Лесорастительные свойства почв русской равнины.
На правах рукописи
Беляев Анатолий Борисович
ЛЕСОРАСТИТЕЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ПОЧВ
РУССКОЙ РАВНИНЫ
.
Специальность 03.02.13 – почвоведение
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
доктора биологических наук
- ВОРОНЕЖ- 2010
Работа выполнена в Воронежском государственном университете
Научный консультант: доктор биологических наук, профессор
Щеглов Дмитрий Иванович
Официальные оппоненты:
доктор биологических наук, профессор Владыченский Алекасандр Сергеевич
доктор биологических наук, профессор Надежкин Сергей Михайлович
доктор сельскохозяйственных наук, Масютенко Нина Петровна
Ведущая организация: Воронежская государственная лесотехническая академия
Защита состоится « 04 » июня 2010г. в 13 часов на заседании диссертационного совета Д 212.038.02 при Воронежском государственном университете по адресу: 394006, г. Воронеж, Университетская пл., 1
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского государственного университета
Автореферат разослан « » апреля 2010 г.
Ученый секретарь диссертационного совета Брехова Л.И.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Важнейшей проблемой современного почвоведения является сохранение и повышение плодородия почв. Особенно актуальна она в новых экономических условиях, при использовании природных ресурсов негосударственными структурами. Отсутствие необходимых научных знаний, стремление получить максимальную прибыль приводит к развитию многих негативных явлений. Наибольший ущерб состоянию почвенного покрова наносят эрозия, агрогенная деградация, потери почв в процессе добычи полезных ископаемых открытым способом, загрязнение и захламление почв отходами производства, радионуклидами, подкисление, экстенсивное, нерациональное земледелие и т.п.
Многие негативные процессы обусловлены слабой облесенностью пашни и в целом территорий в основных земледельческих районах страны. Это ухудшает экологические условия существования не только культурных растений, но и человека. Увеличение площади лесных насаждений, их качественного состава, повышение продуктивности и устойчивости можно добиться методами лесной генетики, селекции и особенно интродукции.
Введение новых высокопродуктивных, устойчивых интродуцентов способствовало бы решению многих вопросов возрождения лесного хозяйства России. К настоящему времени разработаны основные принципы и методы массового введения экзотов в лесную культуру, определены искусственные ареалы перспективных видов [Болотов, 1992]. При этом особо важной, на наш взгляд, является проблема взаимосвязи и взаимовлияния интродуцированных (и местных) древесных пород со средой произрастания, где на первый план выступают почвенные и климатические условия. Эти вопросы приобрели теоретический и практический интерес с момента постановки этой проблемы В. В. Докучаевым, С. И. Коржинским и ее развития в трудах многих исследователей. Особую актуальность эта проблема представляет для малолесных лесостепных и степных регионов.
Необходимо выяснить, какое влияние интродуцированные древесные породы оказывают на свойства почв, их плодородие и эволюцию. Как экологические, главным образом почвенные и климатические, условия влияют на их продуктивность? Какие интродуцированные древесные породы окажутся наиболее устойчивыми, долговечными и продуктивными в тех или иных условиях среды? На решение этих и других вопросов была направлена наша работа.
Цель исследований. Изучить лесорастительные свойства почв различных природных зон европейской части России и сопредельных государств и разработать почвенно-кли-матические модели оптимального роста и продуктивности лесообразующих интродуцированных (и местных) древесных пород при выращивании их в новых условиях местообитания.
Задачи исследований:
1. Изучить особенности почвообразования и почвенный покров территорий первич-ной интродукции лесообразующих древесных пород европейской части России и сопредельных государств;
2. Провести детальные исследования морфологии, морфометрии, физических, химических, физико-химических и агрохимических свойств почв изучаемых районов;
3. Bыявить влияние различных интродуцированных и местных древесных пород на морфологию, состав, свойства и плодородие почв;
4. Дать дифференцированную количественную оценку относительного плодородия
исследуемых почв по генетическим горизонтам, корнеобитаемому слою (КОС) и почвенному профилю в целом;
5. Исследовать характер и направленность многолетней динамики состава и свойств почв под древесными насаждениями разного состава и возраста;
6. Выявить влияние состава, свойств почв и основных климатических показателей на продуктивность интродуцированных и местных древесных пород;
7. Применительно к интродуцированным древесным породам усовершенствовать метод листового анализа с установлением оптимального видового «генотипического отношения» элементов и на его основе определить уровни продуктивности различных древесных пород;
8. Разработать и верифицировать почвенно-климатические модели оптимального роста и продуктивности интродуцированных древесных пород как основы широкого внедрения их в лесное хозяйство и полезащитное лесоразведение;
9. Разработать современную агротехнику и технологию размножения экзотов для создания плантационных культур интродуцированных древесных пород.
Научная новизна.
1. Впервые на европейской части России и сопредельных государств по единой методике проведено детальное комплексное исследование почвенного покрова территорий произрастания интродуцированных и местных древесных пород и выявлено их влияние на состав, свойства и плодородие почв.
2. На основе комплекса показателей: физических, химических и физико-химических впервые дана дифференцированная количественная оценка относительного плодородия почв по генетическим горизонтам, корнеобитаемому слою и почвенному профилю в целом.
3. В различных почвенно-климатических зонах страны впервые установлено влияние различных интродуцированных древесных пород на морфологию, строение, состав, свойства и плодородие зональных типов почв.
4. Модифицирован и адаптирован применительно к лесному хозяйству метод оценки биологической продуктивности древесных пород по листовой диагностике с расчетом соотношения основных элементов питания в хвое (листьях).
5. Впервые разработаны и верифицированы почвенно-климатические модели оптимального роста и максимальной продуктивности различных древесных пород, являющиеся основой интродукции различных видов экзотов и лесоразведения в целом.
Практическая значимость.
1. Результаты исследований вошли составной частью в отраслевую методику интродукции лесообразующих пород и рекомендации для массового внедрения в лесные культуры европейской части страны высокопродуктивных и устойчивых интродуцированных хвойных и лиственных древесных пород.
2. Разработана агротехника и технология выращивания посадочного материала интродуцированных древесных пород с закрытой корневой системой, ускоряющая сроки выращивания на 1-1,5 года и позволяющая проводить лесокультурные работы в любое время вегетационного периода.
3. По разработанной технологии заложены авторские семенные и прививочные плантации из интродуцентов, которые используются для создания плантаций первого и второго поколений.
4. Основные теоретические положения и выводы используются при чтении лекций по курсу «Почвоведение», «Мелиорация почв», спецкурсу «Основы лесомелиорации»,
при проведении лабораторных занятий, учебных и производственных практик, при выполнении курсовых и дипломных работ на биолого-почвенном факультете Воронежского госуниверситета.
Защищаемые положения. На защиту выносятся следующие положения:
1. Характер и степень влияния различных интродуцированных древесных пород на состав и свойства почв определяются их биологическими особенностями и зональными условиями почвообразования.
2. Интродуцированные и местные древесные породы в возрасте от 25 до 160 лет в большинстве своем оказывают благоприятное воздействие на физические, химические и физико-химические свойства почв, являются важным фактором сохранения почвенного покрова и повышения плодородия почв особенно в условиях сильнорасчлененного рельефа, не меняя направления почвообразовательного процесса.
3. Оптимальный рост, развитие и максимальная продуктивность на уровне I-Ia класса бонитета перспективных лесообразующих интродуцированных древесных пород определяются комплексом почвенно-климатических факторов, количественно описываемых информационно-логическими моделями.
4. Технология и агротехника выращивания стандартного посадочного материала интродуцированных древесных пород с закрытой корневой системой ускоряет сроки выращивания на 1-1,5 года и позволяет проводить лесокультурные работы в любое время вегетационного периода.
Апробация работы. Результаты исследований по теме диссертации были доложены на V cъезде Всесоюзного общества почвоведов (Минск, 1977), представлены на Всесоюзной научно-практической конференции «Средоулучшающая роль леса» (Новосибирск, 1984), на Всесоюзном научно-практическом совещании «Защитное лесоразведение и повышение плодородия почвы» (Новосибирск-Красноярск, 1986), на научно-практических конференциях в г.г. Воронеж (1980, 1996), Киров (1993), Орел (1994), Курск (2004), на II cъезде общества почвоведов (Санкт-Петербург, 1996), на Международных конференциях «Проблемы антропогенного почвообразования» (Москва, 1997), на II съезде белорусского общества почвоведов (Минск, 2001), на Международной конференции «Черноземы Центральной России: генезис, география, эволюция» (Воронеж, 2004), на Всероссийской конференции «Черноземы России: экологическое состояние и современные почвенные процессы» (Воронеж, 2006), ежегодных научных конференциях Воронежского госуниверситета.
Публикации. Всего опубликовано 129 работ. По теме диссертации опубликовано 63 работы, в том числе 1 коллективная монография, 9 работ опубликовано в изданиях, соответствующих списку ВАК.
Автору принадлежит постановка проблемы, разработка программы и методики исследований, проведение экспедиционных и аналитических работ, обработка данных с применением статистического и информационно-логического методов анализа, а также интерпретация полученных результатов, их теоретическое обобщение, формулировка выводов и теоретических положений.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав и выводов, изложена на 317 страницах текста, содержит 67 таблиц, 23 рисунка, 13 приложений. Список литературных источников включает 265 наименований, в том числе 33 зарубежных.
Объекты и методы исследований. Фактический материал диссертационной работы, получен в результате многолетних исследований проведенных автором в 1971-2000 г.г. при выполнении тематики отдела интродукции Центрального научно-исследователь-ского института лесной генетики и селекции (ЦНИИЛГиС) и Воронежского госуниверситета: по темам «З–3» Гослесхоза СССР раздел 6 (1971-1975 г) № Государственной регистрации (ГР) 72027404; по теме IV.5, раздел 3 (1976-1980 г.г.), № ГР 76057041; по теме IV.4.1, раздел 2 (1981-1985 г.г.), № ГР 81049776; по теме № 404(406) (1984-1985 г.г.) № ГР 01. 84.0 087041; НИЧ-3064.
Изучение лесорастительных свойств почв проводилось в районах первичной интродукции лесообразующих древесных пород на европейской части России, от ее западных границ до районов Поволжья, и сопредельных государств: Украины, Беларуси, Эстонии.
На территории России исследования проводились в Калининградской, Брянской, Во-ронежской, Курской, Липецкой, Нижегородской, Орловской, Пензенской областях, республиках Карелия, Марий Эл и Татарстан; в Украине – Волынской, Житомирской, Закарпатской, Ивано-Франковской, Киевской, Кировоградской, Львовской, Хмельницкой, Черниговской областях, Беларуси - Брестской, Минской областях и в Эстонии – в Таллинском и Тартуском лесхозах.
Исследование влияния древесных пород на свойства почв проводили под насаждениями интродуцированных (сосна веймутовая - Pinus strobes, сосна Муррея – P. Мurrayana, псевдотсуга Мензиса - Pseudotsuga menziesii, дуб северный - Quercus borealis), и местных экологически замещаемых лесообразующих древесных пород (сосна обыкновенная - Pinus sylvestris, ель обыкновенная – Picea abies, дуб черешчатый – Quercus robur), а также под 25 видами хвойных и лиственных пород. На экспериментальных пробных площадях (более 150) почвенный покров изучался в соответствии с требованиями к проведению биогеоценологических исследований. Многие вопросы решались на стационарах: в ФГУП – дендропарк ЛОСС (Липецкая обл.), в Моховском лесхозе (Орловская обл.) и при выполнении хоздоговорных работ с Орловским управлением лесного хозяйства. На стационарах почвенный покров изучался, кроме вышеотмеченных видов, также под кедром сибирским – Pinus sibirica, лиственницей Сукачева – Larix Sukaczewii, пихтой белокорой – Abies nephrolepis и еще под 23 видами.
Для выяснения возможности выращивания интродуцированных древесных пород в новых экологических условиях использовали метод комплексных экспедиционных ис-следований в пределах искусственных ареалов лесных интродуцентов, ограниченных условиями наилучшего или преимущественного роста. Суть даного подхода состоит не только в описании и диагностике почв по единой методике, но и в дифференцированном определении относительного плодородия почв, исходя из количественных показателей в пересчете на глубину генетических горизонтов, профиля в целом, слоя 0-100 см, и корнеобитаемого слоя (КОС). За КОС принималась суммарная мощность горизонтов, в которых размещалось более 90% корневых систем древесных пород. Это позволило более точно определить уровень почвенного плодородия, по сравнению с общеизвестными методами оценки по типам леса или типам условий произрастания. Тем более, что классическая оценка по этим показателям не всегда корректна по отношению к экзотам.
Почвенные разрезы закладывались на глубину проникновения основной массы корней (1,5-2 м) на расстоянии 1 м от ствола среднего дерева под хорошо развитой кроной [Карпачевский, 1972]. В почвенных разрезах проводилось детальное исследование морфологии, морфометрии, структурно-агрегатного состава, плотности сложения по всему профилю, отбирались образцы почвы, подстилка и хвоя текущего года. Для листовой диагностики пищевого режима отбор хвои (листьев) выполняли в соответствии с имеющимися рекомендациями [Шумаков, Федорова, 1970; Richards, 1972 и др.]. Исследование физических, физико-химических и химических свойств почв и растений проводили общепринятыми методами.
Для выявления влияния состава и свойств почв на продуктивность насаждений рассчитывались средневзвешенные показатели в зависимости от определенного объема почвы: гор. А (1*), А+В (АВ) (2*), КОС (3*), слой 0-100 см (4*) и почвенный профиль в целом (5*). Полученный полевой и лабораторный материал анализировался методами статистического и информационно-логического анализов [Дмитриев, 1972; Пузаченко и др., 1969]. Первоначально по каждому фактору рассчитывали статистические показатели, которые давали представление об изменчивости каждого признака и служили основанием для их ранжирования.
Каждый из почвенно-климатических показателей (факторов) по своему влиянию оценивался по коэффициенту эффективности передачи информации (КЭПИ) к изучаемому явлению, за показатель которого брался средний прирост по запасу в чистых культурах при полноте сомкнутости 1,0. Для установления связей между почвенно-климатичес-кими показателями и продуктивностью составлялись таблицы условных распределений (более 600). Предварительно значения ранжировались. Величина шага в каждом случае определялась природой признака, способом его определения и описания, числом наблюдений, максимальным и минимальным значениями в пределах доверительных границ, рассчитанных статистическим методом. Для каждого ранга факторов выделяли специфические ранги приростов и определяли при каком состоянии факторов средний прирост будет наивысшим, средним или наименьшим. При анализе учитывали 23 почвенных и климатических показателя (фактора) по каждому изучаемому виду древесных пород. Для выявления связи продуктивности насаждений с почвенно-климатическими условиями были приняты определенные интервалы значимости КЭПИ (табл. 1).
Таблица 1
Степень значимости коэффициента эффективности передачи информации (КЭПИ)
| КЭПИ | Степень связи |
| < 0,100 | Очень низкая |
| 0,100-0,150 | Низкая |
| 0,150-0,200 | Средняя |
| 0,200-0,300 | Повышенная |
| 0,300-0,400 | Высокая |
| > 0,400 | Очень высокая |
Все почвенные и климатические факторы для удобства обработки обозначались буквами латинского алфавита и арабскими цифрами: a(1) – мощность горизонтов (слоев), см; b(2) – содержание частиц физической глины (<0,01 мм), %; c(3) – плотность сложения, г/см3; d(4) – общая порозность, %; e(5) – полевая влажность, %; f(6) – гумус, %; g(7) – рНКСl; h(8) – сумма обменных катионов, ммоль/100 г почвы; i(9) – степень насыщенности основаниями, %; j(10) – запасы валового гумуса в слое 0-100 см, т/га; k(11) – запасы обменного калия, кг/га; l(12) – запасы подвижного фосфора, кг/га; m(13) – запасы обменных катионов, т/га;
n(1) – осадки за год, мм; o(2) – осадки за вегетационный период, мм; p(3) – относительная влажность воздуха, %; q(4) – гидротермический коэффициент (ГТК); r(5) – сумма активных температур выше +10 ОС; s(6) – вегетационный период, дни; t(7) – безморозный период, дни; u(8) – среднегодовая температура, ОС; y(9) – абсолютный минимум температуры, ОС; z(10) – абсолютный максимум температуры, ОС.
Для прогнозирования прироста различных древесных пород и продуктивности насаждений в целом в зависимости от почвенно-климатической ситуации конкретной территории нами использовалась методика нечеткого моделирования [Леденева, 2006], сог-
ласно которой зависимость значений выходной переменной (величина прироста) от набора входных переменных формализуется с помощью понятия нечеткой системы.
Примечание: 1*-5* - порядковый номер горизонтов (слоев); a(1)-m(13) почвенные и n(1)-z(10) климатические показатели, учитываемые в логических формулах и графиках.
На основе данных диссертационного исследования были сформированы базы правил для интродуцированных (и местных) древесных пород, позволяющие по конкретным значениям почвенно-климатических показателей прогнозировать объем прироста насаждений, а также определять значения этих показателей, при которых ожидается высокий, средний или низкий объем прироста конкретной породы.
Благодарности. Автор выражает глубокую признательность и благодарность научному консультанту проф. Д. И. Щеглову за внимание, активную поддержку, критические замечания и советы. Автор выражает искреннюю благодарность доктору с/х наук Н. А. Болотову, сотрудникам кафедры почвоведения и управления земельными ресурсами за доброжелательность и отзывчивость и в их числе особенно доценту Л. И. Бреховой, профессорам Н. А. Протасовой, Н. В. Безлер, аспиранту Р. Ю. Макарову. Особую благодарность выражаю профессору кафедры математических методов исследования операций Т. М. Леденевой и аспиранту этой кафедры А. В. Дубинину за разработку программы базы правил для моделирования в математическом пакете MatLab.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ почвообразования
НА Русской равнинЕ
Полевые почвенные исследования в районах произрастания интродуцентов были проведены в различных природных зонах европейской части России и сопредельных государств в пределах Русской равнины в бореальном и суббореальном поясах.
Орографические условия. Территория Русской равнины подразделяется на две геоморфологические части: 1) северную, моренную и 2) южную, внеморенную. В северной части среди ледниково-аккумулятивных форм рельефа хорошо сохранились конечноморенные гряды, а местами камовые холмы и озы, песчаные зандры, озерно-ледниковые заболоченные низины, сложенные ленточными глинами и тонкими песками.
Южная внеморенная часть на юго-западе представлена сглаженными формами рельефа с многочисленными степными западинами; на северо-востоке менее изрезанной оврагами равниной.
Климатические особенности. Огромная площадь Русской равнины обусловливает различие климатичесих условий в разных ее пунктах. В северо-западной ее части она находится под воздействием Атлантического океана и его теплого Северо-Атлантического течения. При движении на юго-восток континентальность климата усиливается. Равнинный рельеф благоприятствует свободному обмену воздушными массами между удаленными друг от друга районами. В то же время наличие возвышенностей и низменностей на Русской равнине обусловливает некоторое различие климатических условий и между ними.
Растительный покров. В бореальном поясе в пределах Русской равнины РФ [Карта…,1983] исследования проводились в Европейско-Западно-Сибирской таежно-лесной почвенно-биоклиматической области с Карельской, Прибалтийской, Белорусской и Среднерусской провинциями. В суббореальном поясе – 1) западной буроземно-лесной с Закарпатской провинцией и 2) центральной лесостепной и степной с Северо-Украинс-кой, Окско-Донской, Южнорусской и Нижнекамской провинциями.
В среднетаежной Карельской провинции распространены сосновые, реже еловые леса
с лишайниковым или моховым покровом и с ягодными кустарничками;
В южно-таежной Прибалтийской провинции растительность представлена хвойно-широколиственными лесами из дуба и ели, а на песчаных почвах – сосной. Также распространены граб и бук. Широко представлены интродуцированные породы особенно в Калининградской области РФ.
Растительный покров Белорусской провинции представлен елово-широколиственны-ми лесами с участием ели, дуба, граба и местами бука, в подлеске – лещины.
Среднерусская южно-таежная провинция занимает территорию распространения еловых южно-таежных лесов (на востоке с пихтой (A. sibirica)) с подлеском из липы (Tilia cordata), березы (Betula pendula), рябины (Sorbus aucuparia) и черемухи (Padus avium), а также смешанных широколиственно-еловых лесов с дубом (Q. robur) и липой (T. cordata) и подлеском из клена (Acer platanoides), лещины (Corylus avellana) и других пород; покров мохово-травяной и травяной; много вторичных березняков. На песчаных почвах распространены массивы сосновых и сосново-дубовых лесов.
Целинная растительность Северо-Украинской провинции в прошлом была представлена чередованием лесных участков со степными. В настоящее время состоит в основном из широколиственных лесов с наличием в них граба (Carpinus betulis) и бука (Fagus sylvatica). Буковые, буково-грабовые и дубово-грабовые леса значительно распространены в Прикарпатье. На низменной равнине Полесья преобладают сложные сосняки.
В Окско-Донской провинции в прошлом росли в основном широколиственные леса из дуба с ясенем, ильмом, липой и кленом, с разнообразным подлеском и разнотравьем, а на Приволжской возвышенности, кроме того, и сосновые леса. Сосновые леса развиваются на песчаных почвах по правобережью и левобережью рек. На Тамбовской равнине преобладали разнотравно-луговые степи.
Лесная растительность в Закарпатской провинции представлена буковыми, буково-еловыми, пихтово-еловыми и еловыми мертвопокровными лесами. В провинции сосредоточены крупные массивы интродуцентов.
Почвообразующие породы. Огромная по протяженности территория Русской равнины характеризуется разнообразием почвообразующих пород, что обусловливает большую неоднородность почвенного покрова.
В северо-западной части Русской равнины в Прибалтийской провинции толщи осадочных пород перекрыты ледниковыми наносами, в основном валунными суглинками, реже супесями. Приморские террасы и местами низменные равнины сложены мощными песками. Многие породы карбонатные, но имеются и бескарбонатные, особенно в западных районах.
В Карельской, Прибалтийской и Белорусской провинциях почвообразующими породами являются пески (террасовые, зандровые), сильно валунные пески и супеси (моренные), каменистые породы и местами серые шунгитовые сланцы, карбонатная и бескарбонатная морена, лессовидные легкие суглинки. В Прибалтийской и Белорусской провинциях широко представлены двучленные или даже многочленные отложения.
В Среднерусской провинции почвообразующими породами являются различные суг-
линки, супеси и пески. По возвышенным равнинам (Валдайская, Смоленско-Московская и др.) распространены пылеватые тяжелые и средние суглинки. Остальная территория занята плоскими пониженными равнинами, сложенными с поверхности песками и супесями на небольшой глубине (менее 1 м), подстилаемыми моренными суглинками.
В Северо-Украинской провинции четвертичные отложения представлены лессовидными суглинками. В Украинском Полесье четвертичный покров сложен водно-леднико-выми наносами: супесями, частично песками, лессовидными суглинками, а также мореной; последняя является чаще подстилающей породой. Почвообразующими породами почти повсеместно являются лессовидные суглинки и лесс, на террасах Днепра и его притоков - древнеаллювиальные пески.
На территория Окско-Донской и Южнорусской провинций ледниковые отложения представлены в основном бурыми валунными суглинками и глинами, покрывающими водораздельные пространства, а также песками. Валунные глины и суглинки сверху прикрыты небольшой толщей безвалунных лессовидных покровных суглинков. Они являются основной материнской породой, на которой сформировался современный почвенный покров ЦЧР [Адерихин, Тихова, 1963]. В юго-западной части ЦЧР широкое распространение получили лесс и лессовидные суглинки, богатые карбонатами. На Тамбовской равнине среди отложений, перекрывающих морену, наиболее распространены покровные глины и суглинки. Северная часть Приволжской возвышенности сложена элювиально-делювиальными продуктами выветривания коренных пород. Поверхность Мокша-Цнинской равнины прикрыта четвертичными наносами: более пониженные участки песками, а повышенные – пылеватыми суглинками.
Характеристика почвенного покрова районов исследования
Почвенный покров в различных природных зонах Русской равнины под интродуцированными древесными породами представлен типами и подтиами почв, различных по своему генезису, степени выраженности почвообразовательного процесса и уровню плодородия: песчаными слабо,-среднегуму-сированными почвами, дерновыми, дерново-подзолистыми, бурыми лесными (равнинными и горными), светло-серыми и темно-серыми лесными почвами, выщелоченными, типичными и обыкновенными черноземами.
В каждом генетическом типе почв проявляются определенные, только ему одному свойственные сочетания элементарных почвенных процессов (ЭПП), «хотя отдельные ЭПП могут и должны встречаться (в разных сочетаниях) в различных … типах почв» [Розанов, 1983].
Физические свойства почв.
Гранулометрический состав. Лесные культуры исследуемых древесных пород произрастают на различных по гранулометрическому составу почвах: от песчаных до тяжелосуглинистых.
Дерново-подзолистые почвы распространены в разных климатических условиях европейской территории от Прибалтики до Поволжья и для удобства рассмотрения разбиты на три группы. В первую группу отнесены дерново-подзолистые почвы Прибалтийской, частично Белорусской и Среднерусской провинций, во вторую – Нижнекамская и в третью – Белорусской провинции. По гранулометрическому составу дерново-подзолис-тые почвы первой группы - легкосуглинистые, второй и третьей – супесчаные с преобладанием крупных фракций: песчаных и крупнопылеватой. Илистая фракция занимает четвертую, иногда пятую позиции (3,4-9,2%), некоторое увеличение ее содержания происходит лишь в средней и нижней частях профиля.
Бурые (горные) лесные почвы являются среднесуглинистыми, а бурые лесные Прибалтийской провинции – легкосуглинистыми. Преобладающей фракцией в бурых рав-нинных почвах является фракция мелкого песка, второй - фракция крупной пыли, на третьей позиции илистая фракция, содержание которой вниз по профилю возрастает от
12,0 в горизонте А до 19,6% в почвообразующей породе.
В выщелоченных черноземах Окско-Донской провинции преобладaющие фракции - илистая и крупной пыли. В сумме они составляют 65-77%. В средней части профиля происходит утяжеление гранулометрического состава до легкой глины и некоторое облегчение в почвообразующей породе. Подобную закономерность содержания и распределения гранулометрических фракций имеют темно-серые лесные тяжелосуглинистые почвы. Светло-серые лесные почвы этой провинции характеризуются супесчаным гранулометрическим составом. Преобладает фракция крупного и среднего песка, затем в порядке убывания следуют фракция мелкого песка, крупнопылеватая, илистая, средней и мелкой пыли. Илистая фракция в профиле этих почв находится в пределах 5,0-13,0%, что свидетельствует о их невысоком потенциальном плодородии.
При рассмотрении влияния различных древесных пород на процессы внутрипоч-венного выветривания нами был рассчитан коэффициент оглинивания (К) и относительный процент потери (-) и накопления (+) ила по сравнению с его содержанием в материнской породе [Крупеников, 1967; Щеглов, 1999]. При этом считается, что оглинивание происходит при К > 1. В качестве примера приведем данные расчета коэффициета оглинивания в бурых лесных (равнинных) и дерново-подзолистых юго-запада (табл. 2).
Таблица 2
Статистические показатели содержания ила - <0,001 мм (над чертой) и частиц физической глины - <0,01 мм (под чертой) в профиле исследуемых почв ( в %).
| Глуби- на, см | Гори- зонт | _ x | S | _ Sx | max | min | V,% | K* | Потеря (-) и нако-пление (+) ила |
| Бурые лесные кислые оподзоленные равнинные (Прибалтийская провинция) | |||||||||
| 1(3)-10 | А | 12,2 21,3 | 1,1 0,8 | 0,7 0,4 | 14,3 22,7 | 10,1 19,9 | 9,2 3,5 | 0,97 | -37,6 |
| 20-30 | АЕ | 14,3 23,1 | 3,0 3,2 | 1,7 1,8 | 19,7 28,8 | 8,9 17,4 | 20,6 13,7 | 1,09 | -26,9 |
| 40-50 | ВЕ | 15,6 24,2 | 4,3 4,2 | 2,5 2,4 | 23,6 31,8 | 7,6 16,6 | 27,4 17,4 | 1,07 | -20,6 |
| 60-70 | Вm | 16,0 25,0 | 3,9 3,5 | 2,2 2,0 | 23,1 31,4 | 8,9 18,6 | 24,2 14,0 | 1,06 | -18,4 |
| 90-100 | ВС | 16,8 32,7 | 4,3 9,2 | 2,5 5,3 | 24,6 49,6 | 9,0 15,8 | 25,3 28,1 | 0,87 | -14,3 |
| 140-150 | С | 19,6 33,1 | 4,8 11,1 | 2,8 6,4 | 28,5 53,5 | 10,7 12,7 | 24,5 33,5 | 1,0 | Не опр. |
| Дерново-подзолистые (Белорусская провинция) | |||||||||
| 2(4)-10 | А | 6,3 10,6 | 1,4 2,5 | 0,5 1,0 | 7,6 12,8 | 5,0 8,4 | 22,7 23,9 | 1,08 | -71,0 |
| 10-20 | AE | 7,2 12,7 | 1,5 4,3 | 0,7 1,9 | 8,9 17,6 | 5,5 7,8 | 20,4 33,6 | 1,12 | -67 |
| 20-30 | E | 7,5 12,3 | 1,8 2,3 | 0,8 1,0 | 9,6 14,1 | 5,4 8,9 | 24,5 19,8 | 1,11 | -65 |
| 30-40 | BE | 8,1 14,5 | 1,7 2,4 | 0,9 1,1 | 9,8 14,6 | 5,5 9,0 | 23,4 21,0 | 1,18 | -65 |
| 60-70 | Bm | 10,0 14,2 | 6,4 8,5 | 2,9 3,8 | 17,3 24,0 | 2,7 4,4 | 63,9 59,9 | 1,28 | -54,0 |
| 110-120 | BC | 13,5 25,8 | 3,7 14,9 | 2,1 8,6 | 20,3 27,3 | 1,5 6,7 | 27,1 57,8 | 1,0 | -38,0 |
| 140-150 | C | 21,6 39,2 | 15,0 26,6 | 7,5 13,3 | 42,4 76,2 | 0,8 2,2 | 69,3 67,9 | 1,0 | Не опр. |
Среди дерново-подзолистых почв, сформировавшихся в различных условиях Русской равнины и имеющих в основном легкий гранулометрический состав, наиболее четко процесс оглинивания (К= 1,18-1,28) наблюдается в почвах юго-западной части (Белорусская провинция). В меньшей степени этот процесс (К= 1,05) отмечается в горизонте ВС дерново-подзолистых почв северо-запада и отсутствует в почвах, сформировавшихся в Поволжье.
Процесс оглинивания в бурых лесных почвах Прибалтийской провинции охватывает верхнюю треть профиля почв, где величина (К) находится в пределах 1,06-1,09. В бурых лесных почвах Закарпатской провинции ясно выраженного оглинивания нет, хотя в горизонте Вm отмечено положительное накопление ила.
Процесс оглинивания проявляется также в средней и нижней части профиля черноземов выщелоченных и темно-серых лесных почв (К = 1,05-1,08), а также в светло-серых лесных почвах (К= 1,16).
Исходя из этих данных, можно считать, что процессу оглинивания, даже в песчаных и супесчаных разновидностях почв во многом способствуют древесные насаждения, создающие благоприятные условия для развития данного процесса.
Плотность сложения почв. Все изученные почвы можно расположить в следую-щий возрастающий ряд по величине плотности сложения в верхнем 10-см слое: черноземы выщелоченные (0,92 г/см3) бурые лесные (горные) (0,97) темно-серые лесные (1,01) бурые лесные (равнинные) (1,03) дерново-подзолистые Поволжья (1,06) дерново-подзолистые Прибалтийской провинции (1,11) дерново-подзолистые Белорусской провинции (1,13) светло–серые лесные Северо-Украинской и Окско-Дон-ской провинций (1,36). В бурых лесных (равнинных и горных), а также в дерново-подзо-листых почвах глубже 10-см слоя плотность сложения закономерно увеличивается и колеблется в профиле в пределах 1,31–1,62 г/см3.
В черноземных почвах вниз по профилю плотность сложения постепенно возрастает, но в гумусовых горизонтах все еще не превышает величины 1,2 г/см3 и лишь в горизонте ВС и материнской породе достигает 1,39–1,45 г/см3. В темно-серых лесных почвах увеличение плотности сложения (1,26 г/см3) отмечается на глубине 30-40 см, а в горизонте Вt (60-70 см) уже превышает 1,4 г/см3. В светло-серых почвах высокая плотность сложения наблюдается по всему профилю, достигая максимума в горизонте Вt1 (90-100 см) – 1,64 г/см3.
Валовой химический состав почв.
Для большинства исследованных почв характерен элювиально-иллювиально-дифференцированный профиль. Вместе с утяжелением гранулометрического состава, увеличением доли илистых частиц иллювиальные горизонты обогащаются оксидами алюминия и железа и обедняются кремнеземом.
Проведенный расчет молекулярных отношений SiO2 SiO2 SiO2 позволил
R2O3 Al2O3 Fe2O3
выявить относительное накопление, перемещение и миграцию этих оксидов в профиле
почв. Таким образом:
1) преобладающим оксидом, особенно в почвах легкого гранулометрического соста-
ва (песчаных, супесчаных) является кремнезем (SiO2), содержание которого колеблется в горизонте А от 54 до 95 %. Вниз по профилю почв его количество либо возрастает вместе с увеличением песчаных частиц, либо снижается при утяжелении гранулометрического состава;
2) оксид алюминия во всех случаях занимает вторую позицию. Наибольшие его количества сосредоточены в черноземах выщелоченных, типичных, темно-серых лесных почвах, а также в дерново-подзолистых глинистых почвах Карелии и бурых лесных среднесуглинистых почвах Закарпатской провинции (до 18,4 %);
3) оксид железа занимает третью позицию среди анализируемых оксидов. Его рас-
пределение в пространстве и по профилю синхронно с оксидом алюминия.
Химические и физико-химические свойства почв
Изучение химических и физико-химических свойств почв под интродуцированными
(и местными) древесными породами позволяет сделать определенные выводы об уровне их плодородия.
По содержанию гумуса (усредненные данные) все исследованные почвы: черноземы выщелоченные (ЧВ), темно-серые (Л3) и светло-серые (Л1) лесные, бурые лесные (Лб) – равнинные и горные, дерново-подзолистые (ПД) различных провинций соответствуют их генетическим особенностям [Буроземообразование и псевдооподзоливание, 1974; Вайчис, 1975; Классиф. и диагностика почв СССР, 1977;]. Длительное произрастание древесных пород сопровождается накоплением органического вещества в виде подстилки и опада, что способствует гумусообразованию. По содержанию гумуса в верхнем 10 см слое исследуемые почвы можно расположить в следующий убывающий ряд: ЧВ - 8,3% Л3 - 7,6 Лб (равнинные) - 4,6 ПД (Поволжье) - 4,1 Лб (горные) - 3,9 ПД (С-З) - 3,0 ПД (Ю-З) - 2,6 Л1 - 1,5%.
Изучаемые древесные породы оказывают неодинаковое влияние на содержание гумуса в почвах разных регионов Русской равнины. В бурых лесных почвах Прибалтийской провинции, дерново-подзолистых почвах юго-запада и в черноземах выщелоченных ЦЧР и Украины наибольшее содержание гумуса в горизонте А отмечается под насаждениями псевдотсуги - 4,4, 2,5 и 8,7% соответственно, в остальных провинциях – под сосной веймутовой. В КОС практически во всех случаях содержание гумуса больше под сосной веймутовой. Из других пород наибольшее влияние на накопление гумуса оказывает сосна Муррея лишь в Поволжье. Дуб северный в этом ряду занимает третью-четвертую позиции.
Характерной особенностью изучаемых почв под древесными насаждениями является сильнокислая и кислая (в большинстве случаев) реакция почвенного раствора (величина рНКСl< 4,5), особенно в светло-серых лесных, бурых лесных, дерново-подзолистых почвах. Слабокислая реакция (рН 5,3) отмечается только в темно-серых лесных почвах под дубравами, что можно объяснить листовым опадом дуба, сопутствующих пород (ясень, клен) и подлеска, богатых кальцием.
В составе почвенного поглощающего комплекса (ППК) выщелоченных черноземов и темно-серых лесных почв основную долю составляют ионы кальция (66-67%), а вторые позиции принадлежат поглощенному водороду гидролитической кислотности (17-20%). На долю магния приходится 15-17%.
Совершенно другая картина наблюдается в светло-серых лесных, бурых лесных и дерново-подзолистых почвах, где водород гидролитической кислотности составляет основную долю (43-64%) в составе обменных катионов и лишь в дерново-подзолистых почвах северо-запада Русской равнины и Поволжья – занимает вторую позицию (33-35%). Здесь основную долю также составляет обменный кальций (41-52%). На долю магния приходится от 9 до 23% от состава обменных катионов. В бурых лесных (горных) почвах в ППК появляется алюминий – его доля в верхнем горизонте составляет 9,5%, вниз по профилю она возрастает до 16%. В небольших количествах (<1,0%) он присутствует в верхнем 30-сантиметровом слое дерново-подзолистых почв Белорусской провинции.
Влияние Древесных пород на состав и свойства черноземов
Имеющаяся литература по влиянию лесных насаждений на почвы противоречива. Многие авторы [Тумин, 1930; Надеждин, 1949; Мина, 1954; Адерихин, 1956; Ахтырцев, 1956; Зонн, Кузьмина, 1960; Розанова, 1960; Келеберда, 1973; Растворова, 1974;] отмечают умеренный характер выщелачивания и положительное влияние лесной растительности на физические и физико-химические свойства черноземов. В других исследованиях говорится о деградационных явлениях под лесом и особенно под насаждениями дуба [Ткаченко, 1908, 1939; Горшенин, 1924; Степанов, 1932; Усов, 1938; Вехов, 1949].
Причина, по-видимому, в том, что многие исследования проводились с ограниченным набором древесных пород, причем в разном возрасте и в разных почвенно-климатичес-ких условиях. Это вызывает необходимость детального и комплекного исследования данного вопроса в стационарных условиях под различными интродуцированными и местными древесными породами, заложенными искусственно в одинаковых условиях. Этим целям соответствует дендрарий ЛОСС и Моховское лесничество, расположенные в
близких почвенно-климатических условиях. Контролем служила пашня, прилегающая к этим объектам, а также залежные участки с разнотравной растительностью.
Почвенный покров под всеми изучаемыми насаждениями, а также на пашне и залежи представлен черноземом выщелоченным среднемощным тяжелосуглинистым. Предыдущими [Ткаченко, 1908, Розанова, 1960] и нашими исследованями гранулометрического состава, глубины залегания карбонатов, мощности гумусовых горизонтов с применением статистической обработки установлено, что изучаемые черноземы выщелоченные этих двух участков, являются достаточно однородными по почвенным показателям и все происходящие изменения в свойствах почв можно отнести к влиянию древесных насаждений.
Морфология почв. Влияние искусственных древесных насаждений на почву проявляется прежде всего в образовании нового органогенного горизонта О (Ао) – лесной подстилки. По данным Ткаченко [1908] ее мощность под 32-Х - летними дубовыми культурами колебалась от 1 до 3 см, под насаждениями 42-Х- летней ели от 0,5 до 2,0 см, а лиственницы того же возраста до 5,0 см, что является, вероятно, завышенной величиной. В работах сотрудников Лаборатории лесоведения [Зонн, Кузьмина 1960, Розанова, 1960] мощность подстилки (видимо, усредненно) в условиях Мохового составляет 1,5 см. По нашим данным на тех же объектах ее мощность под хвойными не превышала 2,5–3,0 см в возрасте насаждений 50 и 70 лет, под дубовым пологом она зависела от времени вегетационного периода. Мощность подстилки в биогруппах 45-47-летних хвойных древесных пород в дендрарии ЛОСС была 3,5 см ±0,5 (n=58) при высоком коэффициенте варьирования (V=50).
До сих пор взгляд о влиянии древесных насаждений на мощность гумусовых горизонтов неоднозначен [Ткаченко, 1908; Байко, 1953; Ахтырцев, 1956; Розанова, 1960; Соловьев, 1967; Мигунова, 1970; Чони, 1971; Богатырева, 1974 и др.].
По результатам своих исследований М. Е. Ткаченко делает вывод об уменьшении мощности гумусовых горизонтов под древесными породами на 10-15 см по сравнению с прилегающей к массиву пашней, где мощность варьировала в пределах 65-75 см. Обработав 10 разрезов (из 13), заложенных им под лесными насаждениями, мы получили среднюю мощность выделенных им гумусовых горизонтов равной 61,0 см ± 5,1 (V = 12,0%), что действительно, меньше мощности на пашне (по 6 разрезам). И. М. Розанова [1960] таких различий между пашней и 25-летними культурами не обнаружила. По ее данным средняя мощность составляла 51,0 см ± 12,0 при V=17,0%.
В наших исследованиях 1975 года на тех же объектах, что у Розановой И. М. под 45-
47- летними культурами средняя мощность горизонтов А+АВ была 60,0 см ± 4,95 при V= 11,0%, т. е. сопоставима с данным показателем в работе М. Е. Ткаченко. Еще через
25 лет она увеличилась до 66,3 см ± 7,7 (V=8,3%). Приращение мощности за 50-летний
период было достоверным (tf = 2,98 > tt = 2,31) и скорее всего происходило не только за счет нарастания гумусового профиля вниз, но и под воздействием увеличивающегося объема корневых систем в верхних слоях почвы [Беляев, 1991, 2007]. Но и в первом и во втором случаях превышение мощности было не достоверным по сравнению с пашней, где мощность горизонтов А+АВ составляла 57,0 см ± 8,4 (V = 12,0%).
Из других морфологических особенностей следует остановиться на структурном состоянии отдельных генетических горизонтов. На пашне под влиянием постоянной обработки в пахотном слое образуется пылевато-комковато-глыбистая структура, в подпахотном – комковатая с примесью зернистости, а в иллювиальном горизонте Вt – крупно-комковатая, тогда как под всеми изучаемыми хвойными породами в горизонте А формируется порошисто-зернистая, а под дубом – крупнозернистая структура. В горизонте АВ она трансформируется соответственно в комковато-зернистую и зернисто-ореховатую. Аналогичные особенности были отмечены ранее Ткаченко [1908], Зонном, Кузьминой [1960].
Длительное произрастание древесных насаждений сказалось и на глубине вскипания карбонатов. Если условно принять исходную границу вскипания в Моховом в почве пашни перед посадкой древесных пород равную в среднем 106,4 см±11,4 и V=19%, то под дубом (97,7 см±7,5%, V= 14,0%,), елью (99,4 см±2,8 и 17,0%) происходит повышение границы вскипания, а под лиственницей (110,8 см±9,9 и 15,6%) и сосной обыкновенной (112,9 см±7,9 и 12,0%) – ее снижение. При этом можно говорить лишь о тенденциях сдвига границы вскипания. Достоверность различий отмечается лишь между крайними породами, а именно, между дубом и лиственницей, дубом и сосной обыкновенной, елью и лиственницей, елью и сосной обыкновенной. Сосна веймутовая практически не изменила границу залегания карбонатов (105,8 см±7,2, и 6,0%,).
Различия древесных пород по влиянию на границу вскипания требуют пояснения. Прежде всего это касается насаждений ели, подстилка которой имеет среднекислую реакцию (рНKCl = 4,9) и, казалось бы, должна способствовать понижению границы вскипания. Однако этого не происходит, что объясняется слабым промачиванием почвы под этой породой [Ткаченко, 1908]. Меньшая глубина вскипания под дубом обусловлена слабокислым опадом (рНKCl = 5,2), обогащенным кальцием и магнием (> 90 ммолей на 100 г подстилки), что в 1,6-2,4 раза превышает их содержание в подстилке хвойных пород. Под сосной обыкновенной и под лиственницей атмосферные осадки слабо задерживаются кронами деревьев, что при наличии кислых продуктов разложения подстилок (рНKCl = 4,6 и 4,9 соответственно) приводит к интенсивному выщелачиванию и понижению границы вскипания.
Несколько иные результаты были получены под древесными породами в дендрарии ЛОСС, где мы обобщили данные по глубине вскипания по группам древесных пород: темнохвойные (виды ели, пихты и псевдотсуги), светлохвойные (виды сосны, лиственницы) и лиственные (виды дуба, березы). В качестве контроля использовалась межкуртинная залежь. В результате статистической обработки данных по этим группам древесных пород, их влияние на глубину залегания карбонатов проявилось в виде следующего ряда: лиственные (80,1 см±19,5; V= 32,0%) залежь (86,4±9,2%; V= 20,0%); светлохвойные (89,9 ± 7,7; V = 18,2%); темнохвойные (98,3±6,6;V =17,0%).
Физические свойства почв. Информативным показателем происходящих в почве изменений является плотность ее сложения. Уже 25-летний срок произрастания еловых, дубовых и лиственничных посадок привел к уменьшению плотности сложения в верхнем 10-см слое до величин меньших единицы, соответственно до 0,88, 0,91 и 0,87 г/см3, в то время как на пашне она была равна 1,24 г/ см3 [Зонн, Кузьмина, 1960]. Пятидесятилетнее произрастание древесных пород практически не изменило величину этого показателя 0,90, 0,92 и 0,87 г/см3,соответственно. Дальнейшее увеличение возраста насаждений (до 70 лет) показывает устойчивую тенденцию снижения плотности под всеми породами в ряду: сосна веймутовая (0,89) дуб черешчатый (0,86) ель обыкновенная (0,83) сосна обыкновенная (0,82) лиственница Сукачева (0,80 г/см3). На пашне в эти сроки исследований плотность сложения находилась в пределах 1,10-1,13 г/см3, что опреде-ляется частотой обработок и произрастающей культурой.
Увеличение возраста насаждений свыше 100 лет, как показали наши исследования под аналогичными культурами на близко расположенных участках, свидетельствует об устойчивой тенденции снижения плотности сложения. Так, под 120–летней сосной веймутовой плотность уменьшилась до 0,71, под 120-130–летними елью и дубом – до 0,67, а под 160–летней лиственницей – до 0,60 г/см3. Такие показатели плотности отмечались и на облесенных склонах крутизной 10-12О: 0,72–0,79 г/см3 под 120-140–летней лиственницей и 0,82 г/см3 – под 100–летним дубом. Низкая плотность приводит к значительному повышению общей порозности до 63-75%, в то время как на пашне и залежи она находилась в пределах 48-57%.
Следует отметить, что эффект разуплотнения под воздействием корневых систем древесных пород начинает несколько сглаживаться на глубине 20-30 см уже под 25–летними культурами (1,0-1,08 г/см3). Он оставался таким же (1,03-1,10 г/ см3) и под 70–летними культурами. Эти величины были уже ближе к плотности на пашне (1,12-1,23 г/см3). Окончательное выравнивание этого показателя с пашней происходит ниже 30 см, находясь в пределах 1,10-1,26 г/см3, вне зависимости от сроков произрастания насаждений. Глубже 70 см плотность сложения увеличивается до 1,32-1,47 г/см3, достигая максимума в почвообразующей породе (1,47-1,61 г/см3).
Наибольший эффект разуплотнения наблюдается под лиственницей Сукачева во все сроки ее произрастания, в том числе и на крутых склонах. В ряду изученных древесных пород сосна веймутовая и дуб черешчатый являются относительно менее разуплотняющими породами. Ель обыкновенная и сосна обыкновенная занимают промежуточное положение.
Структурно-агрегатный состав почв. Важным показателем изменений, происходящих в почве, служит ее структура. Во второй половине прошлого века рядом исследований [Зонн, Васильева, 1954; Ахтырцев, 1956; Чернышова, 1958; Зонн, Кузьмина, 1960; Адерихин, 1970; Мигунова, 1970; Богатырева, 1974; и др.] подтверждено, что структура почв под лесными насаждениями улучшается.
Наши исследования свидетельствуют о лучших, с агрофизической точки зрения, показателях структуры выщелоченных черноземов под всеми древесными насаждениями, в том числе и на темно-серых лесных почвах склоновых участков, по сравнению с пашней. Под лесными насаждениями в верхнем 20 см слое почвы на всех элементах рельефа, а также на залежи, выявлено, что 67,0-92,3% составляют агрегаты размером от 0,25 до 10 мм. При этом преобладающая их доля (51-77%) относится к категории зернистой структуры (1-5 мм). На пашне агрегаты размером 0,25-10 мм составляют 35-58%, а доля зернистой фракции находится в пределах 19,0-35,0% в зависимости от произрастающей культуры. Велика доля (35,0-63,0%) глыбистой структуры (>10 мм).
Подтверждением этому могут быть также данные величин коэффициента структурности (Кстр.) почвы под древесными насаждениями разного состава и возраста.
В дендрарии ЛОСС по величине К стр. в верхнем 20 см слое почвы изучаемые древесные породы (возраст – 45-47 лет) и угодья можно расположить в нисходящий ряд: залежь (Кстр.=10,7) дуб черешчатый (лес) (6,8) кедр сибирский (5,5) дуб северный (4,3) пихта белокорая (3,3) пашня (0,6). Залежь и пашня, занимают в этом ряду крайние диаметральные позиции. Вниз по профилю (20-40 см) К стр. уменьшается в 1,3-2,4 раза под дубом черешчатым, дубом северным, кедром сибирским и в 3,2 раза - на залежи. Под пихтой белокорой и на пашне Кстр. повысился в 1,8 раза.
B условиях сильнорасчлененного рельефа важным показателем является водопрочность структурных агрегатов. Наши данные свидетельствуют о том, что критерий водопрочности агрегатов под 45-160-летними насаждениями в верхнем 20-см слое почвы находится в пределах 85-96% (в среднем 91%), на залежи - 93%, а на пашне в пределах 56-79% (в среднем 67%). На глубине 20-30 см водопрочность агрегатов снижается до 56-89%: меньше под пихтой, кедром, дубом черешчатым и бореальным (74-89%) и более всего под елью обыкновенной, лиственницей Сукачева и сосной веймутовой (56-79%). На пашне на этой глубине водопрочность в среднем составляла 57%.
Для анализа потенциальной способности почв к оструктуриванию на одних и тех же объектах Шатиловского леса был рассчитан коэффициент дисперсности под 25-летними (данные Зонна и Кузьминой, 1960) и под 65-летними насаждениями (наши данные 1995 г) ели, лиственницы, дуба и пашни.
Уже 25-летний срок произрастания увеличивает коэффициент дисперсности, умень-шая прочность микроструктуры почвы под всеми древесными породами. Увеличение срока произрастания эту тенденцию сохраняет: больше под елью, несколько меньше под лиственницей. В то же время, под дубом коэффициент несколько снизился по всему профилю, что можно объяснить биологическими особенностями, отмеченными выше, а также трансформацией микроструктуры в более крупные структурные агрегаты.
Что касается этого показателя на пашне, то за прошедшие 40 лет при усилении антропогенной нагрузки в пахотном слое почвы коэффициент дисперсности увеличился в 3,5 раза, в подпахотном (30-40 см) - в 1,8-2,5 раза, в слое 40-50 см – в 1,8 раза.
Таким образом, под всеми видами древесных пород, произрастающих в дендрарии ЛОСС и в Моховском лесничестве происходит достоверное (при 0,05% уровне значимости) улучшение (с агрофизической точки зрения) структурного состава почв в верхнем 30-см слое по сравнению с пашней. Лучшие показатели под древесными породами были и по критерию водопрочности в верхнем 20-см слое (в среднем 91%) по сравнению с пашней (67%). На залежи этот показатель был близок (93%) к его величине под древесными породами.
Химические и физико-химические свойства
Гумусное состояние почв. Исследованиями установлено [Ковда, 1989; Розанов и др., 1989; Земля Воронежская, 2006], что за последние 100 лет содержание гумуса в распаханных черноземах снизилось на 20-30% в результате невозобновляемого окисления, а на эродированных почвах – на 30-50%. Наши исследования выщелоченных черноземов (прилегающая к Шатиловскому лесу пашня), не противоречат этим выводам. Сравнительный анализ наших данных с результатами, полученными Ткаченко (1908), Розановой (1960), показал, что за 90-летний период изменение содержания гумуса на пашне в слое 0-20 см происходило неодинаково по срокам исследований (табл. 3).
По данным М. Е. Ткаченко (1908), определявшим содержание гумуса методом сухого
сжигания по Густавсону, его содержание в 20-см пахотном слое (по двум разрезам) было равным 10,4%. Пятьдесят лет спустя [Розанова, 1960] на той же пашне содержание гуму-
са снизилось на 2,2% и составило 8,2%, т. е. уменьшение его за этот период происходило
со скоростью 0,044% в год, если не принимать различий в методах определения. Еще через 25 лет, содержание гумуса сократилось на 1,2% и составило по нашим данным 7,0%±0,1, продолжая снижаться практически с той же скоростью 0,048 % в год.
В последнюю четверть прошлого века количество гумуса уменьшилось всего на 0,3% (М ср. = 6,71±0,4), а ежегодное падение составляло 0,012% в год, т. е. происходило в 4 раза медленнее, чем в предыдущие 70 лет.
- Таблица 3
Многолетняя динамика содержания гумуса в черноземах выщелоченных под древесными насаждениями разного состава и возраста
| Древес-ная поро- да | Источник данных | |||||||||||
| Ткаченко, 1908 | Розанова, 1960 | Беляев и др.,1978 | Беляев, 2007 г. | |||||||||
| Воз-раст | Глуби-на, см | Гу-мус,% | Воз-раст | Глуби-на, см | Гу-мус,% | Воз-раст | Глуби на, см | Гу- мус,% | Воз-раст | Глуби на, см | Гумус,% | |
| Лц | 42 | 0-20 | 9,9 | 26 | 1-10 | 10,8 | 46 | 1,5-10 | 11,4±0,2 | 70 | 2-10 | 11,0±0,6 |
| 20-40 | 7,2 | 20-30 | 7,2 | 20-30 | 6,7±0,3 | 20-30 | 6,7±0,8 | |||||
| 40-64 | 4,6 | 50-60 | 3,9 | 40-50 | 4,5±0,2 | 40-50 | 4,14±0,7 | |||||
| Ео | 42 | 0-22 | 9,9 | 27 | 2-10 | 10,9 | 47 | 2-10 | 10,3±0,2 | 71 | 2-10 | 10,5±0,5 |
| 22-46 | 7,3 | 23-33 | 7,5 | 20-30 | 7,4±0,5 | 20-30 | 6,7±0,9 | |||||
| 46-67 | 5,0 | 43-53 | 5,5 | 40-50 | 4,8±0,6 | 40-50 | 4,3±0,7 | |||||
| Дч | 32 | 0-20 | 9,5 | 26 | 1-10 | 11,0 | 46 | 1-10 | 10,0±0,1 | 70 | 1-10 | 10,2±0,4 |
| 20-40 | 6,9 | 20-30 | 6,7 | 20-30 | 6,5±0,1 | 20-30 | 6,8±0,5 | |||||
| 40-62 | 4,3 | 55-65 | 2,9 | 40-50 | 4,0±0,1 | 40-50 | 5,2±0,5 | |||||
| Со | - | - | - | 25 | 2-12 | 10,8 | 46 | 2-10 | 10,8±0,4 | 69 | 2-10 | 10,8±0,8 |
| 22-32 | 8,4 | 20-30 | 7,1±0,4 | 20-30 | 7,1±1,1 | |||||||
| 55-65 | 3,9 | 40-50 | 4,9±0,2 | 40-50 | 5,0±0,9 | |||||||
| Св | - | - | - | 26 | - | - | 46 | 2-10 | 9,8±0,5 | 70 | 2-10 | 10,3±1,0 |
| 20-30 | 7,4±0,5 | 20-30 | 7,1±1,2 | |||||||||
| 40-50 | 4,8±0,2 | 40-50 | 4,1±1,1 | |||||||||
| Паш- ня | 0-20 | 10,4 | 0-20 | 8,2 | 0-20 | 7,0±0,1 | 0-20 | 6,7±0,5 | ||||
| 20-40 | 8,3 | 20-30 | 7,7 | 20-30 | 6,3±0,1 | 20-30 | 5,4±0,5 | |||||
| 40-60 | 5,1 | 50-60 | 3,9 | 40-50 | 4,5±0,4 | 40-50 | 3,6±0,6 | |||||
Несмотря на снижение темпов дегумификации за последние 25 лет, они были достоверными (tf=2,13>tt = 2,11) при небольшом коэффициенте вариации (V=3,0-5,0%).
Уменьшение содержания гумуса наблюдается и в нижележащих слоях почвы. Снижение темпов ежегодных потерь органического вещества в последние 25 лет можно объяснить, видимо, тенденцией относительной сбалансированности процессов гумусообразования и минерализации гумуса при данных технологиях ведения земледелия.
По влиянию на увеличение содержания гумуса выщелоченных черноземов, изучае-
мые древесные породы в Моховском лесничестве можно расположить в следующий убывающий ряд: лиственница сосна обыкновенная ель обыкновенная дуб черешчатый сосна веймутовая контроль (пашня). Преимущество хвойных пород в этом ряду и особенно лиственницы, видимо, обусловлено обильным подлеском (бузина, малина).
Для выяснения роли отдельных групп формаций древесных пород в ЛОСС они были
дифференцированы по систематическому признаку на: 1 – темнохвойные; 2 – светло-
хвойные и 3 – лиственные. Данные математической обработки свидетельствуют о том, что величина гумуса в верхнем 20-см слое черноземов лишь под темнохвойными такая же (8,1% ± 0,35), как на залежи (8,1%±0,33), а на глубине 30-40 и 50-60 см под темнохвойными достоверно выше. Ниже по профилю его значения опять выравниваются по аналогии с верхним горизонтом.
Таким образом, в дендрарии ЛОСС среди древесных пород наибольшее почвоулуч-
шающее действие, равноценное разнотравной растительности, оказывают только темнохвойные породы. По сравнению с пашней все древесные породы, а также залежь, достоверно увеличивают содержание гумуса в верхнем горизонте. Следует отметить, что под лиственными породами и на залежи, начиная с глубины 20-30 см и до глубины 50-60 см различий в содержании гумуса по сравнению с пашней не отмечается.
Более надежным критерием оценки процесса гумусообразования, следует считать запасы гумуса в определенных слоях почвы: 0-20, 0-50, 0-100 см (табл. 4, рис. 1).
Таблица 4
Запасы гумуса (т/га) в выщелоченных черноземах лесостепи под древесными породами разного состава и возраста
| Древесная порода | Возраст насаж-дений, лет | Источ- ник | Мощность слоя почвы,см | ||
| 0-20 | 0-50 | 0-100 | |||
| Дендрарий ЛОСС | |||||
| Кедр сибирский | 45 | 2 | 127 | 275 | 397 |
| Сосна веймутовая | 47 | 2 | 144 | 303 | 379 |
| Сосна обыкновенная | 49 | 2 | 147 | 351 | 454 |
| Ель обыкновенная | 50 | 2 | 138 | 319 | 440 |
| Пихта белокорая | 47 | 2 | 169 | 339 | 499 |
| Дуб северный | 45 | 2 | 147 | 327 | 444 |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| Дуб черешчатый | 46 | 2 | 144 | 313 | 429 |
| Залежь | 2 | 203 | 364 | 470 | |
| Пашня | 2 | 138 | 290 | 400 | |
| Моховское лесничество | |||||
| Сосна веймутовая | 45 | 1 | 165 | 353 | 460 |
| 70 | 2 | 156 | 318 | 438 | |
| Сосна обыкновенная | 25 | 1 | 181 | 394 | - |
| 50 | 2 | 149 | 340 | 512 | |
| 70 | 3 | 134 | 340 | 540 | |
| Ель обыкновенная | 25 | 1 | 168 | 378 | 583 |
| 50 | 2 | 157 | 343 | 497 | |
| 70 | 3 | 152 | 335 | 481 | |
| Лиственница Сукачева | 25 | 1 | 170 | 362 | 487 |
| 50 | 2 | 164 | 348 | 491 | |
| 70 | 3 | 141 | 323 | 503 | |
| Дуб черешчатый | 25 | 1 | 182 | 349 | 453 |
| 50 | 2 | 164 | 337 | 470 | |
| 70 | 3 | 147 | 310 | 455 | |
| Пашня | 1 | 201 | 414 | 530 | |
| 2 | 155 | 350 | 489 | ||
| 3 | 129 | 302 | 468 | ||
Примечание: - Источник: 1 – Розанова, 1960; 2 –3 – данные автора. Плотность сложения для расчета запасов гумуса под 25-летними насаждениями взяты из работы Зонна и Кузьминой; 1960.
Данные таблицы 4 показывают, что основные запасы гумуса сосредоточены в полуметровой толще (63-78%). На самый верхний 20-сантиметровый слой приходится от 1/4 до 1/3 его запасов (25-36%).
Рис. 1. Запасы гумуса в выщелоченных черноземах (Моховое) под древесными породами разного состава и возраста
С практической и теоретической точек зрения представляет интерес проследить динамику изменения запасов гумуса на одних и тех же объектах Мохового. Как следует из данных таблицы 4 и рисунка 1, запасы гумуса в почвах пашни Мохового за 40-летний период (с 1953-55 по 1995 г.г.) снизились по всем рассчитанным слоям. Под древесными насаждениями также происходило падение запасов с увеличением срока их произрастания в слоях 0-20 и 0-50 см.
Но под древесными породами в верхней полуметровой толще уменьшение запасов обусловлено снижением плотности сложения, а не агрогенной деградацией в результате
сельскохозяйственного использования. В слое 0-100 см снижение запасов гумуса отмечается лишь под елью и сосной веймутовой, а под лиственницей, сосной обыкновенной и дубом запасы возрастали. Градиент падения запасов гумуса показывает, что на пашне процесс невозобновляемых потерь протекает значительно интенсивнее(1,56 в слое 0-20 см, 1,37 в слое 0-50 и 1,13 в слое 0-100), чем под насаждениями (соответственно, 1,23, 1,14 и 1,04), особенно в слоях 0-20 и 0-50см.
Групповой состав гумуса. Анализ полученных данных и сравнение их с литера-турными [Зонн, Соколов, 1960] на одних и тех же объектах Шатиловского леса показывает, что длительное воздействие древесных пород приводит к некоторой дифференциации и изменению состава гумуса в верхних слоях чернозема (табл. 5).
Так, под 25-лет-ними насаждениями дуба черешчатого тип гумуса был гуматный (Сгк
: Сфк = 2,7), под 100-летними - он стал фульватно-гуматный (1,08). Наряду с этим, доля негидролизуемого остатка с возрастом насаждений возросла с 25-18 до 45-38%.
Под лиственницей, за этот же период тип гумуса изменился от фульватно-гуматного
(Сгк:Сфк = 1,96) к гуматно-фульватному (Сгк:Сфк =0,93) в верхнем 10-см слое. На глубине 20-30 см он оставался неизменным (фульватно-гуматным), имея, однако, тенденцию снижения Сгк:Сфк с 1,5 до 1,2 с увеличением возраста насаждений.
Таблица 5
Групповой состав гумуса черноземов выщелоченных под древесными породами разного состава и возраста (числ. – Сгк, Сфк, % к почве; знам. - % к Собщ. почвы)
| Угодье. Возраст,лет | Глуби- на, см | С общ., % | ГК (сумма) | ФК (сумма) | Негидро- лизуемый остаток | Сгк Сфк | Степень гумифи- кации | Источ- ник |
| Дч, 25 | 1-10 | 6,95 100 | 3,04 43,7 | 1,14 16,3 | 1,75 25,2 | 2,66 | 43,7 | 1* |
| 10-20 | 5,2 100 | 2,03 39,0 | 1,28 24,6 | 1,15 22,2 | 1,58 | 39,0 | ||
| 20-30 | 4,4 100 | 2,15 48,8 | 0,80 18,1 | 0,81 18,4 | 2,69 | 48,8 | ||
| Дч, 100 | 1-20 | 6,45 100 | 1,86 28,8 | 1,72 26,7 | 2,87 44,5 | 1,08 | 28,8 | 2** |
| 20-30 | 4,1 100 | 1,64 39,9 | 0,93 22,6 | 1,54 37,5 | 1,76 | 39,9 | ||
| Лц, 25 | 0,5-10 | 6,5 100 | 2,74 42,1 | 1,40 21,5 | 1,52 23,4 | 1,96 | 42,1 | 1* |
| 20-30 | 4,3 100 | 1,86 43,1 | 1,25 29,0 | 0,71 16,5 | 1,48 | 43,1 | ||
| Лц, 100 | 2-10 | 7,16 100 | 2,90 40,5 | 3,12 43,6 | 1,14 15,9 | 0,93 | 40,5 | 2** |
| 20-30 | 4,96 100 | 1,58 31,9 | 1,34 27,0 | 2,04 41,1 | 1,18 | 31,9 | ||
| Ео, 25 | 1,5-10 | 6,46 100 | 2,75 42,6 | 1,41 21,8 | 1,50 23,2 | 1,95 | 42,6 | 1* |
| 21-31 | 4,77 100 | 2,22 46,5 | 0,92 19,3 | 1,07 22,5 | 2,41 | 46,5 | ||
| Ео, 70 | 2-17 | 6,03 100 | 3,33 55,2 | 1,74 28,9 | 0,96 15,9 | 1,91 | 55,2 | 2** |
| 20-30 | 3,27 100 | 1,74 53,2 | 0,60 18,4 | 0,93 28,4 | 2,90 | 53,2 | ||
| Пашня | 0-20 | 4,74 100 | 2,32 48,9 | 0,64 13,5 | 1,78 37,6 | 3,6 | 48,9 | 1* |
| 20-30 | 4,49 100 | 2,05 45,6 | 0,83 18,6 | 1,61 35,9 | 2,47 | 45,6 | ||
| Пашня | 0-20 | 3,75 100 | 1,74 46,4 | 1,11 29,6 | 0,90 24,0 | 1,57 | 46,4 | 2** |
| 20-30 | 3,41 100 | 1,85 54,3 | 0,64 18,8 | 0,92 27,0 | 2,89 | 54,3 |
Примечание : * - данные Зонна, Соколова, 1960; 2 – данные автора.
Доля негидролизуемого остатка в верхнем слое снизилась с 23 до 16%, а в нижележащем, наоборот, возросла в 2,5 раза с 16,5 до 41,1%. Под елью за этот срок тип гумуса оставался неизменным – фульватно-гуматным (Сгк:Сфк =1,95–1,91) в верхнем 10-см слое черноземов и гуматным на глубине 20-30 см (Сгк : Сфк =2,4-2,9). С увеличением возраста насаждений негидролизуемый остаток снизился как и под лиственницей с 23 до 16% в 10-см слое почвы и повысился с 22,5 до 28,4% на глубине 20-30 см. Такое изменение негидролизуемого остатка на разных глубинах, на наш взгляд, обусловлено различиями в степени аэрации под изучаемыми древесными породами.
В почве пашни за этот же период произошло изменение типа гумуса в пахотном слое (0-20 см) от гуматного (Сгк:Сфк = 3,6) к фульватно-гуматному (Сгк:Сфк = 1,6) на фоне общего его снижения, при практически неизменном типе гумуса в подпахотном слое. Величина негидролизуемого остатка за изучаемый период уменьшилась в 1,6–1,3 раза, причем больше в пахотном слое и меньше в подпахотном.
Степень гумификации под дубом уменьшилась на две градации от очень высокой до средней (с 44 до 29%). Под лиственницей и на пашне эта величина имеет тенденцию к снижению, в то время как под елью она возросла (с 43 до 55%). Аналогичный характер гумусного состояния черноземов обыкновенных тяжелосуглинистых под 45-летними лесными полосами разного состава был выявлен в Каменной степи [Брехова и др., 2006].
Проведенные исследования свидетельствуют о стабилизации содержания гумуса на достаточно высоком уровне под различными древесными насаждениями в течение длительного срока их произрастания, в то время как на пашне происходило его значительное снижение за этот же период. Однако качественный состав его при этом изменяется - на одну градацию в сторону фульватности, под дубом, сосной и лиственницей. Это говорит о трансформации гумусного состояния и тенденции в эволюции выщелоченных черноземов в сторону более северных аналогов.
Физико-химические свойства почв
Реакция почвенной среды. Длительное произрастание древесных насаждений (50 лет) в условиях Мохового оказывает неоднозначное влияние на рН почвенного раствора. Хвойные породы: ель, сосна обыкновенная, лиственница достоверно (при 5%-ном уровне значимости) подкисляют реакцию среды до сильнокислой (рНKCl 4,3-4,5) в верхнем
10-см слое почвы по сравнению с пашней и залежью (Рис. 2).
Рис. 2. Величина рН КСl черноземов выщелоченных (Моховое) под различными древесными породами и угодьями.
Ниже этой глубины рН изменяется до среднекислой и остается таковой вплоть до границы вскипания или возможной миграции карбонатов. Под дубом в верхнем слое почвы рН поддерживается на уровне слабокислой реакции (рН 5,3), примерно такой же как на пашне и залежи, но уже на глубине 10-20 см и ниже она подкисляется до среднекислой и сохраняется до границы вскипания карбонатов. Сосна веймутовая в этом ряду занимает промежуточное положение.
Содержание обменных катионов менее 40 ммолей не влияет на величину рНKCl, особенно в верхнем 10 см слое, где большее влияние оказывают экологические и биологические факторы. Увеличение их содержания свыше 40 ммолей уменьшает кислотность до слабокислой и близкой к нейтральной реакции.
Увеличение содержания гумуса приводит к подкислению почв, что объясняется изменением его качественного состава в сторону фульватности, особенно в почвах под насаждениями.
Все древесные породы по влиянию на изменение кислотности почв за более чем 40-летний период можно разделить на 4 группы: I – сильно повышающие кислотность почвы (рН солевой < 4,5) – пихты белокорая и субальпийская, псевдотсуга Мензиса, ель обыкновенная, дуб черешчатый; II – средне повышающие (4,5-5,0) – сосны: веймутовая, черная, сербская, гибкая, гибридная, тяжелая, Муррея, кедры: сибирский, европейский, корейский, пихты Вича и цельнолистная, лиственница японская; III – слабо подкисляющие почвы (5,1–5,5) – пихты сахалинская и одноцветная, сосны Банкса и румелийская, дуб северный; IV – с неясно выраженной способностью к изменению реакции почвы (рН 5,5-6,0) – березы бумажная и плосколистная, сосна обыкновенная.
Многолетняя динамика рН. Для выяснения динамики рН почвенного раствора в течение длительного времени рассмотрим ее величины под древесными породами разного состава и возраста – 45-47 лет и 70 лет (табл. 6).
Из данных таблицы 6 следует, что за 25-летний период с 1975 по 2000 г. г. реакция почвы пашни в слое 0-20 см не изменилась и оставалась на уровне слабокислой (рН=5,1-5,5). Она была такой же и в подпахотном слое чернозема. Под 45-47-летними насаждениями (1975г.) наиболее сильное изменение в кислую сторону по сравнению с контролем произошло под елью и сосной обыкновенной.
Таблица 6
Величины рН КСl (х ± t 0,05Sx) черноземов выщелоченных (Моховое) под различными
насаждениями (числ.–1975; знам. – 2000 г).
| Древесная порода | Глубина, см | |||||
| 0 -10 | 10-20 | 20-30 | 40-50 | 60-70 | 90-100 | |
| Сосна веймутовая | 4,8±0,24 4,54±0,14 | 4,67±0,16 4,57±0,17 | 4,75±0,16 4,72±0,15 | 4,8±0,14 4,82±0,2 | 4,88±0,3 4,99±0,4 | 5,94±1,21 5,20±0,9 |
| Ель обыкно- венная | 4,26±0,09 4,24±0,39 | 4,41±0,11 4,37±0,3 | 4,63±0,11 4,55±0,23 | 4,70±0,26 4,95±0,24 | 4,73±0,38 5,2±0,8 | 6,4±2,4 5,6±1,8 |
| Лиственни- ца Сукачева | 4,55±0,08 4,54±0,12 | 4,65±0,11 4,40±0,15 | 4,70±0,08 4,37±0,17 | 4,90±0,21 5,13±0,2 | 4,92±0,2 5,21±0,3 | 4,99±0,9 5,4±1,1 |
| Сосна обык- новенная | 4,26±0,15 4,21±0,21 | 4,74±0,09 4,32±0,26 | 4,74±0,11 4,51±0,3 | 4,9±0,21 4,85±0,4 | 4,96±0,27 5,07±-0,5 | 5,6±1,2 - |
| Дуб череш- чатый | 5,3±0,19 5,27±0,31 | 4,7±0,14 4,45±0,27 | 4,61±0,15 4,3±0,24 | 4,7±0,17 4,26±0,3 | 4,76±0,24 4,29±0,32 | 4,92±1,4 4,27±1,31 |
| Пашня (Контроль) | 5,14±0,13 5,07±0,29 | - - | 5,12±0,26 5,06±0,27 | 5,14±0,4 5,21±0,26 | 5,0±0,4 5,2±0,35 | 5,4±1,35 5,63±1,29 |
Эти различия были достоверны при 5%-ном уровне значимости и коэффициенте вариации (V) 4,0–6,09%. Меньший сдвиг реакции в кислую сторону был под лиственницей (на 0,59 единицы рН) и сосной веймутовой (0,34 единицы рН), но различия с пашней были еще существенны (tf = 3,63 > tt = 2,57 и tf = 3,09 > tt = 2,57, соответственно). Напротив, под дубом черешчатым в верхнем 10-см слое кислотность изменилась в сторону нейтральной реакции (на 0,16 единицы рН), а различие с пашней было недостоверным.
Увеличение срока произрастания древесных пород в среднем до 70 лет сохранило значение рН на прежнем уровне, за исключением сосны веймутовой, под которой произошло некоторое подкисление в этом слое. Сохранилась и достоверность различий с контролем.
Вниз по профилю под всеми хвойными породами произошел сдвиг кислотности в сторону реакции близкой к нейтральной уже в слое 10-20 см, но достоверность различий с пашней начиная с глубины 40-50 см отсутствует, за исключением почвы под 65-летней сосной веймутовой. В то же время под дубом она достоверно изменилась в кислую сторону, сохраняя эту тенденцию до глубины 100 см.
Почвенный поглощающий комплекс выщелоченных черноземов. В содержании и распределении обменных катионов в выщелоченных черноземах в условиях Мохового и в дендрарии ЛОСС трудно установить четкие закономерности, обусловленные составом насаждений. И в том, и в другом случае под одновозрастными насаждениями (45-47 лет) сумма обменных катионов имеет примерно одинаковые интервалы колебаний и среди хвойных (38,0-49,0 ммоль /100 г. почвы) и среди лиственных (34,0-47,0 ммоль /100 г) пород. Высокое содержание обменных катионов в подстилке (34-93 в среднем 59 ммоль/100 г) на момент обследования не оказало влияния на их величину в верхнем 20-сантиметровом слое почвы и было примерно таким же как в почве на залежных участках. Это возможно объясняется интенсивным вовлечением катионов в биологический круговорот. Вниз по профилю их содержание постепенно уменьшается. Длительность произрастания древесных пород не привела к увеличению обменных катионов, а даже снизило их количество в почве, что, видимо, связано с более интенсивным потреблением их древостоем.
Гидролитическая кислотность в черноземах под хвойными породами достигает значительных величин (11-16 ммоль/100 г) уже при 45-47-летнем их произрастании и может увеличиваться с возрастом, как, например, под елью, или лиственницей, составляя 1/3 от емкости поглощения. Вниз по профилю под всеми породами (кроме дуба) происходит снижение ее величины. Под насаждениями дуба, наоборот, вниз по профилю происходит увеличение содержания гидролитической кислотности. Это наблюдается под его насаждениями всех возрастов (классов роста).
Подвижные питательные элементы. В содержании подвижного фосфора, нельзя отметить различий, обусловленных влиянием древесных пород. Даже очень высокое количество фосфора в подстилке не повлияло на накопление его в почве в связи со значительной подвижностью и быстрым вовлечением в биологический круговорот [Ремезов, Погребняк, 1965].
В то же время содержание обменного калия, в верхнем 10 см слое имеет четко выраженную зависимость от состава насаждений, увеличиваясь в ряду от сосны веймутовой (20,7±0,5) к дубу черешчатому (35,6±1,6). Это обусловлено в значительной степени очень высокой величиной калия - от 48 мг/100 г подстилки у сосны веймутовой до 574 мг у дуба черешчатого. В большинстве случаев различия в накоплении обменного калия под древесными породами по сравнению с пашней достоверны.
Таким образом, сравнительный анализ данных по влиянию хвойных и лиственных
пород в возрасте 25, 50 и 70 лет на выщелоченные черноземы показал, что с увеличением возраста насаждений в почве произошли положительные изменения в верхних гумусовых горизонтах по сравнению с пашней. Это выразилось в достоверном увеличении мощности гумусовых горизонтов А+АВ, уменьшении плотности сложения; улучшении структуры и ее водопрочности в верхнем 30-см слое, повышении и стабилизации содержания гумуса и его запасов. Вместе с этим, в их профиле отмечается более интенсивное накопление илистых частиц (гор. Вt и Вса) в результате процессов лессиважа и оглинивания, усиление выраженности белесой присыпки, некоторое повышение кислотности,
изменение качественного состава гумуса в почве под дубом, сосной и лиственницей.
Однако эти изменения не привели к изменению почвообразовательного процесса, и почвы устойчиво сохраняют зональный тип почвообразования, создавая благоприятные условия для произрастания высокопродуктивных насаждений (на уровне I-Ia класса бонитета) разного породного состава.
Лесорастительные свойства почв и продуктивность древесных пород
Условием успешной интродукции инорайонных пород является подбор экологических условий, которые бы соответствовали их биологическим особенностям.
В этом плане рассмотрим лесорастительные свойства почв и климатические показатели основных районов произрастания лесообразующих интродуцированных древесных пород на территории европейской части России и сопредельных государств с целью разработки модели экологических условий их оптимального роста.
Псевдотсуга Мензиса (Pseudotsuga menziesii Mirb. Franko). Взаимосвязь про-дуктивности насаждений псевдотсуги от почвенно-климатических факторов оценивали по величине КЭПИ. За показатель продуктивности брался средний прирост по запасу древесины в чистых культурах при полноте сомкнутости 1.0, который в исследуемых насаждениях варьировал от 5,1 до 15,5 м3/га. Этот интервал разбивали на три ранга: <10, 10-13 и >13.
Почвенные показатели в районах произрастания псевдотсуги (и далее других пород), влияющие на ее продуктивность в зависимости от величины КЭПИ также ранжировали на 3, (иногда на 4) ранга следующим образом: содержание частиц физической глины (%) в слое 0-100 см (max КЭПИ = 0,370) разбивали на 4 ранга: 1) < 10, 2) 10-20, 3) 20-30, 4) >30; рНКСl в профиле - на 3 ранга: 1)<4,0, 2) 4,0-4,5, 3) >4,5; запасы обменного калия в КОС (кг/га): 1) < 1000, 2) 1000-2000, 3) > 2000; общая порозность в гор. А+АВ (%): 1) < 45, 2) 45-55, 3) > 55; мощность горизонта А (cм): 1) < 15, 2) 15-25, 3) > 25; степень насыщенности основаниями (%) в гор. А: 1) < 50, 2) 50-70, 3) > 70; сумма обменных катионов в гор. А+В (АВ) (ммоль на 100 г. почвы): 1) < 3, 2) 3-10, 3) >10; плотность сложения гор. А (г/см3): 1) < 1,0, 2) 1,0-1,3, 3) > 1,3; запасы подвижного фосфора в КОС (кг/га): 1) < 1000, 2) 1000-2000, 3) > 2000; влажность в КОС (% от веса почвы): 1) < 15, 2) 15-25, 3) > 25; гумус в гор. А (%): – 1) < 3,0, 2) 3,0-5,0, 3) > 5,0; запасы гумуса в слое 0-100 см (т/га): 1) < 100, 2) 100-200, 3) >200; запасы обменных катионов в слое 0-100 см (т/га): 1) < 5, 2) 5-10, 3) > 10.
Климатические показатели разбивали также на три ранга: осадки за год (мм) – 1) < 600, 2) 600-700, 3) > 700; абсолютный минимум температур (ОС): 1) < -35, 2)-35 - -38, 3) > -38; активных t >+10 ОС: 1) < 2300, 2) 2300-2500, 3) > 2500; ГТК: 1) < 1,5, 2) 1,5 -1,6, 3) >1,6; осадки за вегетацию (мм): 1) < 300, 2) 300-500, 3) > 500; относительная влажность воздуха (%): 1) < 55, 2) 55-60, 3) > 60; вегетационный период (дни): 1) < 150, 2) 150-155, 3) > 155; безморозный период (дни): 1) <160, 2) 160-170, 3) >170; абсолютный максимум температур (ОС): 1) < 36, 2) 36-37, 3) > 37; среднегодовая температура (ОС): 1) < +5, 2) +5 - +7, 3) > +7.
Для каждого состояния (ранга) факторов выделяли специфические ранги приростов.
Результаты показали, что среди почвенных факторов высокое влияние на продуктивность псевдотсуги оказывают гранулометрический состав в слое 0-100 см, рН в профиле почв, запасы обменного калия в КОС, порозность гумусовых горизонтов (КЭПИ= 0,370-0,300). Повышенное влияние оказывают мощность горизонта А, степень насыщенности основаниями в гор. А и обменные катионы в гумусовых горизонтах (КЭПИ = 0,290-0,260). Среднюю степень связи с продуктивностью имеют: плотность сложения в гор. А, запасы подвижного фосфора и влажность в КОС. Очень слабым оказалось влияние гумуса и его запасов, а также запасов обменных оснований (Рис. 3 (а), ряд 1).
Среди климатических показателей высокое влияние на продуктивность имеют осадки за год, отрицательные температуры, сумма температур выше +100С, ГТК территории (КЭПИ = 0,357-0,303). Осадки за вегетацию, относительная влажность воздуха и вегета-
ционный период оказывают повышенное влияние на продуктивность (КЭПИ=0,255 - 0,221). Низкое влияние (КЭПИ = 0,119-0,100) оказывают: безморозный период и среднегодовая температура (Рис. 3 (б), ряд 1).
На основании полученных условных распределений были выявлены ранги про-дуктивности наиболее характерные для каждого ранга факторов. Они свидетельствуют о том, что продуктивность псевдотсуги находится в прямой зависимости практически от всех почвенно-климатических показателей кроме абсолютного минимума температур и плотности сложения почвы, имеющих обратную зависимость.
Полученные данные позволяют описать следующую модель оптимального роста. Псевдотсуга будет успешно расти на бурых лесных, дерново-подзолистых, светло-серых и темно-серых лесных почвах, оподзоленных и выщелоченных черноземах супесчаного, легко,- среднесуглинистого гранулометрического состава с мощностью горизонта А не менее 15-25 см. Она выносит сильнокислую и кислую реакцию в профиле (рНКСl 4,0-4,5), а, возможно, и способствует ее созданию. Степень насыщенности основаниями почвы должна быть в пределах 50-70%, при ее увеличении сверх 70% снижается продуктивность. Образует продуктивные насаждения при содержании обменных оснований в горизонтах А+АВ (В) в пределах 3-10 ммоля/100 г почвы. Требовательна к запасам обменного калия в КОС почвы (> 2000 кг/га), к запасам подвижного фосфора менее требовательна (1000-2000 кг/га в КОС). Предпочитает плотность сложения в гор. А менее 1,0 г/см3 с порозностью в гумусовых горизонтах А+АВ (В) - > 55%. Содержание гумуса в пределах 3-5% в гор. А и его запасами 100-200 т/га в слое 0-100 см является достаточным для успешного роста. Что касается степени влагообеспеченности, то оптимальная величина полевой влажности в КОС лежит в пределах 15-25%, т. е. эта порода предпочитает в основном свежие и умеренно влажные условия местообитания.
Певдотсуга покзывает высокую продуктивность при годовом количестве осадков, не менее 600-700 мм, при 300-500 мм – за вегетацию, при ГТК > 1,5, относительной влажности воздуха > 60% за вегетационный период и при сумме температур выше +10О C >2500. Перечисленные показатели позволяют рекомендовать псевдотсугу Мензиса в лесные культуры Калининградской, Московской, Тульской, Липецкой, Рязанской, Смоленской, Брянской, Тверской, Калужской, Орловской, Курской, северной части Воронежской, Тамбовской, Пензенской областей [Калуцкий и др.,1982]. Уравнение логической функции, описывающей влияние экологических факторов на продуктивность насаждений псевдотсуги Мензиса будет иметь следующий вид: А= (b4Vg5)v(nxy)x(k3xr)))).
Взятая для сравнения в качестве экологически замещаемой породы ель обыкновен-
ная в местах интродукции псевдотсуги также растет на уровне I-Ia класса на бурых лесных, дерново-подзолистых, светло-серых лесных почвах, выщелоченных черноземах, а также на песчаных слабогумусированных почвах. Средний прирост по запасу, колеблется в исследуемых насаждениях от 3,2 до 10,8 м3/га.
Ель имеет несколько иную зависимость продуктивности от экологических факторов. Среди свойств почв (Рис. 3 (а), ряд 2) повышенное влияние на продуктивность оказывают запасы обменного калия в А+АВ(В) и подвижного фосфора в КОС, обменные катионы в профиле, степень насыщенности основаниями в гор. А, гумус в гор. А+ АВ (В) и содержание физической глины в КОС (КЭПИ=0,265-0,219).
а
б
Рис. 3. Влияние почвенных (а) и климатических (б) показателей на продуктивность псевдотсуги (ряд 1) и ели обыкновенной (ряд 2). (Условные обозначения к рис. 3-6 даны на стр. 7).
Среди климатических факторов (Рис. 3 (б), ряд 2) высокую степень влияния на продуктивность ели имеет среднегодовая температура. Осадки за вегетацию, ГТК, осадки за год и абсолютный максимум температуры – повышенное влияние. Все остальные - в основном среднюю степень влияния. Уравнение логической функции для ели выглядит так: А=uV(ox (k2xl3)x(oxb3xf2))).
Следует отметить, что различия в сочетании почвенных и климатических пока-зателей, влияющих на продуктивность сравниваемых древесных пород, обусловлены их биологическими особенностями, что, вероятно, объясняет более высокую продуктивность псевдотсуги Мензиса по сравнению с елью обыкновенной в аналогичных условиях местопроизрастания.
Сосна веймутовая (Pinus strobus). Проведенный расчет средневзвешенных значений почвенных показателей свидетельствует о вариабельности почвенных признаков как под сосной веймутовой так и под сосной обыкновенной и по большинству показателей они близки между собой.
В местах ее произрастания запас древесины колеблется в пределах 173-1199 м3/га в зависимости от возраста насаждений (22-100 лет) и типов местообитаний. Средний прирост по запасу, в исследуемых насаждениях от 6,1 до 18,9 м3/га, разделили на ранги: <10, 10-15 и >15. Анализ зависимости продуктивности насаждений сосны веймутовой от почвенных и климатических факторов провели анaлогично ранее описанной породе. Результаты показали, что повышенное влияние на продуктивность сосны веймутовой оказывает степень насыщенности основаниями и влажность почвы в пределах КОС (КЭПИ = 0,265-0,209). Среднюю степень связи с продуктивностью имеют: гранулометрический состав, обменные катионы, плотность сложения в КОС, запасы подвижного фосфора в слое 0-100 см (КЭПИ=0,173-0,155), низкую - рНКСI, запасы обменного калия и пороз
ность в гор. А, а также содержание гумуса в почвенном профиле.
Слабым оказалось влияние мощности почв, а также запасов гумуса (Рис. 4 (а), ряд 1).
Среди климатических показателей (Рис. 4 (б), ряд 1) очень высокую степень связи с продуктивностью обнаруживают относительная влажность воздуха (КЭПИ = 0,418), высокую - годовая сумма осадков (КЭПИ=0.388), среднегодовая температура, продолжительность безморозного периода, осадки за вегетационный период и абсолютный минимум температур оказывают повышенное влияние (КЭПИ = 0,236-0,288). Средним было влияние ГТК, продолжительности вегетационного периода и абсолютного максимума температур (КЭПИ = 0,163-0,193). Слабую степень связи с продуктивностью имеет сумма активных температур.
Исходя из этого, можно спрогнозировать экологические условия для оптимального роста сосны веймутовой. Она успешно будет расти на уровне Ia бонитета в условиях с суммой активных температур более + 100 > 25000C, с годовой суммой осадков в пределах 550-655 мм при относительной влажности воздуха не ниже 70%. Благоприятный для ее роста ГТК должен превышать 1.4. Вегетационный период в местах ее произрастания должен быть не менее 157 дней, а безморозный период – 165 дней. Наивысшая продуктивность достигается, если зимняя температура не опускается ниже -350С, а летняя не превышает + 370С. Среднегодовая температура не должна быть <+70С.
Что касается почвенных условий, то она хорошо растет на глубоких хорошо развитых почах супесчаного, легко,- среднесуглинистого гранулометрического состава при полевой влажности > 10-16% от веса почвы, что не противоречит литературным данным [Иванов и др.,1975; Эйзенрейх,1959]. Выдерживает повышенную плотность сложения в корнеобитаемом слое на уровне 1,25-1,40 г/см3, что позволяет корневой системе проникать глубже 150 см.. Достаточно плодородными могут считаться почвы со средневзвешенным содержанием гумуса в их профиле >1-2%, при наличии запасов фосфора в пределах 300-1000 кг/га в слое 0-100 см и 100-500 кг/га калия в гумусовом горизонте А и обменных оснований в КОС не менее 10 ммоль /100 г. Сосна веймутовая выдерживает сильнокислую реакцию почв рНКСI 4.5 в горизонте А, при степени насыщенности основаниями в КОС < 60%. Общая порозность в горизонте А не должна быть менее 60%. Выявленные экологические показатели позволяют составить уравнение логической функции сосны веймутовой: А=pV(nx(ux(i3xt))).
Приведенная модель почвенно-климатических показателей позволяет рекомендовать сосну веймутовую в лесные культуры на территории следующих областей РФ: Калининградской, Псковской, Новгородской, Брянской, Калужской, Тульской, Рязанской, Московской, Тверской, Смоленской, Владимирской, Нижегородской, Курской, Орловской, Липецкой, Тамбовской, Белгородской, севера Воронежской, Пензенской, Ивановской и республики Марий Эл.
Сосна обыкновенная в аналогичных условиях имеет средний прирост по запасу, от 3,3 до 10,7 м3/га, т.е. намного ниже, чем у сосны веймутовой. Она имеет почти такую же модель почвенных условий (Рис. 4 (а), ряд 2) как и сосна веймутовая, но диапазон ее наилучшего роста смещается в сторону более легких по гранулометрическому составу почв – супесчаных-легкосуглинистых.
На нее, как экологически замещаемую породу, повышенное влияние оказывает обменный калий в горизонтах А+ АВ (В) с запасами до 500 кг/га и порозность в метровой толще в пределах 45-50%. Остальные показатели имеют слабое влияние, т.е. сосна обыкновенная довольствуется низким уровнем почвенного плодородия, что и наблюдается в природе.
Что касается климатических показателей (Рис. 4 (б), ряд 2), то также как и у сосны
б)
а)
Рис. 4. Влияние почвенных (а) и климатических (б) показателей на продуктивность
сосны веймутовой (ряд 1) и сосны обыкновенной (ряд 2).
веймутовой повышенное влияние на ее продуктивность оказывает относительная влажность воздуха с той лишь разницей, что сосна обыкновенная лучше растет в интервале средних (60-70%), а сосна веймутовая – при максимальных (70%) ее показателях. Кроме того, сосна обыкновенная менее требовательна к остальным климатическим показателям в их количественном отношении. Уравнение логической функции для сосны обыкновенной имеет такое выражение А=(k2xp)x(d4x(yxh3)))
Сосна Муррея (Pinus Мurrayana). Ее искусственный ареал оптимальной лесоводственной культуры занимает весь северо-запад и центр нечерноземной зоны России, прибалтийские страны [Калуцкий и др, 1982;], Беларусь [Биология древесных растений, 1975]. Ее культуры произрастают в различных условиях ЦЧО. Средний прирост сосны Муррея по запасу, колеблется в исследуемых насаждениях от 3,3 до 10,0 м3/га.
Проведенный анализ зависимости продуктивности насаждений сосны Муррея от почвенных факторов (Рис. 5 (а), ряд 1) показал очень высокое влияние мощности и порозности гумусового горизонта А/АЕ (КЭПИ = 0,420-0,453), высокое - рН в КОС, запасы подвижного фосфора в горизонте А/АЕ+В и обменного калия в КОС, а также содержание гумуса в профиле (КЭПИ = 0,304-0,373). Повышенную степень влияния имеют: плотность сложения и обменные катионы в КОС, а также степень насыщенности основаниями в метровой толще (КЭПИ = 0,230-0,214). Слабым было влияние гранулометрического состава в профиле и запасов гумуса.
Среди климатических показателей (Рис. 5 (б), ряд 1) очень высокое влияние на продуктивность оказывает относительная влажность воздуха (КЭПИ = 0,410), высокое – максимум температур (КЭПИ = 0,313). Сумма активных температур, ГТК, осадки за вегетацию имеют повышенное влияние (КЭПИ = 0,276-0,237). Абсолютный минимум температур, безморозный период, осадки за год имеют среднюю степень связи (КЭПИ = 0,178-0,193), осадки за год – низкую (КЭПИ= 0,141), а вегетационный период и средняя годовая температура – слабую.
По нашим данным сосна Муррея будет хорошо расти на сильнокислых и кислых почвах (рНКСI 4.2-5,0), с содержанием обменных оснований > 10-20 ммоль /100 г. при степени насыщенности основаниями менее 70%. Эта порода может успешно расти на бедных по содержанию гумуса почвах – 1,3%, при низких его запасах в слое 0-100 см (190 т/га). Мощность гумусовых горизонтов А/АЕ может быть в пределах 11-20 см. Достаточными запасами подвижного фосфора в гор. А/АЕ можно считать 100-500 кг/га, а обменного калия в КОС – более 100 кг/га. Уравнение логической функции будет таким: А=a1V(d1xp)x(g3x(l2xzxk3)))).
Сосну Муррея следует рекомендовать в лесные культуры Карелии, Калининградской, Ленинградской, Вологодской, Новгородской, Псковской, Тверской, Московской, Ивановской, Смоленской, Брянской, Калужской, Нижегородской областей, южной половины Коми АО, Ярославской, Владимирской, Костромской, Кировской, юга Архангельской и западной части Пермской областей, а также севера Удмуртии. Вместе с этим, следует отметить, что ее культуры растут по Ia бонитету на темно-серых лесных почвах, сформировавшихся на склонах крутизной 5-10О в условиях Моховского лесничества Орловской области и в дендрарии ЛОСС.
а)
б)
Рис. 5. Влияние почвенных (а) и климатических (б) показателей на продуктив-
ность сосны Муррея (ряд 1) и сосны обыкновенной (ряд 2).
В качестве экологически замещаемой породы в районах ее произрастания также является сосна обыкновенная, средний прирост которой по запасу, колеблется от 4,5 до 10,5 м3/га. Сосна обыкновенная в районах произрастания сосны Муррея показывает такую же продуктивность. Однако сочетание почвенных показателей другое (Рис 5 (а), ряд 2). Среди них ведущими являются: гумус в профиле (> 1,0% ), рН в гор. А+АВ (В) – (< 4,1; 4,1-4,5) и плотность сложения в гор. А ( < 1,0 г). Среди климатических (рис. 5 (б),
ряд 2) - ведущими являются: ГТК (1,1-1,3 и < 1,1), вегетационный период (135-150 и более дней) и осадки за вегетацию в пределах 300-350 мм. Уравнение логической функции имеет вид: А=f5V(qx(g2xs)x(oxc1)
Дуб северный (Quercus borealis Michx.) Средний прирост по запасу, варьировал в исследуемых насаждениях от 4,5 до 10,2 м3/га.
Анализ зависимости продуктивности насаждений дуба северного от почвенных факторов (Рис. 6 (а), ряд 1) показал, что высокое влияние оказывают рН в КОС и степень насыщенности основаниями в гор. А+АВ (В) (КЭПИ=0,337-0,309). Повышенную степень связи имеют: обменные катионы в гор. А+АВ (В), плотность сложения в профиле, мощность горизонтов А+АВ (В), запасы подвижного фосфора в гор. А+АВ (В) и общая порозность в КОС (КЭПИ=0,282-0,206). Среднюю степень влияния на продуктивность оказывает содержание гумуса в гумусовых горизонтах и содержание физической глины. Слабым оказалось влияние запасов обменного калия.
Среди климатических показателей (Рис. 6 (б), ряд 1) наивысшую степень связи с продуктивностью обнаруживают: ГТК, осадки за вегетацию, относительная влажность воздуха и сумма активных температур (КЭПИ = 0,608- 0,530), высокую – осадки за год и за вегетационный период и абсолютный минимум температур (КЭПИ = 0,354-0,306). Безморозный период и абсолютный максимум температур оказывают повышенное влияние на продуктивность (КЭПИ = 0,223-0,202). Годовая температура имеет среднюю степень влияния на продуктивность дуба северного (КЭПИ = 0,176). Полученные данные позволяет составить модель почвенно-климатических условий, обеспечивающих его рост на уровне I-Ia бонитета
Дуб северный будет успешно расти на бурых лесных, дерново-подзолистых, темно-серых лесных, выщелоченных черноземах легко,-среднесуглинистого гранулометрического состава в КОС с мощностью горизонтов А+АВ (В) > 75 см. Для него наиболее благоприятными являются рыхлые (dv = <1,0 г/см3 в гор. А, с порозностью более 50% в КОС) почвы с содержанием гумуса в КОС более 1,0% при наличии запасов подвижного калия в горизонтах А+АВ (В) более 1000 кг/га, фосфора - менее 100 кг/га и обменных оснований в пределах 5-10 ммоль/100 г почвы. Степень насыщенности основаниями должна быть в пределах 40-60%. Дуб северный выдерживает сильнокислую реакцию почв – рНКСl 4,0-4,5 в КОС. Это не противоречит данным Эйзенрейха (1959), который указывает, что дуб северный способен расти даже на кислых кварцевых порфиритах и Ф. Н. Харитоновича [1975], который отмечает, что дуб северный более устойчив к повышенной кислотности, чем дуб черешчатый.
Оптимальные климатические условия для успешного роста дуба северного на уровне
Iа бонитета должны быть следующими. Он хорошо растет в условиях с суммой температур более +100 > 2475 0C, с годовой суммой осадков 600-700 мм, а за вегетацию - 350-500 мм, при относительной влажности воздуха > 73%. Благоприятный для успешного роста ГТК должен быть не менее 1,3. Вегетациионый период в местах его произрастания должен быть > 160 дней, а безморозный период – > 157 дней. Наивысшая продуктивность достигается, если зимняя температура не опускается ниже -350С, а летняя не превышает +360С. Среднегодовая температура не должна быть ниже +60С. По совокупности почвенно-климатических показателей составлено уравнение логической функции: А=(qxo)x(pxr)x(nx (g3xs).
Анализ лесорастительных условий позволяет установить довольно ограниченный специфический искусственный ареал, в пределах которого культуры дуба северного оказываются в определенных почвенных условиях, значительно более продуктивными, чем культуры дуба черешчатого. Исходя из этого, лесные промышленные культуры в РФ рекомендуются в Калининградской и Брянской областях. Ареал озеленительной его культуры, где он в полной мере проявляет преимущества в декоративности и газоустойчивости перед дубом черешчатым занимает кроме вышеперечисленных областей еще Смоленскую, Калужскую, Тульскую, Московскую, Липецкую, Тамбовскую, Курскую, Орловскую, северную часть Воронежской областей.
Дуб черешчатый (Quercus robur), произрастающий в аналогичных условиях (Рис 6 (а) и (б), ряд 2), имеет несколько другие зависимости от почвенных и климатических условий. Средний прирост по запасу, в этих насаждениях составляет от 3,7 до 10,8 м3/га. Исследования показали, что дуб черешчатый в местах произрастания дуба северного на светло-серых лесных, дерново-подзолистых супесчаных, слабогумусированных песках и выщелоченных черноземах растет лишь на уровне II-III бонитета, а на уровне I-Ia бонитета он растет на бурых лесных почвах в северо-западной и юго-западной частях Русской равнины.
В этих условиях модель лесорастительных условий имеет другие почвенно-климатические показатели, чем у дуба северного. Для дуба черешчатого уравнение логической функции имеет вид: А=i2V(e3xu)x(txn)x(px(ox(sxb2))).
а)
б)
Рис. 6. Влияние почвенных (а) и климатических (б) показателей на продуктивность дуба северного (ряд 1) и дуба черешчатого (ряд 2).
Прогнозирование продуктивности древесных пород
Для прогнозирования прироста различных древесных пород и продуктивности насаждений в целом в зависимости от почвенно-климатической ситуации конкретной территории нами использовалась методика нечеткого моделирования [Леденева, 2006], согласно которой зависимость значений выходной переменной (в данном случае величина прироста) от набора входных переменных формализуется с помощью понятия нечеткой системы. Нечеткая система представляет собой модель, для построения которой используется аппарат нечетких множеств и нечеткая логика.
Специфика задачи, решаемой нечеткой системой, в значительной степени определяется базой правил и лингвистическим представлением входных и выходной переменных. Для построения нечеткой системы, осуществляющей прогнозирование продуктивности древесных пород, использовался модуль Fuzzy Logic Toolbox пакета MatLab.
Был проведен анализ, в рамках которого для каждой породы рассчитывались коэффициенты эффективности передачи информации (КЭПИ), позволяющие установить степень влияния каждого почвенно-климатического показателя на величину прироста.
Данный подход позволил упорядочить почвенно-климатические показатели по степени важности для повышения прироста (и в целом продуктивности) интродуцентов и для каждой породы сформировать индивидуальный перечень показателей, которые в дальнейшем рассматривались в качестве входных переменных нечеткой системы.
На основе данных диссертационного исследования были сформированы базы правил для интродуцированных (и местных) древесных пород, позволяющие по конкретным значениям почвенно-климатических показателей прогнозировать объем прироста насаждений, а также определять значения этих показателей, при которых ожидается высокий, средний или низкий объем прироста конкретной породы.
Задав конкретные значения показателей можно определить объем прироста. Последний был получен для всех рассматриваемых в исследовании интродуцированных древесных пород. Это позволило на основе почвенно-климатических показателей исследуемой территории сравнить величину прироста (рис. 7) и сделать выводы относительно целесообразности выращивания интродуцентов в данном районе.
Рис. 7 – Гистограмма величины годового прироста интродуцентов на примере Калининградской области.
РАСТИТЕЛЬНАЯ ДИАГНОСТИКА И ОБЕСПЕЧЕННОСТЬ ДРЕВЕСНЫХ
ПОРОД АЗОТОМ, ФОСФОРОМ, КАЛИЕМ ПРИ РАЗНЫХ УРОВНЯХ
ПРОДУКТИВНОСТИ
Mетод растительной (хвое-листовой) диагностики успешно использовался при выращивании посадочного материала, при оценке и контроле за ходом роста географических культур, при внесении удобрений под лесные культуры, при оценке продуктивности древесных пород [Журбицкий, 1963; Лавриченко, 1968; Шумаков и др.,1970, 1977; Тимакова,1970; Смольянинов, 1970; Костылева, 1973; Шлейнис, Рагуотис, 1976; Победов, 1977; Стебакова, Белобородов, 1987; Wittich, 1958; Wehrmann, 1959, 1963; Morrison, 1974].
Первоначально в своей работе мы установили сроки отбора образцов, характе-ризующихся наиболее стабильным содержанием основных питательных веществ в хвое (листьях) 45-47-летних интродуцированных и местных древесных пород в ЛОСС. По нашим данным оптимальным периодом является конец августа (лиственные) – сентябрь-ноябрь (хвойные). В последующем во время экспедиционных исследований мы придерживались этих сроков отбора образцов хвои (листьев).
Для ряда местных древесных пород (сосны и ели), получены так называемые «предельные числа» достаточности или недостаточности содержания азота, фосфора и калия в хвое. Однако для большинства интродуцентов, за исключением видов пихты [Александрович, Беляев, Болотов, 1976], таких данных нет. Исследования показали, что пределами, обеспечивающими высокую продуктивность псевдотсуги Мензиса на уровне I-Ia класса бонитета является содержание в хвое текущего года: азота 1,40 – 1,80%, фосфора –0,20-0,30 и калия – 0,60-0,92%, но они не дают четких придержек для различных классов роста. Более показательной оценкой, является соотношение элементов в хвое. Рассчитанные нами величины показывают определенную закономерность их в зависимости от уровня роста (табл. 7). Так, для самого высокого Ia класса бонитета псевдотсуги соотношение N:P:K составляет 61,3:9,5:29,7, что близко для имеющихся данных по ели
обыкновенной [Лавриченко, 1968], которую мы приняли в качестве эталонной породы.
Для I класса это соотношение составляет 55,4: 16,2:28,4 и для II класса – 53,6:13,6: 32,8.
Из этого следует, что с ухудшением роста ослабляется накопление азота в хвое и увеличивается содержание фосфора и калия. То есть, если отношение 61,3:9,5:29,7 принять как некое «видовое генотипическое отношение», то всякое отклонение от него будет
свидетельствовать о несбалансированности питания и будет сказываться на ухудшении
роста.
Таблица 7
Соотношение N : Р : К в хвое (листьях) зависимости от классов бонитетов древесных пород
| Древесные породы | Классы бонитета | ||
| Ia | I | II | |
| Псевдотсуга Мензиса | 61,3:9,5:29,7 | 55,4:16,2:28,4 | 53,6:13,6:32,8 |
| Ель обыкновенная* | 56,0:12,8:31,2 | 53,9:15,2:30,9 | 53,6:13,6: 32,8 |
| Сосна веймутовая | 64,2:12,6:23,2 | 61,8:13,7:24,5 | 61,6:16,7:21,7 |
| Сосна обыкновенная* | 65,4:10,4:24,2 | 62,7:12,7:24,6 | 60,2:14,8:25,0 |
| Сосна Муррея | 64,9:10,8:24,3 | 64,3:12,5:23,2 | 61.1:12.4:26.5- |
| Сосна обыкновенная* | 66,2:13,9:19,9 | 63,7:11,3:25,0 | 58,4:15,7:25,9 |
| Дуб северный | 61,3:13,3:25,4 | 56,6:11,4:32,0 | 55,2:10,1:34,7 |
| Дуб черешчатый* | 62,1:13,6:24,3- | 57,3:14,1:28,6 | 52,4:16,2:31,4 |
Примечание: *) экологозамещаемые древесные породы.
У сосны веймутовой пределами, обеспечивающими высокую продуктивность на уровне Ia класса бонитета, являются величины: по азоту > 1.90% (М= 1.8 ±0.09; V=10%; n= 18), по фосфору < 0.37% (M= 0.4± 0.04; V = 22.2; n= 18) и по калию – 0.6-0.7% (M = 0.66± 0.5; V = 15.8; n = 18). Для первого класса бонитета соответственно: 1.70-1.90% N, 0.37-0.45% P205 и > 0.70% K20. Рассчитанное соотношение элементов в хвое показывает, что для самого высокого Ia класса бонитета соотношение N:Р:К составляет 64.2:12.6:23.2, что несколько меньше по азоту и калию и больше по фосфору, чем у сосны обыкновенной (65,4 : 10.4 : 24,3), которую условно можно принять в качестве эталонной породы в тех же условиях. Для I класса бонитета это соотношение составляет у сосны веймутовой 61,8:13,7:24,5, для II класса – 61,6:16,7:21,7, т.е. с повышением содержания калия и фосфора в почве происходит нарушение равновесия между элементами-биофилами, что приводит к ухудшению ее роста. Таким образом, отношение 64,2:12,6:23,2 можно принять в качестве «видового генотипического отношения» для Ia класса бонитета сосны веймутовой.
Аналогичный анализ был проведен и по зависимости роста культур сосны Муррея от содержания элементов питания. В качестве эталонной породы также была взята сосна обыкновенная в тех же условиях. Проведенная оценка продуктивности насаждений сосны Муррея в зависимости от условий почвенного плодородия методом листового анализа показала, что пределами, обеспечивающими высокую продуктивность на уровне Ia класса бонитета являются величины: по азоту – 1.91%, по фосфору – 0.27% и по калию- 0.62%. Для I – соответственно: 1.51%-0.28%-0.53%, для II – 1.39%-0.28%-0.61%, т. е. с уменьшением класса бонитета уменьшается накопление в однолетней хвое азота, исходя из чего можно говорить о преобладающей его роли в питании сосны Муррея. Коэффициенты соотношения элементов N:P:K в хвое составляют: для Ia бонитета 64,9:10,8:24,3, для I – 64,3:12,5:23,2, для II – 61.1:12.4:26.5, т.е. с уменьшением содержания азота в хвое возрастает количество фосфора и калия, что приводит к ухудшению роста сосны Муррея. У сосны обыкновенной, в тех же условиях местопроизрастания отмечается аналогичная закономерность (Ia – 66,2:13,9:19,9; I – 63,7:11,3:25,0; II – 58,4:15,7:25,9).
В листьях дуба северного пределами, обеспечивающими его высокую продуктивность на уровне Ia класса бонитета, являются величины: по азоту – 2,65%, по фосфору 0,53% и по калию – 1,13%; для I бонитета, соответственно, – 2,39–0,48-1,35%, для II- 1,91–0,35–1,20%. Рассчитанное соотношение этих элементов в листьях для Ia бонитета составляет 61,3:13,3:25,4, для I бонитета – 56,6:11,4:32,0, для II- 55,2:10,1:34,7, т.е. с уменьшением доли азота и фосфора и возрастанием калия происходит ухудшение роста дуба северного.
Пределами, обеспечивающими продуктивность дуба черешчатого на уровне Ia класса бонитета, являются величины: по N – 2,79%, по P – 0,61% и по K – 1,09%. Для I класса соответственно: 2,48-0,61-1,24%, для II – 1,52-0,47-0,91%. Для Ia класса бонитета соотношение N:P:K составляет 62,1:13,6:24,3. Для I класса - 57,3: 14,1:28,6, для II – 52,4:16,2:31,4, т.е. с уменьшением содержания азота в почве и увеличением фосфора и калия происходит ухудшение его роста.
Таким образом, растительная диагностика может служить достаточно надежным методом определения продуктивности интродуцированных древесных пород в новых для них условиях местопроизрастания.
Технология создания лесных насаждений и семенных плантаций интродуцентов
Широкое внедрение лесообразующих интродуцированных древесных пород в лесное хозяйство должно опираться на прочную семенную базу. Для этого необходимо создание на селекционной основе лесосеменных плантаций интродуцен-тов в различных регионах страны, в том числе и в ЦЧР.
Важным этапом создания лесосеменных плантаций является выращивание привитого и семенного посадочного материала. Наиболее прогрессивным и экономически целесообразным является выращивание растительного материала в теплицах с применением микроудобрений и регуляторов роста. Литературные данные [Рахтеенко, Иванов, 1974; Пудова, 1974; Самсонова, 1974; Даньшин и др., 1976; Матвеева, 1978 и др.] свидетельствуют об эффективности этого приема при работе с местными древесными породами. Подобных сведений по интродуцированным древесным породам значительно меньше.
Исследования проводились с cеменами сосны веймутовой в теплице и открытом грунте. Почва питомника, прилегающего к теплице, гумусированная супесь. Субстрат в теплице готовился из смеси низинного торфа и песка в отношении 2:1. Перед посевом семена выдерживали в течение 24 часов в растворах микроэлементов: бора (0,025%), меди и цинка (0,015%), кобальта и марганца (0,05%), молибдена (0,005%) и их смеси (0,002 %) и регуляторов роста: гиббереллина и гетероауксина (0,005% концентрации) [Гродзинский, Гродзинский, 1973; Рахтеенко, Иванов, 1974]. Семена замачивали также в 4% перекиси водорода. Всего испытывалось 11 вариантов. Главной отличительной особенностью предпосевной обработки является стимуляция энергии прорастания семян. Следствием этого приема явилась стопроцентная всхожесть семян в теплице по всем вариантам, в то время как на контроле она составила лишь 75%. В открытом грунте всхожесть колебалась в пределах 55-90%, а на контроле она была всего 53%.
Семена, обработанные микроэлементами и регуляторами роста, имели лучшую сохранность по сравнению с контролем, хотя здесь уже произошла количественная дифференциация по вариантам. Все испытанные варианты можно расположить по сохранности сеянцев в следующие убывающие ряды: в теплице : Zn B Cu H2O2 Mn Co гиббереллин Mo гетероауксин смесь микроэлементов контроль; в открытом грунте : В Zn Cu H2O2 Mn гиббереллин гетероауксин Мо контроль смесь микроэлементов.
Предпосевная обработка семян сказалась и на линейных параметрах сеянцев сосны веймутовой - приросте в высоту. При этом лучшими оказались варианты с перекисью водорода, бором и цинком, где превышение прироста в высоту над контролем является достоверным при 1-5% уровне значимости (tf H2O2 = 2,37 > t 0,95 = 2,00; tf B = 2,75 > t 0,99 = 2,66; tf Zn = 3,14 > t 0,99 = 2,66). В открытом грунте прирост сеянцев происходил в высоту и по диаметру. Лучшим развитием отлиались сеянцы в варианте с гиббереллином и цинком. Они достоверно превышали контрольные (tf = 2,0-3,13 t 0,95-0,99 = 2,0-2,66). В остальных вариантах изучаемые параметры были меньше или недостоверно отличались от контроля.
Результаты опыта позволяют сделать вывод о том, что предпосевная обработка семян сосны веймутовой микроэлементами и регуляторами роста, является действенным приемом, повышающим грунтовую всхожесть, сохранность сеянцев, улучшающим их биометрические показатели.
По выраженности положительного действия на биометрические и весовые параметры все вещества можно расположить в следующие убывающие ряды. Теплица: Zn B H2O2 Cu гетероауксин гиббереллин, Mn Co, контроль Мо смесь микроэлементов. При этом достоверный эффект наблюдается от первых трех веществ. Открытый грунт : гиббереллин Zn гетероауксин, Н202 В, Сu контроль Мо, смесь Со Мn.
Исследования по выращиванию подвойного материала псевдотсуги Мензиса, сосны
веймутовой, дуба красного, ели колючей в течение 2-х лет свидетельствуют о преимуществе их роста в условиях теплицы по сравнению с открытым грунтом.
В теплице растения быстрее достигают стандартных размеров, необходимых для прививки. Известно, что для проведения прививок сосны и ели пригодны хорошо развитые подвои с диаметром у корневой шейки от 4 до 7 мм [Данусявичус, Юшка, 1976; Рекомендации…, 1978], а в месте прививки не менее 3-4 мм.
Наши исследования показали, что с использованием стимулирующих рост приемов срок выращивания стандартных подвоев псевдотсуги, сосны веймутовой и ели колючей сокращается на 0,5-1,0 год и составляет 2 – 2,5 года.
Для выяснения влияния минеральных удобрений на ускоренное выращивание стандартных подвоев этих пород были испытаны их различные сочетания и дозы: I вариант N 180 P 180 K 180; II – N 120 P 120 K 120; III – N 120 P 120 K 60; IV – N 120 P 120; V – N 80 P 120; VI – N 80 P 80 K 40; VII – N 60 P 90 K 40; VIII – N 40 P 40; IX – N 40 P 40 K 20; X – P 40 K 20; XI – контроль.
Результаты опыта свидетельствуют о том, что минеральные удобрения, внесенные в субстрат с высоким уровнем плодородия (содержание гумуса 12,8%, гидролизуемого азота – 31,0 мг/100 г., подвижного фосфора – 24,8 мг, обменного калия 9,1 мг/100 г субстрата), улучшают достоверно (при 1-5% уровне значимости) по сравнению с контролем показатели 2-летних саженцев.
Минеральные удобрения оказывают существенное влияние на ускорение выращивания стандартных подвоев интродуцированных пород. Из испытанных 11 вариантов различных сочетаний и доз достоверные отличия от контроля по приросту в высоту и по диаметру у псевдотсуги Мензиса были получены от внесения удобрений в варианте VI (N 80 P 80 K 40; tf = 2,05; 2,43 > t 0,95 = 2,0), у сосны веймутовой в вариантах III – V (N 120 P 120 K 60; N 120 P 120; N 80 P 120; tf = 2,05; > t 0,95 = 2,0 по высоте и tf = 4,9; > t 0,99 = 3,23 – по диаметру); и VIII (N 40 P 40). В этих вариантах сеянцы были пригодны для прививки в 2Хлетнем возрасте. Пригодными для прививки являются и 2-летние растения ели колючей во II варианте, – N120P120K 120
При создании клоновых плантаций дуба северного мы использовали прием, предложенный украинскими селекционерами [Молотков, 1977; Селекция лесных пород, 1982] при создании клоновых плантаций дуба черешчатого посадкой привитых саженцев с закрытой корневой системой. Выращивание подвоев проводилось ими вначале в питомнике, а затем однолетние сеянцы распикировывали в полиэтиленовые цилиндры размером 15 х 35 см и за два года получали пригодные для прививок подвои. Такой же эффект при выращивании подвоев мы получили за 1 год в теплице путем посева желудей непосредственно в цилиндры размером 17 х 30 см, заполненные субстратом. За вегетационный период сеянцы имели среднюю высоту 34,4±2,2 см, а средний диаметр у корневой шейки 4,6±0,20 мм и являлись пригодными для прививки. У сеянцев дуба северного, выращенных в открытом грунте, пригодными для прививки было лишь 31%.
Таким образом, наши исследования показали возможность выращивания в теплице привитых саженцев дуба северного с закрытой корневой системой для последующего создания из них клоновых семенных плантаций. Этот прием ранее считался неприемлимым из-за развития в первый же год мощного стержневого корня [Белоус, Баксаляр,
1970; Белоус, 1973; Махмет и др., 1974; Рекомендации, 1978; Тищенко, 1980;].
Создание плантаций дуба северного привитыми саженцами с закрытой корневой системой имеет хорошие перспективы. Во-первых, сокращается срок выращивания подвоев до 1-2 лет вместо 2-3 лет. Во-вторых, наличие закрытой корневой системы позволяет проводить пересадку уже привитых саженцев в любое время вегетациионного периода и по любой схеме размещения клонов. В-третьих, возможна транспортировка на значительные расстояния без нарушения жизнеспособности растений. В-четвертых, приживаемость в этом случае составляет (при благоприятных условиях увлажнения) до 95%, что на 30% выше соответствующих результатов весенней посадки, проведенной по обычной технологии.
ВЫВОДЫ
1. Почвенный покров под интродуцированными древесными породами в различных природных зонах бореального и суббореального поясов Русской равнины представлен типами и подтиами почв, различными по своему генезису, степени выраженности почвообразовательного процесса и уровню плодородия: песчаными слабогумусированными, дерновыми, дерново-подзолистыми, бурыми лесными (равнинные и горные), светло-серыми и темно-серыми лесными почвами, выщелоченными, типичными и обыкновенными черноземами. В каждом генетическом типе почв проявляются определенные, только ему свойственные сочетания элементарных почвенных процессов (ЭПП).
2. Лесорастительные свойства почв определяются не отдельными дискретными показателями, а комплексной количественной оценкой относительного плодородия почв, определяемой дифференцированно по генетическим горизонтам, корнеобитаемому слою и почвенному профилю в целом.
3. Интродуцированные и местные древесные породы в возрасте от 30 до 160 и более лет в большинстве своем оказывают благоприятное воздействие на физические и физико-химические свойства почв и не меняют направление почвообразовательного процесса.
4. С увеличением возраста насаждений от 25 до 70 лет в выщелоченных черноземах отмечается достоверное увеличение мощности гумусовых горизонтов А+АВ, уменьшение плотности сложения; улучшение структуры и ее водопрочности в верхнем 30-см слое, повышение и стабилизация содержания гумуса и его запасов. Вместе с тем, в профиле почв отмечается более интенсивное накопление илистых частиц (гор. Вt и Вса), усиление выраженности белесой присыпки, некоторое повышение кислотности, изменение качественного состава гумуса под дубом, сосной и лиственницей.
5. Древесные породы по влиянию на кислотность почв за более чем 40-летний период можно разделить на 4 группы: I – сильно повышающие кислотность почвы (рНKCl < 4,5) – пихты белокорая и субальпийская, псевдотсуга Мензиса, ель обыкновенная, дуб черешчатый; II – средне повышающие (рН 4,5-5,0) – сосны: веймутовая, черная, сербская, румелийская, гибкая, гибридная, тяжелая, Муррея, кедры: сибирский, европейский, корейский, пихты Вича и цельнолистная, лиственница японская; III – слабо подкисляющие почвы (рН 5,1–5,5) – пихты сахалинская и одноцветная, сосна Банкса и румелийская, дуб северный; IV – с неясно выраженной способностью к изменению реакции почвы (рН 5,5-6,0) – березы бумажная и плосколистная, сосна обыкновенная.
7. Оптимальный рост, развитие и максимальная продуктивность на уровне I-Ia класса бонитета перспективных лесообразующих интродуцированных древесных пород определяются комплексом почвенно-климатических факторов, количественно описываемых информационно-логическими моделями.
8. Максимальная продуктивность псевдотсуги определяется гранулометрическим составом (содержание частиц физической глины > 30%) в слое 0-100 см, рНkcl в профиле почв 4,0-4,5, запасами обменного калия в КОС >2000 кг/га, порозностью гумусовых горизонтов А+АВ (В) > 55%. Среди климатических показателей преимущественное влияние на ее продуктивность оказывают годовое количество осадков (>700 мм), абсолютный минимум температур (< - 35 OC), а также сумма температур выше +10 ОС (>2500), и ГТК > 1,5.
Продуктивность ели обыкновенной зависит от запасов обменного калия в гор. А+АВ (В) (500-1000 кг/га) и подвижного фосфора в КОС (более 1400 кг/га) при степени насыщенности основаниями в гор. А в пределах 50-75% и сумме обменных катионов в пределах 5-15 ммоль/ 100 г почвы. Ель хорошо растет при среднегодовой температуре 5,5-7,0 ОС, и осадках за вегетацию от 300 до 500 мм. Следует учитывать, что ель менее продуктивная древесная порода (в 1,6-1,7 раза) в районах произрастания псевдотсуги.
9. Продуктивность сосны веймутовой – в значительной мере зависит от степени насыщенности почв основаниями в КОС (<60%), влажности в КОС > 16% от веса почвы. Она хорошо растет на почах супесчаного, легко,-среднесуглинистого гранулометрического состава. Для нее наибольшее значение имеет следующее сочетание климатических факторов: относительная влажность воздуха (> 70%), осадки за год (> 655 мм), среднегодовая температура (>+7ОС), безморозный пери-од (>165 дней), осадки за вегетацию (> 400 мм) и минимум температур (< - 35 ОС).
Сосна обыкновенная в районах произрастания сосны веймутовой является менее требовательной к экологическим условиям древесной породой. Наибольшая связь продуктивности сосны обыкновенной отмечается с запасами обменного калия (< 500 кг/га) в гор. А+АВ (В) и порозностью в слое 0-100 см в пределах 45-50%. Ведущий фактор среди климатических показателей – относительная влажность воздуха в пределах 60-70 %.
10. Ведущими почвенными показателями для сосны Муррея являются: мощность гор. А/АЕ (11-20 см), общая порозность гор. А/АЕ (> 60%), рН в КОС (4,2-5,0), запасы подвижного фосфора в гор. А/АЕ+В (100-500 кг/га), запасы обменного калия в КОС (>1000 кг/га), средневзвешенное содержание гумуса в профиле (>1,26%). Из климатиче-
ских показателей наибольшее влияние на продуктивность оказывает относительная
влажность воздуха (60-70%) и абсолютный максимум температур – менее +34 ОС.
Сосна обыкновенная в районах произрастания сосны Муррея показывает такую же продуктивность. Однако сочетание почвенных показателей другое. Среди них ведущими являются: гумус в профиле (> 1,0%), рН в гор. А+АВ (В) – (< 4,1; 4,1-4,5) и плотность сложения в гор. А ( < 1,0 г). Среди климатических - ведущими являются: ГТК (1,1-1,3 и < 1,1), вегетационный период (135-150 и более 150 дней) и осадки за вегетацию в пределах 300-350 мм.
11. На продуктивность дуба северного очень высокое влияние оказывают климатические факторы. Ведущими среди них являются: ГТК (1,3- 1,5), осадки за вегетационный период (350-500), относительная влажность воздуха (> 73%) и сумма активных температур > + 10 ОС (> 2475). Степень влияния почвенных факторов ниже, но остается существенной. Среди них наибольшее влияние на продуктивность оказывают: рН в КОС (4,0-4,5) и степень насыщенности основаниями в гор. А+АВ(В) (40-60%).
Дуб черешчатый в местах произрастания дуба северного растет на уровне I-Ia бонитета лишь на бурых лесных почвах в северо-западной и юго-западной частях Русской равнины.
12. Разработанная cовокупность продукционных правил позволяет на качественном уровне описывать зависимость годового прироста от набора почвенно-климатических показателей, специфичных для каждого древесного вида, и использовать ее для моделирования и прогнозирования продуктивности древесных пород на количественном уровне.
13. Биологическая продуктивность интродуцированных древесных пород может успешно оцениваться методом листовой диагностики при расчете соотношения основных элементов питания в хвое (листьях), величину которых можно принять в качестве «видового генотипического отношения» для Ia-I класса бонитета.
14. При выращивании посадочного материала интродуцированных древесных пород следует использовать разработанную агротехнику возделывания и технологию закрытой корневой системы, которая ускоряет сроки выращивания на 1-1,5 года и позволяет проводить лесокультурные работы в любое время вегетационного периода.
Предложения производству
Проведенные исследования позволяют наметить области РФ для выращивания интродуцированных древесных пород, где они будут расти на уровне I-Ia бонитета:
-Псевдотсугу Мензиса следует рекомендовать в лесные культуры Калининградской, Московской, Тульской, Липецкой, Рязанской, Смоленской, Брянской, Тверской, Калужской, Орловской, Курской, север Воронежской, Тамбовской, Пензенской областей. При этом в восточной и юго-восточной частях намеченного ареала ее культуры могут носить опытно-производственный характер, а в остальной части – производственный.
-Сосна веймутовая имеет хорошие перспективы роста на территории следующих областей РФ : Калининградской, Псковской, Новгородской, Брянской, Калужской, Тульской, Рязанской, Московской, Тверской, Смоленской, Владимирской, Нижегородской, Курской, Орловской, Липецкой, Тамбовской, Белгородской, север Воронежской, Пензенской, Ивановской и республики Марий Эл.
-Сосну Муррея следует рекомендовать в лесные культуры Карелии, Калининградской, Ленинградской, Вологодской, Новгородской, Псковской, Тверской, Московской, Ивановской, Смоленской, Брянской, Калужской, Ярославской, Владимирской, Костромской, Кировской, юга Архангельской и Нижегородской областей, западной части Пермского края, южной половины Коми АО и севера Удмуртии.
-Лесные промышленные культуры дуба северного имеют локально ограниченный ареал и рекомендуются в Калининградской и Брянской областях. Ареал озеленительной культуры дуба северного, кроме вышеперечисленных областей можно рекомендовать еще в Смоленскую, Калужскую, Тульскую, Московскую, Липецкую, Тамбовскую, Курскую, Орловскую, северную часть Воронежской областей.
СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
I. Монография
1. Болотов Н.А. Лесная интродукция. (Экология, лесоводственные особенности, районирование, перспективы внедрения лесообразующих экзотов) / Н. А. Болотов, Д. И. Щеглов, А. Б. Беляев. Воронеж: ВГУ, 2005. -496 с.
II. Статьи в рецензируемых журналах, рекомендуемых ВАК:
2 Адерихин П. Г. Химический состав механических фракций черноземов Центральных областей /П. Г. Адерихин, А. Б. Беляев. //Почвоведение, 1974. № 4. С. 99-110.
3. Беляев А. Б. Влияние хвойных и широколиственных пород на выщелоченные чер-
ноземы лесостепи /А. Б. Беляев, В. Е. Александрович, К. К. Калуцкий. //Почвоведение, 1976. № 2. –С. 95-106.
4. Крюков В. В. Об интродукции дуба северного в Европейской части СССР / В. В. Крюков, А. Б. Беляев //Лесное хозяйство, 1981. N 4. - С. 67-69.
5. Болотов Н. А. Сосну веймутову - в массовую культуру / Н. А. Болотов, А. Б. Беляев, А. И. Усачев. //Лесн. хоз-во, 1986. № 4. – С. 35-37.
6. Беляев А. Б. Влияние лесонасаждений на улучшение почв лесостепи / А. Б. Беляев. //Почвоведение, 1991. № 12. – С. 109-119.
7. Беляев А. Б. Минералы и химические элементы в черноземах Центрально-Черноземной зоны / А. Б. Беляев, Н. А. Протасова. //Вестник ВГУ. Воронеж, 2000. – С. 86-90.
8. Беляев А. Б. Экологические факторы оптимального роста лжетсуги Мензиса при ее интродукции в новые условия местообитания / А. Б. Беляев. //Вестник ВГУ. Воронеж: Воронежский ун-т, 2001. – С.101-105.
9. Беляев А. Б. Экологические факторы роста сосны веймутовой при ее интродукции / А. Б. Беляев. // Лесоведение, 2005, № 3. – С. 46-52.
10. Беляев А. Б. Многолетняя динамика свойств черноземов выщелоченных под разными лесонасаждениями / А. Б. Беляев. // Почвоведение, 2007. № 8. – с. 917 -926.
III. Публикации в других изданиях:
11. Влияние длительного произрастания насаждений интродуцированных древесных пород на свойства черноземной почвы в зоне лесостепи. Науч. отчет отдела интродукции (заключ.) по теме 053.028 – «З». № гос. регистрации 72027404. (исп. А. Б. Беляев). – Воронеж: ЦНИИЛГиС, 1974. – 28 с.
12. Александрович В. Е. К вопросу определения лесорастительного эффекта серых лесных почв / В. Е. Александрович, А. Б. Беляев, Н. А. Болотов и др. //Генетика, селекция, семено- водство и интродукция лесных пород. Сб. науч. тр., вып. 2. Воронеж :ЦНИИЛГиС, 1975. –С. 107-116.
13. Адерихин П. Г. Изменение физических свойств выщелоченных черноземов под влиянием различных древесных пород / П. Г. Адерихин, В. Е. Александрович, А. Б. Беляев и др. // Деп. в ВИНИТИ № 1295-76. Деп. от 15 апреля 1976 г. – 28 с.
14. Вересин М. М. К оценке влияния факторов среды при лесоразведении / М. М. Вересин, А. П. Царев, А. Б. Беляев и др. // Деп. в ВИНИТИ № 136-76. Деп. от 15 января 1976 г.
15 Александрович В. Е. Динамика и индикаторное содержание азота, фосфора и ка-
лия в хвое интродуцированных видов пихты / В. Е. Александрович, А. Б. Беляев, Н. А. Болотов. //Генетика, селекция, семеноводство и интродукция древесных пород. Сб. науч. тр., вып. 3. Воронеж: :ЦНИИЛГиС, 1976. – С. 115-120.
16. Беляев А. Б. Изучение зависимости буферности выщелоченных черноземов от некоторых свойств методом информационного анализа / А. Б. Беляев, П. Б. Буданцев. // Тез. докл. V Всесоюз. съезда почвоведов, 11-15 июля 1977 г. вып. 2. – Минск, 1977. – С. 72-74.
17. Александрович В. Е. Влияние насаждений сосны меловой на лесорастительные свойства меловых склонов /В. Е. Александрович, А. Б. Беляев, Л. А. Уваров. // Охрана природы Центрально-черноземной полосы, вып. 8. Воронеж, 1977.– С. 65-71.
18. Беляев А. Б. Некоторые свойства почв Моховского стационара / А. Б. Беляев, В. Н. Стебакова, Р. П. Царева и др. // Генетика, селекция, семеноводство и интродукция лесных пород. Сб. науч. тр. Воронеж: ЦНИИЛГиС, 1978. С. 95-100.
19. Типовая методика обобщения опыта интродукции лесообразующих пород / Со-
ставители : Н. А. Болотов, М. А. Куцевалов, А. Б. Беляев, и др. – Воронеж : ЦНИИЛГиС, 1978. – 83 с.
20. Беляев А. Б. Применение информационного анализа при составлении почвенной
модели оптимального роста сосны веймутовой / А. Б. Беляев. // Деп. в ЦБНТИлесхоз № 46 – лд, Деп. 1 июля 1980. – 11 с.
21. Беляев А. Б. Некоторые особенности изменения кислотности почвенного покрова Липецкой ЛОСС / А. Б. Беляев. - Воронеж: ЦНИИЛГиС, 1980 // Деп. в ЦБНТИлесхоз № 53 – лд,25 ноября 1980. – 14 с.
22. Беляев А. Б. Влияние свойств почв на продуктивность насаждений дуба северного / А. Б. Беляев, В. В. Крюков. // Пути дальнейшего повышения эффективности лесной отрасли и подготовки кадров. Тез. докл. науч.- практ. конфер. Воронеж. отд. НТО 20-22 ноября 1980 г. –Воронеж, 1980. – С. 3-5.
23. Научный отчет (заключ.) лаборатории интродукции по теме IV.5., раздел 1.2. «Лесорастительные свойства почв в местах экспедиционного обследования интродуцентов» (испол. А. Б. Беляев), № гос. регистрации 76057041. Воронеж : ЦНИИЛГиС, 1980. – С. 28-47.
24. Беляев А. Б. Значение некоторых экологических факторов в формировании продуктивных насаждений псевдотсуги Мензиеза / А. Б. Беляев. - Воронеж : ЦНИИЛГиС, 1981 // Деп. в ЦБНТИлесхоз № 66 – лд, 14 августа 1981. – 19 с.
25. Рекомендации для массового внедрения в лесные культуры европейской части СССР высокопродуктивных и устойчивых хвойных интродуцентов /Составители: Н. А. Болотов, А. Б. Беляев, М. А. Куцевалов и др. Под ред. проф. Г. В. Крылова. Воронеж, 1981. – 50 с.
26. Калуцкий К. К Итоги изучения высокопродуктивных лесообразующих интродуцентов в Европейской части СССР / К. К. Калуцкий, Н. А. Болотов, М. А. Куцевалов,
А. Б. Беляев. - Воронеж : ЦНИИЛГиС, 1982. Деп. в ЦБНТИлесхоз, № 119-лх 28 июня 1982 г. – 60 с.
27. Болотов Н. А. Генетико-селекционные особенности интродуцентов в лесных культурах и их хозяйственное значение /Н. А. Болотов, М. А. Куцевалов, А. Б. Беляев и др. / Генетические основы лесной селекции и семеноводства. Сб. науч. тр. Воронеж: ЦНИИЛГиС, 1982. - С. 144-149.
28. Беляев А. Б. Влияние предпосевной обработки семян на рост сеянцев сосны веймутовой / А. Б. Беляев, Л. А. Миленная, А. Н. Юрьев. – Воронеж : ЦНИИЛГиС, 1982. Деп. в ЦБНТИлесхоз, № 155-лх, Д-82. – 12 с.
29. Беляев А. Б. Отбор плюсовых деревьев и выращивание материала для создания лесосеменных плантаций из интродуцентов /А. Б. Беляев, А. Н. Юрьев, А. И. Усачев. // Лесная интродукция. Сб. науч. трудов. – Воронеж: ЦНИИЛГиС, 1983. – С. 79-88.
30. Рекомендации для массового внедрения в лесные культуры европейской части СССР видов дуба / Составители : Болотов Н. А., Крюков В. В., Беляев А. Б. и др. Воронеж, 1983.–25 с.
31. Беляев А. Б. Создание клоновых плантаций дуба красного привитыми саженцами с закрытой корневой системой / А. Б. Беляев. // Лесная интродукция. Сб. науч. трудов. – Воронеж : ЦНИИЛГиС, 1983. – С. 138-142.
32. Беляев А. Б. Изменение свойств выщелоченных черноземов под различными древесными насаждениями / А. Б. Беляев. // Средоулучшающая роль леса (экологич. проблемы). Тезисы докл. Всесоюз. науч.- практич. конференции (14-16 августа 1984 г.). – Новосибирск, 1984. – С. 79-81.
33. Селекционная инвентаризация насаждений, выявление хозяйственно-ценных экзотов, закладка и формирование лесосеменных плантаций и постоянных лесосеменных участков. Науч. отчет ЦНИИЛГиС (заключ.) по хоздогов. теме с Орловским управл.
лесн. хозяйства № 404 (406), № ГР 01.84.0 087041 (рук. и отв. испол. темы А. Б. Беляев)
– Воронеж, 1985. – 101 с.
34. Адерихин П. Г. Свойства выщелоченных черноземов под искусственными лесными насаждениями разного состава / П. Г. Адерихин, А. Б. Беляев. //Изменение почв Центрального Черноземья под влиянием антропогенных факторов. Межвуз. сб. науч. трудов. Воронеж: Изд-во ВГУ, 1986. С. 9-21.
35. Болотов Н. А. Эффективность полезащитного лесоразведения при участии интродуцен- тов / Н. А. Болотов, А. Б. Беляев, А. И. Усачев, и др. //Тезисы докл. Всесоюз. науч.-практ. совещания «Защитное лесоразведение и повышение плодородия почв. – Новосибирск-Красноярск,1986. – С. 102-104.
36. Беляев А. Б. Некоторые результаты работ по созданию архива клонов основных лесообразующих интродуцентов / А. Б. Беляев. - Воронеж: ЦНИИЛГиС, 1986. Деп. в ЦБНТИлесхоз, № 475-лх, 20 ноября 1986 г – 3 с.
37. Болотов Н. А. Особенности селекции сосны веймутовой / Н. А. Болотов, А. Б. Беляев, А. И. Усачев,и др. // Селекция и семеноводство хвойных. Сб. науч. тр.– Воронеж, 1987. – С. 58-67.
38. Болотов Н. А. Ценный генофонд лесообразующих интродуцентов Шатиловского леса /Н. А. Болотов, А. Б. Беляев, А. И. Усачев. – Воронеж: ЦНИИЛГиС, 1987. Деп. в ЦБНТИлесхоз, № 643-лх, 26 апреля 1988 г – 10 с.
39. Беляев А. Б. Роль искусственных древесных насаждений в сохранении и охране
почвенного покрова /А. Б. Беляев. // Мониторинг и охрана окружающей среды ЦЧР. Тезисы докл. научн.-практ. конференции 5 июня 1989 г. – Воронеж, 1989. – С. 57-58.
40. Беляев А. Б. Почвенный покров и его свойства в определенных типах природных лесных ландшафтов Воронежской области / А. Б. Беляев. Деп. в ВИНИТИ 21 ноября 1990 г. № 5853 В-90 – 41 с.
41. Беляев А. Б. Преобразующая роль искусственных древесных насаждений в условиях Среднерусской лесостепи / А. Б. Беляев, Н. А. Болотов, А. И. Усачев. // Агроэкологические проблемы плодородия и охраны почв Среднерусской лесостепи. – Воронеж: Изд-во ВГУ, 1991. – С. 39-47.
42. Беляев А. Б. Лесомелиоративное влияние искусственных насаждений на гумусное состояние выщелоченных черноземов лесостепи ЦЧО / А. Б. Беляев. // Рациональное
использование земельных ресурсов России. Тезисы докл. научн.-производ. конф. –
Киров, 1993. – С. 50-52.
43. Белобородов В. М. Рост и санитарное состояние сосны веймутовой в испытательныхкультурах. /В. М. Белобородов, Л. В. Ширнина, А. Б. Беляев и др. //Генетические и экологические основы повышения продуктивности лесов. Воронеж: НИИЛГиС, 1993. – 76-84.
44. Беляев А. Б. Почвозащитная роль лесных насаждений в условиях сильнорасчлененного рельефа / А. Б. Беляев. // Фундаментальная и методическая подготовка будущих специалистов по экологии и охране природы (22-24 ноября 1994 г.). Тез. докл. Российск. науч.-практ. конференции, ч. 1. – Орел, 1994. – С. 63-64.
45. Белобородов В. М. Опытная база в исследованиях по селекции и семеноводству лесообразующих интродуцентов /В. М. Белобородов, Н. С. Русин, А. Б. Беляев и др. /Сб. науч. трудов: Опытная база в лесной селекции. Воронеж: НИИЛГиС, «Квадрат», 1995. – С. 55-65.
46. Беляев А. Б. Изменение свойств черноземов села Моховое со времени их изучения В. В. Докучаевым / Стабилизация развития АПК Центрального Черноземья на основе рационального использования природно-ресурсного потенциала. / А. Б. Беляев. //Тез. докл.. научн.-практ. конфер., посвящен. 150-летию со дня рожд. В. В. Докучаева. Воронеж: ВГАУ, 1996. С. 21-23.
47. Беляев А. Б. Антропогенная трансформация черноземов при различном использовании /А. Б. Беляев. // Тез. докл. II съезда общ. почвоведов (27-30 июня 1996 г., Санкт-Петербург). Кн. 2.– С. - Петербург, 1996. – С. 19-20.
48. Беляев А. Б. Трансформация некоторых агрофизических показателей при длительном облесении черноземов / А. Б. Беляев. //Агрогенная трансформация почв и агрогенные почвы. Тез. докл. Междун. конфер. «Проблемы антропогенного почвообразования» 16-21 июня 1997 г., т. 1. М., 1997. – С. 18-20.
49. Беляев А. Б. Изменение кислотности выщелоченных черноземов при различном сельскохозяйственном использовании /А. Б. Беляев. //Химизация и экология в земледелии ЦЧЗ. Сб. науч. тр. – Воронеж: ВГАУ, 1999. – С. 179-185.
50. Русин Н. С. Оценка роста клонов плюсовых деревьев лжетсуги Мензиса в условиях ЦЧО /Н. С. Русин, А. Б. Беляев, В. П. Посохов, и др. // Генетическая оценка исходного материала в лесной селекции. Сб. науч. тр. – Воронеж: НИИЛГиС, 2000. – С. 63-68.
51. Беляев А. Б. Модель оптимальных почвенно-климатических условий при интродукции лжетсуги Мензиса / А. Б. Беляев. //Почвы и их плодородие на рубеже столетий. Матер. II съезда белорус. общ. почвоведов (25-29 июня 2001 г., Минск). Кн. 2. – Минск, 2001. – С. 38-40.
52. Беляев А. Б. Влияние древесных насаждений на пространственную изменчивость кислотности черноземов выщелоченных лесостепи ЦЧО /А. Б. Беляев. // Агроэкологическая оптитимизация земледелия. Сб. докл. Междун. науч.-практ. конфер., посвящ. 75-летию Россельхозакадемии и 100-летию С. С. Соболева (14-16 сентября 2004, Курск). – Курск, 2004. – С. 462-465.
53. Беляев А. Б. Влияние лесомелиорации на многолетнюю динамику некоторых показателей гумусного состояния чернозема выщелоченного /А. Б. Беляев, Л. И. Брехова. //Агроэкологические проблемы в сельском хозяйстве. Сб. науч. тр. в 2-х ч. Т. 1. – Воронеж : Истоки, 2005. - С. 130-135.
54. Брехова Л. И. Трансформация гумусного состояния чернозема обыкновенного под различными древесными породами / Л. И. Брехова, Д. И. Щеглов, А. Б. Беляев и др./ Черноземы России: экологическое состояние и современные почвенные процессы: ма-
тер. Всерос. конфер., посвящ. 70-летию каф. почвоведения и агрохимии Воронеж. гос-
университета /под ред. проф. Д. И. Щеглова. – Воронеж: ВГУ, 2006. – С. 64-70.
55. Беляев А. Б. Трансформация гумусного состояния черноземов выщелоченных при длительном сельскохозяйственном использовании. Там же. – С. 60-64.
56. Беляев А. Б. Влияние лесомелиорации на свойства черноземных почв /А. Б. Беляев, Л. И. Брехова. / Экология Центрально-Черноземной области Российской Федерации. Научно-технический журнал. – Липецк, 2006. № 1(16). – С. 64-65.
