСТОЕВ

1.На однородных песках 1.1.Сосняки естественного происхождения. Сосняки мшисто - лишайниковые в типе лесорастительных условий Аг- А] на слабоподзолистых почвах(Ш.5 класс бонггста-19 баллов),сосняки брусничные в типе лесорастительных услов. Л А2 на бурых лесных почвах(П.7-И.0 классы бонитета - 22-25 баллов), сосняки мшистые в ТЛУ Аг на сильноподзолистых грунтово-глеевых почвах (11.5 класс бонитета - 25 баллов).

1.2.Культуры сосны. Классы бонитета находятся в пределах 11.0 - ГУ.2. В возрасте 30-64 года на рыхлых песках средний балл -22, на связных - 30. В условиях грунтовой глееватости на средне- и сильноподзолистых почвах продуктивность повышается на 7-9 баллов.

2.Ряд пески - пески и супеси на многочленных породах.

2.1 .Сосняки естественного происхождения.

а).Продуктивность резко увеличивается при смене песков по почвенному профилю на более тяжелые по гранулометрическому составу слоистые однородные отложения в пределах 90 - ПО см в сосняках липовых в типе лесорастительных условий С 2 на дерново-сильноподзолистых грунтово (контактно) - глеевзтых почвах (1а. 7 класс бонитета) и сосняке черничном (влажном) в типе лесорастн

Табл.

Лесотипологическая группировка почв и продуктивность сосновых древостоев(По материалам картирования почв и лесоустройства Звениговского лесхоза)

Типы леса Типы лесо-расгитель. Условий Индекс почв Гранулометрический состав Классы бонитета вв

С.лш.-мш. а, п!* рп** П1.5 19

А,-А: п, рп П.6 22

* С.бр. а2 п2 рп п.2 24

а2 п, СП 1.4 27

а2 п,д СП 1.7-1.1 26-29

а2 П,3" рп 1а.5 32

а2 П," рп 16.7 34

С.м.-ч. а, Пзда рп 1.5 27

С.ч. Аз Пзот СП 1.0 30

С.ч. Аз Пз^ рп 1а.0 33

Аз ГЬ" рп ПО 25

а, п," рп 1.0 30

С.дм. а3-А4 Пгт рп П.7 22

С.м.-бр. вг п,д рп 1.0-1а.0 29-31

Вг п2 рп 17-1.0 26-29

в2 П2Д сп/рп - 0.5м 1а.5 31

в2 п,д рп/мч Га.0 33

в2 п,д рп/ с - 0.9 м 16.3 36

в2 п,д сп/ рп -0.5м 1в.5 39

С.м.-ч. В, п," СП 1а.7 30

В, Пг" сп/ мч-1 .Ом 1а.5 31

В, П,^ рп/мч-1.5 м 1а. 5 31

Вз П|ДГТ сп/мч- 1.5 м 1а.2 32

С.лк. В2 п,д рп 1.4-1.0 27-29

С лп. С2 п,д сп/ рп- 1.0 м 1а.7 30

С лп. С2 п,д сп/ рп - 1.5 м 16.7 34

Условные обозначения: * - почвы подзолистые - Д дерново-юдзолистые - Пд , тофянисто-подзолисто - глеевые - Пгт; индексы: ¡ижние -1,2,3 - степень олодзоленности; верхние - гг - грунтовоглее-шые, иг - иллювиально- гумусово-железистые; **-рп - рыхлый пе-;ок, сп - связный песок, с - супесь, мч- многочленные отложения, / -гередование отложений.

гельных условий А 2 - А 3 на сильноподзолистой грунтово-глеевоЙ ючве с залегающими на глубине 95 см оглеенных суглинках (1а.7 спасс бонитета).

В уравнениях множественной регрессии для Нср.и ВВ значимость БЬ - факторов по сравнению с 8В оказалась выше и имеет вид:

Нср.= 30.43 + 0.000493 х12 - 0.865 х4 - 2.538 хб; (5)

Р = 62.5; И2 = 0.94;

Параметр продуктивности древостоев как и параметр ВВ от почвенно-грунтовых признаков больше зависит от гранулометрического состава залегающих под песками отложений, а из биогеоце-нотических признаков - от содержания гумуса.

б).Повышение поглотительной способности почв (ЕКО) в слое 0 - 15 см в основном за счет органического вещества положительно связано с продуктивностью сосняков, содержание физический глины и ила такой связи не имеют. В слое 15 -30 см ЕКО и содержание ила (в большей степени) имеют обратную корреляцию с продуктивностью древостоев. Гранулометрический состав залегающих под песками отложений оказался наиболее значимым (72.5%-факторный вклад):

Нср = 35.5 - 8.865/хЗ+ 1.901 х12 - 33.305 х13 - 2.694 х15 (6) Б = 31.1; Я2 = 0.98;

2.2.Кулыуры сосны. Классы бонитета( баллы) в зависимости от глубины залегающих более тяжелых отложений и возраста культур 1) 16.3 - 16.5(35 - 36 баллов) для глубин 50 - 70 см, 31-52 года; наличие оглеения снижает продуктивность до 32-29 баллов; 2)1.2 -1.3(28 баллов) для глубин 95-120 см, 32-74 года; 3) 1.5(27 баллов) для глубин 150-160 см, 67-76 лет .

Продуктивность (ВВ) от глубины смены пород имеет вид: ВВ = 4.436 х4-0226; (7)

Р = 208.1; Л2 =0.94;

Глубина залегающих отложений, см

Рис.

Зависимость баллов продуктивности культур сосны на песчаных почвах от глубины залегания супесчано-суглинистых отложений:

■ — по средним высотам древостоев;

--------по верхним высотам древостоев.

2.3.В однофакторных регрессиях средние высоты сосновых ультур по сравнению с верхними высотами по степени адекватно-ги выглядят несколько предпочтительнее, т.е. оказываются более уствительными к глубине залегающих под песками пород(рис ).

2.4.В отличие от средних высот, изменение которых больше бусловлено глубиной смены литологичсски различающихся пород, редние диаметры древостоев больше отзываются на изменение ранулометрического состава залегающих сверху песков.

3. На супесях и суглинках с подстилающими песками.

3.1.Культуры сосны. В возрасте 24 лет на легких суглинках, юстилаемых на глубине 1.5 - 2 м рыхлыми песками, достигают 16 м ысоты( 41 балл). На временно переувлажненных на почвах с кон-актным оглееннем продуктивность - 32 балла.

На супесчаных и связнопесчаны.ч почвах(подстилаемые рых-1ыми песками на глубине 1.0-1.5 м), продуктивность существенно 1е различается(35 баллов).

Гранулометрический состав верхнего слоя отложений в урав->ениях регрессии предпочтительнее глубины подстилающих песков с соответствующими коэффициентами детерминации 0.81 и 0.59).

4.Влияние снижения уровня грунтовых вод на продуктивность сультур сосны на песках различного сложениях.

4.1.Только на 0.5 класса бонитета отличаются одновозрпстные древостой пробных площадей с гидрологической разгрузкоГ на од-адродных песках в типах лесорастительных условий А и ( а вср-дине бугра.) и Аз (по признакам реликтового оглеення - в нижней «асти склона катены), хотя разница в продуктивности между сравниваемыми гигротопами в наших бнокллмагических условиях эбычно наблюдается в пределах II - Ш классов боннте-га(Чистяков,Денисов,1958). С увеличением глубины залегания отложений или тонких прослоек супесей и суглинков осушение приводит к снижению продуктивности сосновых древостоев, а при более близком их залегании к поверхности почвы в условиях достаточной дренированности - к повышению продуктивности древостоев по отношению к исходным условиям.

4.2.Сравнение продуктивности сосновых культур на песках с неоднородной литологией с реликтовым оглееннем и без признаков оглеения выявило более плавное снижение баллов продуктивности древостоев на почвах с реликтовым оглееннем с глубиной залегающих отложений по сравнению с почвами без оглеения.

5.Взаимосвязь параметров продуктивности Нср. и d2h от бал лов ВВ с поправкой на возраст) показывает, что для их прогноз возможно применение наряду с почвенно-грунтовых признакам! нумерованной бонитетной шкалы(ВВ)

Н = 7.52 + 0.00650 xl ВВ + 0.0046 ВВ2; (8)

F= 1119.3; R2 = 0.99;

d2h = - 1.398-104 - 169.925 xl + 1279.928 ВВ - 23.817 ВВ2

+ 0.00658(xl -ВВ)2; (9

F = 564.1;R2= 0.99;

6.Индицирующие качества почвенно-экологических признака по всем обсуждаемым параметрам продуктивности сосновых древо стоев в лесных культурах проявляются лучше по адекватности мо дедей и точности аппроксимации результирующих признаков.

ПОЧВЕННО-ГРУНТОВЫЕ ПРИЗНАКИ И ПРОДУКТИВНОСТЬ БЕРЕЗОВЫХ ДРЕВОСТОЕВ

Пробные площади были сруппированы по вариантам литоло го-экологического разнообразия для выявления в них значимосп факторных показателей. Решался также методический вопрос < ценности почвенно-картографических данных для прогноза продук тив поста древостоев.

1 .Гранулометрический состав верхних горизонтов(х2) почв вс всех вариантах имеет положительную корреляцию с баллами (ВВ) В общей совокупности ЛЭР г = 0.53. Наименьшая корреляция выяв лена в почвах, сложенных сверху легкими суглинками и супесями (: = 0.32), т.е. продуктивность березняков незначительно реагирует нг содержание физической глины в данном интервале градации гранулометрического состава по сравнению с почвами на песках глубо ких(0.65) и сменяемых тяжелыми породами(0.73). .

2. Гранулометрический состав- залегающих под верхними отложениями пород(хЗ) в почвах разных ЛЭР имеет роль иногда даж< более значимую, чем гранулометрический состав верхнего горизонта почв, который является одной из эдафических характеристик инвентаризационных работах по лесоустройству в сочетании с влажностью. Положительно сказывается также утяжеление гранулометрического состава в толще ил лювиального горизонта на глубоки? песках(г = 0.67). Более существенным оно оказывается, как и ожидалось, при подстилании супесями и суглинками(г = 0.77). Значи-

ельно слабее связь продуктивности березняков с параметром хЗ в алегающих под суглинками песках(г = 0.30).

Для всей совокупности ЛЭР параметры х2 и хЗ достаточно довлетворительно описывают продуктивность березовых древосто-в:

Нср. =42.35 - 1235.4/xl + 14656.6/xlz +0.0888 х2 + + 0.0428x3-3.539/хЗ; (10)

F = 86.0; R2 = 0.96;

3. Глубина смены литологически различающихся пород(х4) во >сех ЛЭР оказалась малозначимой в силу небольшой разницы(не 5олее 1 метра) глубин залегающих под песками более тяжелых погод и мощности залегающих на песках суглинков (1-2 метра). Но в нгголого-экологическом ряду, где исследованные участки связаны >бщим геолого-геоморфологическим происхождением, роль глуби-ш подстилающих пород в диапазоне в среднем от полуметра до 1вух метров оказалась значимой(г = - 54), т.е. с более близким их за-теганием продуктивность березовых древостоев повышается.

4 Текстурная дифференциация верхней части профиля ючв(х5) коррелирует с баллами(ВВ) только в варианте с глубокими 1есками(г = 0.65). Параметр х5 отразил, скорее всего, значение водного режима корнеобитаемой толщи тем,что усиление текстурной неоднородности, способствуя в какой-то мере сохранению влаги, положительно отозвалось на продуктивности.

5. Оглеение почв(хб) (со слабой и средней степенью пироморфизма) литолоп» - экологическая значимость которого для продуктивности древостоев положительно проявилась на глубоких песках в условиях залегания водоупоров на глубине более 2.5 метров(г = 0.59). При смене песков более тяжелыми породами усиление ог-леения в них имеет обратную связь с продуктивностью(г = - 0.63).

6.Физико-химические показатели(х7 - х12). Связь их с баллами продуктивности проверялись по верхним, наиболее насыщенным корнями горизонтам почв(А1, А1А2) Корреляция во всех совокупностях ЛЭР не обнаружена. На глубоких песках отмечена отрицательная корреляция с содержанием в гор. А1 подвижного фосфора(г = - 0.42) при более сильной положительной корреляционной связи с гранулометрическим составом, что объясняется усиленной иммобилизацией фосфора как биофильного элемента в условиях его дефицита на бедном однородном песчаном субстрате.

Более разнообразные связи продуктивности березовых древо стоев оказались в ЛЭР - пески на суглинках. Биогеоценотическо обогащение биофильными элементами за счет суглинков верхнеп горизонта песков привело к наличию корреляционных связей пока зателя ВВ со всеми физико-химическими показателями, но бол© слабыми в сравнении с литогенетическими признаками. Слабозна чимая отрицательная связь с гумусом(х7) и потерей при прокалива нии(х8) связываем с невозможностью их аккумуляции в хорош< аэрируемых условиях в верхнем горизонте песчаных отложений, гд< происходит усиленное "сгорание" (минерализация) органического вещества. ЕКО, подвижные фосфор и калий положительно корелли руют с продуктивностью. В уравнении (П)параметру х12 принад лежит 75% факторного влияния:

ВВ= 33.35 - 1.68 x7 +0.59x12; (11)

Р= 10.3; Я2= 0.77;

Связь легкогидролизуемого азота(х9) с продуктивностью бе резняков по сравнению с другими показателями оказалась слабее( = 0.42), а в регрессионых связях проявляется при исключении и: уравнений более значимых почвенно-грунтовых признаков.

ВЫВОДЫ

1 Марийское низменное Заволжье представлено подзолистыми бурыми супесчаными и песчаными почвами под сосняками на прео€ ладаюшей части территории и под темнохвойными породами в мес та\ залегания покровных суглинков или на песках и супесях с близ ким расположением к поверхности более тяжелых по гранулометри ческому составу пород. Значительная часть почв указанных литолс гических разновидностей почв заняты производными березняками искусственными лесами(преимущественно культурами сосны). 2. На почвах легкого гранулометрического состава(пески - легки суглинки) катионообменные свойства почв больше зависят от орга нического вещества, чем от содержания в верхнем горизонте физн ческой глины. Количество гумуса, емкость поглощения возрастают уменьшением глубины залегания более тяжелых по гранулометриче скому составу пород и увеличением в них содержания физическо глины(под березняками даже в песках, перекрытых супесчанс суглинистыми отложениями) Под сосняками оглеение отрицатель

но сказывается на гумусонакоплении и поглотительную способность почв.

3. Взаимосвязь почвенных признаков лучше аппроксимируются уравнениями множественной регрессии. Корреляционно-регрессионнный анализ показал большую зависимость ценогенетиче-ских свойств в в верхних горизонтах почв от литогенетических характеристик сложения почвенных профилей.

Существенным в изменении свойств почв оказался фактор времени в диапазоне рассматриваемых возрастов сосновых и березовых древо-стоев.

4. Наиболее вероятные классы бонитета для древесных пород: сосна -1- II, ель - 1а -1, лиственница - 1а -1, береза - 1а - II, осина - 1а - II, липа - II - III.

5. Сравнение литогенетических(унаследованных от горной породы) и ценогенетических (созданных современным биогеоценозом) свойств почв показало, что продуктивность сосновых древостоев естественного и искусственного происхождения в большей степени прямо связана с литогенетичекими свойствами : гранулометрическим составом верхнего (А1 ,А1 А2 ) и особенно залегающих на глубине 4070см или иллювиального горизонта, или более тяжелой по гранулометрическому составу породы, глубиною залегания грунтовых вод, в меньшей степени с ценогенетическими. содержанием гумуса, обменного калия, обратно коррелирует с содержанием подвижного фосфора, мощностью лесной подстилки^ А0А1. Глубина погребенного гумусового горизонта на песчаных почвах(палеоиенотический признак) сказывается на продуктивности сосновых древостоев так же как и подстилающие более тяжелые породы. Гидрологическая разгрузка в зависимости от сложения почвенной толщи может сказываться на продуктивности сосняков противоложным образом.

6. Продуктивность березовых древостоев возрастает с утяжелением гранулометрического состава как в верхнем горизонте , так и на глубине 40 - 70 см, с близостью более тяжелых слоев. Близкое залегание фунтовых вод отрицательно влияет на рост берез, а положительно сказывается незначительная грунтовая глееватость на песчаных почвах. Отсутствует связь или отмечается обратная зависимость между продуктивностью березняков и почвенными свойствами: гумусиро-ванностью, емкостью поглощающего комплекса.

7. Составлены уравнения регрессии для сосновых ( естественного и искусственного происхождения ) и березовых древостоев от литоге-

нетических и ценогенетических свойств почв для прогнозирование их продуктивности с учетом их возрастов (в многофакгорных уравнениях для расчета средних высот древостоев и параметра продуктивности ё2Ь) и без временного фактора в некоторых из уравнений по вычислению нумерованных класссов бонитета ( баллов ВВ). Лу-шие значения адекватности и точности аппроксимации для прогнозирования продуктивности древостоев имеют также уравнения множественной регрессии. От отдельных параметров (глубина залегания более тяжелых слоев) баллы продуктивности хорошо аппроксимируются уравнением степенной функции.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Обобщая материалы почвенного картирования, данные физико-химических свойств почв и корреляционно-регрессионного анализа следует отметить сложность генезиса почв в районе исследований.

Была выявлена целесообразность разделения свойств почв на литогенетические и ценогенетические для изучения их взаимосвязей и зависимости(как экологической функции) от них продуктивности лесообразующих пород деревьев.

Показана возможность предварительного прогнозирования продуктивности сосновых и березовых древостоев по почвенно-грунтовым признакам на удовлетворительном уровне по материалам почвенного картирования и лесоустройства. Но использование лабо-раторно-аналитических данных делают этот прогноз более точным и объективным.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы.

1. Газизуллин А.Х., Захаров К.К., Шарафутдинов Р.Н. О взаимосвязи почв и лесной растительности в условиях песчаной низменной равнины Марийской АССР // МарПИ. - Йошкар-Ола, 1987. - с. 33 - 37. - Деп. в ЦНТИ лесхоз, 6.05.87, N0 538-ЛХ.

2. Газизуллин А.Х.,Сабиров А.Т., Шарафутдинов Р.Н. Роль почвенных исследований в оптимизации воспроизводства лесных ресурсов II Охрана лесных экосистем и рациональное использование

лесных ресурсов. Тез. докл. Всесоюзн. науч - техн. конф - М МЛТИ, 1991-ч. 2.-е. 93 -94.

3. Шарафутдинов Р.Н., Газизуллин А.Х. Почвенно-грунтовые условия произрастания высокопроизводительных сосняков Марийского Низменного Заволжья !! Проблемы лесной биогеоценологии и методологические основы их решения : Тез докл. Йошкар-Ола.

1992.-с. 27.

4. Курбанов Э.А., Шарафутдинов Р.Н., Сабиров А.Т. Сосняки 1 и 2 класса бонитета: динамика фитомассы крон и почвенно-грунтовые условия // Проблемы лесной биогеоценологии и методологические основы их решения . Тез. докл. Йошкар-Ола, 1992. - с. 143.

5. Шарафутдинов Р.Н. Факторы почвообразования и почвенный покров Звениговского мехлесхоза Республики Марий Эл // Современные проблемы почвоведения и экологии : Тез. докл. школы -семинара молодых ученых факультета почвоведения МГУ, М.- 1993. -с. 98.

6 Газизуллин А.Х., Шарафутдинов Р.Н. Влияние рельефа на рост сосны на песчаных почвах в условиях Среднего Поволжья И Сосновые леса России в системе многоцелевого использования : Тез. докл. к Всероссийск. конф. Воронеж, 1993, - ч. 1. - с. 38 - 40.

7. Черных В.Л., Шарафутдинов Р.Н. Производительность сосновых древостоев в связи с почвенно - грунтовыми условие :и Марийского Низменного Заволжья // Сосновые леса России в системе многоцелевого использования : Тез. докл. к Всероссийск. конф. Воронеж, 1993.-ч. 1.-е. 112-113.

8. Шарафутдинов Р.Н., Газизуллин А.Х., Черных В.Л. Лесо-растительные условия в структуре почвенного покрова / Тр. Между-народн. симпозиума РАСХН Почв, инсг.-т им. В.В.Докучаева . М..

1993.-е. 142-144.

9. Шарафутдинов Р.Н., Газизуллин А.Х., Черных В.Л. Почвенно - грунтовые условия произрастания и продуктивность березняков Марийского Низменного Заволжья // Современные проблемы почвоведения и экологии : Тез. докл. конф. молодых ученых ф-та почвоведения МГУ, М'-?с.'1бЗ.

10. Шарафутдинов Р.Н. Влияние изменений почвенно-грунтовых условий на рост культур сосны боровой террасы Марийского Низменного Заволжья // Тез. докл. И Всероссийск. съезда почвоведов при РАН, С.-Пб. 19%. с. 201 - 202.