авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Изменение экологических условий на гарях в ленточных борах алтайского края в зонах сухой и умеренно-засушливой колочной степи

На правах рукописи

БАХАРЕВА ИРИНА ЮРЬЕВНА ИЗМЕНЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ НА ГАРЯХ В ЛЕНТОЧНЫХ БОРАХ АЛТАЙСКОГО КРАЯ В ЗОНАХ СУХОЙ И УМЕРЕННО-ЗАСУШЛИВОЙ КОЛОЧНОЙ СТЕПИ 03.00.16 – экология

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата биологических наук

Барнаул – 2009 2

Работа выполнена на кафедре экологии ГОУ ВПО «Алтайский государственный уни верситет»

Научный консультант: доктор сельскохозяйственных наук, профессор Трофимов Иван Тимофеевич

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор Макарычев Сергей Владимирович кандидат биологических наук Стрелковский Андрей Николаевич

Ведущая организация: Институт экологии человека СО РАН

Защита состоится 22 декабря 2009 г. в 1300 на заседании диссертационного совета ДМ 212.005.10 при ГОУ ВПО «Алтайский государственный университет» по адре су: 656049, г. Барнаул, пр. Ленина, 61. Факс (385-2) 36–30–77.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Алтайский государ ственный университет».

Автореферат разослан «» 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат биологических наук, доцент Н.В. Елесова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Лесные пожары остаются одним из мощных природных факторов, определяющих происходящие на планете крупномасштабные изменения окружающей среды, что без сомнения позволяет относить их к глобальным явлени ям.

Влияние лесных пожаров на лесные экосистемы многоплановое. Вмешиваясь в жизнь леса, пожары нарушают естественное равновесие между компонентами био геоценозов, тем самым существенно изменяя внешний облик современных лесов.

Пожары оказывают большое влияние на процессы лесовозобновления вследствие значительных изменений экологических условий. Почва, как неотъемлемая состав ная часть биоценозов также испытывает на себе разностороннее влияние пожаров.

При этом изменяется ее гранулометрический состав, физико-химические и химиче ские свойства. Уничтожение древесного и травяного ярусов лесных экосистем при водит к повышению освещенности в горельниках, увеличивает проникновение осад ков в почву, изменяет температурный режим.

Лесные пожары в Алтайском крае повторяются ежегодно. В экстремальных природно-климатических условиях пожары принимают характер катастрофических и оказывают разрушительное воздействие на лесные экосистемы;

при этом восста новление растительного покрова происходит более медленно. Именно поэтому изу чение изменений экологических условий произрастания сосновых лесов, послепо жарных изменений свойств почв и процессов их восстановления является актуаль ной проблемой и имеет важное практическое и теоретическое значение.

Цель и задачи исследования. Целью нашего исследования явилась оценка из менений экологических условий на гарях в ленточных борах Алтайского края в зо нах сухой и засушливой колочной степи.

В задачи исследования входило:

1. Проследить послепожарные изменения морфологии дерново-подзолистых почв в ленточных борах Алтайского края в зонах сухой и засушливой колочной сте пи.

2. Изучить динамику гранулометрического состава почв дерново-подзолистых почв на гарях.

4. Установить влияние лесных пожаров на физико-химические свойства и неко торые химические свойства дерново-подзолистых почв.

5. Определить характер изменения гидротермического режима на гарях.

6. Выявить особенности восстановления травяного покрова на гарях в зонах су хой и умеренно-засушливой колочной степи Алтайского края.

Научная новизна. Впервые для ленточных боров Алтайского края была прове дена оценка изменения экологических условий произрастания под влиянием пожа ров в разных климатических зонах – в зоне сухой степи и в зоне умеренно засушли вой колочной степи. Выявлены изменения морфологии, гранулометрического соста ва, физико-химических и химических свойств дерново-подзолистых почв. Впервые для дерново-подзолистых почв ленточных боров был проведен анализ изменения после пожара качественного состава гумуса. Дана характеристика гидротермическо го режима в естественных лесных экосистемах и на гарях в зависимости от рельефа и погодных условий.

Теоретическая и практическая значимость работы. Полученные данные по изменению экологических условий произрастания ленточных боров Алтайского края после пожаров дополняют и расширяют представления о процессах пирогенно го восстановления лесных экосистем. Результаты работы могут быть использованы при проведении лесовосстановительных работ на гарях в ленточных борах края, осуществлении экологического мониторинга, при планировании программ по раци ональному использованию и охране лесных экосистем. Результаты исследования ис пользуются при чтении лекций по экологии, почвоведению, экологии почв, экологи ческому мониторингу и др. в Алтайском государственном университете.

Защищаемые положения.

1. Лесные пожары способствуют изменению морфологии и гранулометрическо го состава дерново-подзолистых почв на видовом уровне, как в условиях сухой, так и умеренно засушливой колочной степи Алтайского края.

2. Особенности изменения физико-химического и химического состава почв и гидротермического режима на гарях зависят от погодных условий и положения в ре льефе.



3. Восстановление травяного покрова на гарях зависит от особенностей измене ния водно-термического режима почв и направлено в сторону ксерофитизации в зоне сухой степи и в сторону мезофитизации и гигрофитизации в зоне умеренно-за сушливой колочной степи Алтайского края.

Апробация работы. Основные материалы диссертации докладывались на VII и IX городской научно-практической конференции «Молодежь–Барнаулу» (Барнаул, 2006, 2007);

II-й Международной научно-практической конференции «Почва как связующее звено функционирования природных и антропогенно-преобразованных экосистем» (Иркутск, 2006);

Международной научной конференции «Лесное почво ведение: итоги, проблемы, перспективы» (Сыктывкар, 2007);

научной конференции студентов, магистрантов и аспирантов АлтГУ «Дни молодежной науки в АлтГУ» (Барнаул, 2008).

Публикации по теме диссертации. Результаты исследований опубликованы в 8 печатных работах, 2 из которых – в рецензируемых журналах, входящих в пере чень ВАК РФ.

Объем и структура диссертации. Работа изложена на 192 страницах машино писного текста, состоит из введения, 5 глав, выводов и библиографического списка, который включает 222 источника литературы, 11 из которых иностранных авторов.

Диссертация иллюстрирована 38 таблицами, 21 рисунком и 9 приложениями.

Автор выражает благодарность научному руководителю, доктору сельскохозяй ственных наук, профессору И.Т. Трофимову за помощь в организации и проведении полевых исследований, а также за консультации и ценные замечания в процессе на писания работы;

заведующей лабораторией радиологии и токсикологии ФГУ ЦАС «Алтайский» Г.Н. Ежаковой за предоставление экспериментальной базы для прове дения исследования.

Особую признательность автор выражает доктору биологических наук, профес сору Галине Геннадьевне Соколовой и доктору биологических наук, профессору Та тьяне Александровне Терёхиной за помощь при написании диссертационной рабо ты.

ГЛАВА 1. ЛЕСНЫЕ ПОЖАРЫ КАК ЭКОЛОГИЧЕКИЙ ФАКТОР В литературном обзоре рассмотрены и обобщены сведения как отечественных, так и зарубежных авторов по лесным пожарам с точки зрения экологического фак тора. Приведены различные варианты определения понятия лесных пожаров.

Рассмотрены понятия «лесных горючих материалов», «гарей» и «горельников».

Представлены причины возникновения и распространения лесных пожаров. Проана лизированы классификации лесных пожаров и отмечен вопрос сложности классифи кации данного явления.

В главе отражены обобщенные сведения по послепожарным трансформациям лесных экосистем. Дана характеристика послепирогенных изменений почвенного покрова и растительности в целом, как на территории Алтайского края, так и в дру гих регионах. Сделан вывод о важнейшей роли лесных пожаров как экологического фактора, определяющего возникновение и формирование различных типов биоцено зов.

ГЛАВА 2. ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЯ В географическом отношении ленточные боры расположены в северо-запад ной и западной частях Алтайского края. На территории Обь-Иртышского междуре чья имеется 5 древних ложбин стока ледниковых вод: самая северная – Бурлинская или Алеусская, южнее – Кулундинская и Касмалинская, далее Барнаульская и Локтевская. В настоящее время ложбины древнего стока представлены параллель ными лентами песчаных почв с сосновыми борами.

Геоморфология. Рельеф в ленточных борах довольно сложный. Происхожде ние его связано с аллювиальными и эоловыми процессами. В строении рельефа вы деляют следующие основные формы: 1) аллювиально-аккумулятивные формы ре льефа с эоловой переработкой поверхности;

2) лугово-степные;

3) аллювиально-эро зионные формы рельефа (Адаменко, 1976).

Гидрология. На территории древних ложбин стока, занятых ленточными бо рами, наблюдаются зоны разлива, по которым расположены системы озер и болот.

Как правило, эти озера находятся в ложбинах юго-западной части края. Так же на территории ленточных боров края имеются небольшие реки, которые имеют сток в сторону Кулундинской низменности (р. Бурла, р. Кулунда) или к р. Оби (р. Касма ла, р. Барнаулка, р. Алей).

Общей характерной чертой всех ленточных боров является неглубокое залега ние уровня грунтовых вод: от 1–2 м (лугово-степные участки) до 3–8 м (грядово-бу гристые участки) (Вангниц, 1953).

Климат. Зона сухой степи. Климат данной зоны резко континентальный, с сухим жарким летом и суровой малоснежной зимой. Отрицательные температуры воздуха зимой опускаются до -51,40С (декабрь–январь). Максимальные температуры воздуха до +41,00С приходятся на июль–август. Среднегодовое количество осадков в данной зоне составляет около 273,9 мм.





Зона умеренно-засушливой колочной степи. Климат данной зоны умеренно континентальный. Температура воздуха самого теплого месяца (июль) поднимается до +33 С. Зимой возможны понижения температуры до -380С (январь). В среднем в год выпадает 495 мм осадков.

Почвы. В сосновых ленточных борах края представлены главным образом дер ново-подзолистые почвы. Почвенный покров ленточных боров подразделяется на разновидности (Смирнов, 1966): 1) боровые почвы дерново-подзолистого типа;

2) перегнойно-подзолистые (подзоловидные) пылевато-песчаные почвы;

3) перегной но-подзолисто-глеевые почвы.

Дерново-подзолистые почвы в ленточных борах имеют легкий гранулометриче ский состав и представлены супесчаными и песчаными разновидностями. Содержа ние гумуса в верхних горизонтах этих почв достигает 3%.

Растительность. Сосновые леса края представляют собой пример азональной растительности. Для типичных сообществ боров характерно отсутствие кустарнико вого яруса. Разреженный травяной ярус имеет проективное покрытие 10–35%. В основном наибольшую фитоценотическую роль в составе травяного яруса играют ксерофильные виды. Флористический состав сосновых лесов разнообразен и состав ляет более 700 видов.

ГЛАВА 3. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Работа выполнялась на кафедре экологии Алтайского государственного универ ситета, аналитические исследования проводили на базе ФГУ ЦАС «Алтайский».

Исследования проводили в условиях зоны сухой степи (Угловское лесничество – остепнённый лишайниковый бор) и умеренно-засушливой колочной степи (Власи хинское лесничество – мохово-лишайниковый бор) Алтайского края. Материалом для исследования послужили образцы дерново-подзолистых почв ленточных боров края. Закладку почвенных разрезов на мониторинговых площадках и отбор проб для анализов проводили по общепринятым методикам, используемые при профильном методе исследования почв.

Определение морфологии, гранулометрического состава, физико-химических и химических свойств почв проводили в соответствии с принятыми в почвоведении методиками (Аринушкина, 1962;

Агрофизические методы исследования почв, 1966;

Вадюнина, Корчагина, 1986 и др.). Количественное определение тяжелых металлов осуществляли с помощью атомно-абсорбционной спектрофотомерии. Наблюдения за температурой почвы осуществляли электронными термометрами. Влажность определялась методом термостатной сушки. Полученные результаты исследований подвергались статистической обработке – расчёт средней арифметической (хср), ошибки выборочной средней величины (Sх) и коэффициента вариации (V) (Доспе хов, 1985) с использованием программ Microsoft Excel.

Всего было проанализировано 700 почвенных образцов, в том числе 54 образца на определение содержания тяжелых металлов и 10 образцов на определение каче ственного состава гумуса.

ГЛАВА 4. ИЗМЕНЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ НА ГАРЯХ В ЛЕНТОЧНЫХ БОРАХ АЛТАЙСКОГО КРАЯ В ЗОНЕ СУХОЙ СТЕПИ Морфология почв. Профиль дерново-подзолистых почв в зоне сухой степи со стоит из следующих горизонтов: А0–А1–А1А2–В–ВС–С. На контрольных участках почвы определяются как дерново-неглубокоподзолистые слабодерновые песчаные.

Мощность генетических горизонтов после пожаров меняется незначительно (табл. 1). Восстановление лесной подстилки на гарях происходит на 7-й год после пожара. Мощность гумусового горизонта А1 на вершине увала после пожара снижа ется, но с течением времени восстанавливается до контрольных значений. В первые годы после пожара отмечается развитие подзолистого процесса и увеличение мощ ности подзолистого горизонта А2. Впоследствии наблюдается замедление процесса оподзоливания и уменьшение мощности этого горизонта. Наличие включений пиро генного характера в отдельных почвенных разрезах свидетельствует о том, что по жары на данной территории имели место и ранее.

Таблица Изменение мощности генетических горизонтов дерново-подзолистой почвы Мощность генетических горизонтов, см А0 А1 А1А2 А2 В ВС контроль (остепнённый лишайниковый бор) 3,83+ 0,01 7,50 + 0,09 17,83 +0,91 25,17+0,01 36,67 +2,19 32,17+0, гарь 1,83+ 0,01 7,67 + 0,01 14,17 +0,01 18,83+0,01 38,83 +0,01 36,83+0, Изменения морфологии почв на гарях в условиях зоны сухой степи наблюдают ся на видовом уровне и в пределах разновидности. В межгривных понижениях после пожара почвы характеризуются как дерново-глубокоподзолистые среднедерновые супесчаные, на вершинах увалов – как дерново-неглубокоподзолистые слабодерно вые песчаные.

Гранулометрический состав. В условиях зоны сухой степи дерново-подзоли стые почвы являются песчаными, так как содержание фракций «физической глины» ( 0,01 мм) в целом не превышает 7%. В гранулометрическом составе почв преобла дает фракция крупного песка (1–0,25 мм), содержание которой колеблется в преде лах 70–90% от массы почвы.

Н второй год после пожара на вершинах увалов происходит резкое увеличение в верхних горизонтах фракций «физического песка» ( 0,01 мм). Пониженные участки рельефа в свою очередь характеризуются высокими значениями фракций «физиче ской глины». Одновременно на гари наблюдается уменьшение илистой фракции ( 0,001 мм). С течением времени в слое 20–30 см происходит увеличение значений илистой фракции, что, по-видимому, объясняется появлением травянистой расти тельности и развитием дернового процесса.

Физико-химические и химические свойства. Кислотность почв. На 2-й год после пожара в условиях зоны сухой степи происходит резкое изменение кислотности дерново-подзолистых почв. Лесная подстилка имеет сильно кислую реакцию среды (рН=3,8), через 10 месяцев после пожара её зольные остатки имеют величину рН = 5,3. На 7-й год после пожара почвенный раствор сохраняет свои значения, определяя слабокислую реакцию среды. Величина рН в гумусовом горизонте весной 2004 г достигла 5,5–5,6 (контроль – 4,5–4,8). Летом на горельнике рН была равна 4,9–5,6 (табл. 2).

Таблица Физико-химические и химические свойства дерново-подзолистых почв Обменные формы Глубина отбо Гумус Емкость поглощения (ммоль/100 г.) ра образца рН (%) (мг-экв на 100 г.) (см) 2+ Mg2+ Al3+ Са контроль (остепнённый лишайниковый бор) 0–10 2,4+0,09 4,8+0,04 2,6+0,01 3,0 0, Не обнаружен 10–20 0,8+0,01 4,6+0,02 2,1+0,01 2,5 0, 20–30 1,2+0,04 4,9+0,02 1,9+0,02 2,5 0, 30–40 0,6+0,07 5,2+0,01 1,7+0,01 2,0 0, 40–50 0,2+0,02 5,4+0,01 1,7+0,02 2,0 0, 50–60 – 5,5+0,01 1,5+0,01 2,2 0, гарь Не обнаружен 0–10 0,8+0,04 4,9+0,04 4,7+0,02 3,1 0, 10–20 0,5+0,02 5,6+0,02 3,5+0,02 2,5 0, 20–30 0,8+0,07 5,5+0,01 3,7+0,01 2,5 0, 30–40 0,2+0,05 5,2+0,01 2,5+0,01 2,2 0, 40–50 0,2+0,07 5,5+0,01 2,4+0,01 3,8 0, Качественный анализ кислотности дерново-подзолистых почв в зоне сухой степи показал, что кислотность почв в засушливых условиях определяется ионами водоро да.

Гумус. После пожара отмечается снижение содержание гумуса по всему профи лю почвы (0,2–0,4%). На 7-й год после пожара в результате появления травянистой растительности происходит незначительное увеличение содержания гумуса в верх нем слое горизонта А1 (табл. 2).

Исследования состава гумуса показали, что ведущим компонентом среди основ ных групп гумусовых веществ в почвах на гарях на 7-й год после пожара являются гуминовые кислоты (табл. 3).

Таблица Фракционный состав гумуса дерново-подзолистой почвы на 7-й год после пожара (зона сухой степи) Глуби- Гуминовые кислоты (%) Фульвокислоты (%) Собщ Гу- СГК на (%) мин СФК 1 2 3 1а 1 2 (см) контроль (остепнённый лишайниковый бор) 3–11 0,3 21,2 4,3 6,2 31,7 6,2 13,1 1,9 15,9 37,1 31,2 0, 11–20 0,1 17,5 2,4 15,0 34,9 8,3 18,4 8,5 17,5 52,7 22,4 0, 20–30 0,1 7,7 6,1 7,7 21,5 6,2 3,0 10,0 19,2 38,4 40,1 0, 30–40 0,1 5,4 4,6 0,0 10,0 10,9 2,4 15,4 6,7 35,4 54,6 0, 40–50 0,1 0,0 0,0 0,0 0,0 16,0 14,0 15,0 10,0 55,5 45,0 0, гарь 2–10 0,2 25,9 7,4 14,8 48,1 5,2 9,6 2,5 3,7 21,0 30,9 2, 10–20 0,1 12,5 8,7 12,5 33,7 10,0 8,8 9,6 16,2 46,6 21,7 0, 20–30 0,1 10,0 10,0 14,3 34,3 15,7 7,2 10,0 18,6 51,5 14,2 0, 30–40 0,1 5,1 4,9 0,0 10,0 16,0 6,0 10,0 19,6 51,6 38,4 0, 40–50 0,1 0,0 0,0 0,0 0,0 17,6 5,4 14,6 19,6 57,2 42,8 0, Тип гумуса, согласно классификации Л.А. Гришиной и Д.С. Орлова (1978), в горизонте А1 определяется как гуматный, поскольку отношение углерода гумино вых кислот к углероду фульвокислот больше 1 и составляет 2,29. В ниже лежащих горизонтах тип гумуса остается гуматно-фульватным.

Емкость поглощения. На второй год после пожара в почвах наблюдается не значительное уменьшение емкости поглощения. В тоже время на седьмой год после пожара в межгривном понижении на гарях отмечено увеличение значений емкости поглощения в верхних горизонтах в 2 раза. На других элементах рельефа значения емкости поглощения приближены к контрольным.

Обменные катионы. После прохождения пожара происходит незначительное увеличение содержания обменного кальция в почвах, что способствует накоплению в составе гумуса гуматов кальция и развитию дернового процесса.

Элементы питания. Содержание валовых форм фосфора и калия в дерново подзолистых почвах под влиянием лесных пожаров существенно не изменяется. На блюдается незначительное накопление калия в почвах после пожаров.

Нитраты. На гарях обеспеченность почв нитратами остается очень низкой. На седьмой год после пожара по пониженным элементам рельефа с более высоким со держанием гумуса содержание нитратов увеличивается с 0,35 мг/кг до 0,91 мг/кг, но в целом обеспеченность дерново-подзолистых почв этим элементом остается низ кой.

Тяжелые металлы. Содержание тяжелых металлов в почвах на гарях остается в пределах ниже значений ПДК. Отмечено незначительно увеличение в золе на 2-й год после пожара содержания кадмия и свинца.

Влажность. Дерново-подзолистые почвы как на контрольных участках под по логом леса, так и после прохождения пожара, в условиях зоны сухой степи характе ризуются напряженным водным режимом.

Максимум почвенного увлажнения отмечено на гарях в низинной части релье фа и северном склоне. Значения влажности здесь в 2 раза больше, чем содержание влаги в почвах под лесной растительностью. Вершины увалов на всех вариантах ха рактеризуются низким содержанием влаги по всему профилю почвы. На гарях такие низкие значения обусловлены физическим испарением под воздействием высоким температур воздуха. На контрольных участках снижение влажности обусловлено транспирацией влаги древесной растительностью.

Тепловой режим. Температура поверхности почвы на гарях в течение всего ве гетационного периода на разных элементах рельефа выше, чем на контроле под по логом леса на 5–70С. Максимальные температуры почвы на горельнике наблюдают ся в 1400. При этом прогревание вершин увалов происходит быстрее. В тоже время температура почвы в ночное время суток под лесным покровом оказалась выше, чем на горельнике на 3–40С. Особых различий в температуре поверхности почвы на разных элементах рельефа в это время выявлено не было.

Данные по тепловым потокам в почвенных профилях на гарях показали, что по ступление наибольшего количества тепла в почву по всем вариантам наблюдается в дневное время суток. Максимальные значения отмечены в 1100 (193,6 Вт/м2). Макси мальные отрицательные теплопотоки (из почвы) на гари отмечены в 2300 (-54,8 Вт/ м ). Под пологом леса прогревание почвы начинается позднее. Под естественным древостоем теплопотоки по своим значениям в 2–3 раза ниже, чем на гарях, вслед ствие затеняющего действия леса.

Восстановление травяного покрова. На 5-й год после пожара выявлен неод нородный процесс распределения видов растений по различным элементам рельефа.

В целом на гарях отмечено большее видовое разнообразие. Северные и южные скло ны увалов на гарях по сравнению с контролем характеризуются большим количе ством видов (20–35), пологие склоны увалов по количеству видов аналогичны контрольным участкам (табл. 4). Общее проективное покрытие травостоя на гарях на южных склонах и вершинах увалов снижается, на северных склонах, по сравне нию с контролем, увеличивается.

Таблица Характеристика травяного покрова на 5-й год после пожара Остепнённый лишайни Гарь ковый бор Фитоценотические показатели южный северный вершина южный северный вершина склон склон увала склон склон увала Общее проективное 25 18 37 20 35 покрытие, % Количество видов, шт 22 18 22 26 26 Количество доминан 2 2 2 5 4 тов, шт.

Соотношение ботани ческих групп, %:

злаки 27,3 22,3 23,8 18,5 17,6 23, осоки 4,5 5,5 4,7 4,5 2,9 4, бобовые – – – – – – разнотравье 68,2 72,2 71,5 77,0 79,5 71, Соотношение эколо гических групп, %:

гигрофиты 4,5 6,5 4,5 – – – мезофиты 21,3 30,8 17,6 16,6 22,5 мезоксерофиты 39,4 36,4 45,8 35,8 36,8 ксерофиты 34,8 26,3 32,1 47,6 40,7 На первых этапах пирогенных сукцессий восстановление травяного покрова осуществляется за счет разнотравья (71,4–79,5 %). Доля злаков и осоковых на гарях уменьшается, особенно на северных и южных склонах.

На 5-й год после пожара происходит: 1) выпадение из состава травостоя гигро фильных видов и снижение доли мезофитов на всех элементах рельефа;

2) уменьше ние доли мезоксерофитов на южных склонах и вершинах увалов;

3) резкое увеличе ние доли ксерофитов на всех элементах рельефа.

На гарях увеличивается количество и изменяется видовой состав доминантов.

На контроле в качестве доминантов отмечались Carex supinа (Willd.) и Artemisia marschallinа (Spreng.). На гарях пятилетнего возраста в зависимости от элементов рельефа в качестве доминантов выступают от 4 до 10 видов: Carex supinа доминиру ет на всех элементах рельефа, Artemisia marschalliana – на вершинах увалов. На юж ных и северных склонах в качестве доминантов отмечаются сорные виды и ксеро фильные виды злаков (Erigеron сanadensis (L.), Koeleria glauca (Spreng.), Cala magrostis epigeios (L.), Gypsophila altissima (L.), Linaria vulgaris (Mill.) и др.).

Таким образом, восстановление травяного покрова сосновых ленточных боров в условиях зоны сухой степи при ухудшении водно-термического режима почв направлено в сторону ксерофитизации, что затрудняет и соответствующие процессы лесовозобновления.

ГЛАВА 5. ИЗМЕНЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ НА ГАРЯХ В ЛЕНТОЧНЫХ БОРАХ АЛТАЙСКОГО КРАЯ В ЗОНЕ УМЕРЕННО ЗАСУ ШЛИВОЙ КОЛОЧНОЙ СТЕПИ Морфология почв. Профиль дерново-подзолистых почв в зоне умеренно-засушливой колоч ной степи состоит из следующих горизонтов: А0–А1–А2–А2В–В–ВС–С. На контроле дерново-под золистые почвы являются дерновыми-глубокоподзолистыми среднедерновыми супесчаными.

Мощность генетических горизонтов после пожаров меняется незначительно (табл. 5). Восстанов ление почвенного покрова после пожара здесь начинается уже на следующий год после пожара. Преоб ладание травянистой растительности в отдельных участках приводит к развитию дернового горизонта.

Развитие подзолистого процесса в почвах на гарях по понижениям рельефа в результате переувлаж нения сопровождается процессами оглеения.

Таблица Изменение мощности генетических горизонтов дерново-подзолистой почвы Мощность генетических горизонтов, см А0 А1 А2 А2В В ВС контроль (мохово-лишайниковый бор) 4,16 + 0,01 11,16 +0,07 27,17 +0,01 25,16 +0,01 30,83 +0,01 56,66 +0, гарь 1,83 + 0,01 10,66 +0,01 31,17 +0,01 25,83 +0,01 30,17 +0,01 58,83 +0, На 4-й год после пожара отмечено высокое залегание грунтовых вод, что прояв лялось наличием в профиле почв капиллярной каймы. На контрольном варианте в межгривном понижении капиллярная кайма была зафиксирована в 76 см от поверх ности почвы, на гари – в 70 см. Во время более ранних исследований такого высоко го залегания грунтовых вод не было обнаружено.

Изменения морфологии почв после пожара в условиях зоны умеренно-засушливой колочной степи наблюдается только в пределах разновидности. На вершинах увалов почвы гарей характеризуются как дерново-глубокоподзолистые среднедерновые песча ные, в пониженных участках рельефа они определяются как дерновые-глубокоподзоли стые среднедерновые супесчаные.

Гранулометрический состав. Дерново-подзолистые почвы в условиях зоны умеренно-засушливой колочной степи на всех вариантах являются супесчаными, так как содержание «физической глины» ( 0,01мм) в верхних горизонтах превышает 7%, а содержание фракции крупного песка в среднем колеблется от 45% до 65% от массы почвы.

После пожара на вершинах увалов в виду отсутствия развитого почвенного по крова происходит увеличение содержания фракций «физического песка». Смыв или стых частиц со склонов увалов на гарях и их аккумуляция в понижениях рельефа способствует увеличению в низинных участках значений илистой фракции ( 0, мм).

В профиле почв на гарях отмечено так же неравномерное распределение фрак ций «физической глины». В подзолистом горизонте вследствие процессов оглеения наблюдается значительное увеличение количества частиц фракций 0,01 мм до 28,6%.

Физико-химические и химические свойства. Кислотность почв. В условиях зоны умеренно-засушливой колочной степи пирогенный фактор способствует подщела чиванию почвенного раствора. На 2-й год после пожара кислотность почв составила 5, (контроль – 4,1). В тоже время в низинных участках на горельнике происходит незна чительное подкисление почвенного раствора, что обусловлено содержанием ионов Al3+.

Качественное определение проявления кислотности дерново-подзолистых почв на данной территории показало, что кислотность этих почв обусловлена наличием ионов обменного алюминия. При этом на гари содержание ионов алюминия выше, чем на контроле (табл. 6).

Таблица Физико-химические и химические свойства дерново-подзолистых почв Глубина Обменные формы отбора Гумус Емкость поглощения (ммоль /100 г) рН образца (%) (мг-экв на 100 г.) Са2+ Mg2+ Al3+ (см) контроль (вершина увала) Не обнаружен 0–10 4,7+0,02 4,7+0,02 1,02+0,01 1,8 0, 10–20 3,0+0,01 4,6+0,01 1,58+0,02 1,5 0, 20–30 1,2+0,01 4,6+0,01 1,38+0,01 1,5 0, 30–40 0,4+0,02 4,5+0,01 1,60+0,01 1,4 0, 0,2+0,02 4,8+0, 40–50 1,53+0,02 1,3 0, контроль (межгривное понижение) 0–10 5,3+0,02 4,6+0,02 1,03+0,02 2,0 1,1 – 10–20 4,7+0,01 4,5+0,02 1,60+0,02 1,8 0,9 – 20–30 1,6+0,02 4,4+0,02 2,50+0,01 1,5 0,3 – 30–40 0,3+0,02 4,6+0,01 1,58+0,01 1,5 0,2 0, 40–50 0,2+0,04 4,9+0,01 1,95+0,01 1,5 0,1 0, гарь (вершина увала) Не определяли 0–10 2,2+0,01 4,9+0,01 1,20+0,02 4,5 0, 10–20 1,1+0,01 4,8+0,02 1,62+0,02 3,0 0, 20–30 0,8+0,02 4,6+0,01 1,93+0,01 2,0 0, 30–40 0,4+0,02 4,8+0,01 1,04+0,03 1,8 0, 5,1+0, 40–50 0,2+0,01 0,97+0,01 1,3 0, гарь (межгривное понижение) 0–10 3,2+0,01 4,9+0,01 1,32+0,01 7,5 1,9 – 10–20 1,5+0,02 4,5+0,02 1,60+0,01 4,2 0,8 0, 20–30 0,9+0,01 4,2+0,02 1,73+0,02 3,9 0,7 0, 30–40 0,6+0,04 4,0+0,01 1,39+0,01 1,8 0,3 0, 40–50 0,2+0,04 4,8+0,01 1,05+0,01 1,2 0,2 0, Незначительное подщелачивание почвенного раствора и наличие органических кислот в понижениях на гарях обуславливают высокие значения гидролитической кислотности.

Гумус. На вершинах увалов на гарях наблюдается снижение содержания гумуса в раза. На 2-й год после пожара содержание гумуса в гумусовом горизонте составило 2,4%, а на 3-й год – 2,2%. Общее снижение содержания гумуса наблюдалось по всему профилю почв до глубины 50 см от поверхности почвы. В тоже время по пониженным элементам рельефа на гари на 3-й год после пожара содержание гумуса увеличива ется до 3,4% (табл. 6).

Емкость поглощения. На 2-й год после прохождения пожара в условиях уме ренно-засушливой колочной степи, в результате изменения содержания гумуса, происходит увеличение значений емкости поглощения до 4,6 мг/экв, на контроль ном варианте – 1,8 мг/экв. Аналогичная тенденция увеличения значений емкости поглощения наблюдается и в последующие годы восстановления лесного биоценоза после пожара.

Обменные катионы. В почвах на гарях отмечается увеличение содержания об менных катионов. Особенно значительно в зоне умеренно-засушливой колочной степи по сравнению с контролем увеличивается содержание Са2+ (табл. 5).

Элементы питания. Содержание валовых форм азота, фосфора и калия в поч вах на гарях не изменяется. Обеспеченность дерново-подзолистых почв в зоне уме рено-засушливой колочной степи элементами питания остается низкой.

Тяжелые металлы. Содержание тяжелых металлов в дерново-подзолистых поч вах на гарях не превышает значения ПДК. В тоже время на 2-й год после пожара отме чено незначительное увеличения содержания свинца в верхнем слое почв.

Влажность. В условиях умеренно-засушливой колочной степи почвы на гарях являются более увлажненными, чем под сосновым бором, в 3 раза. При этом мень шее содержание почвенной влаги на контроле отмечалась и в нижележащих гори зонтах. Запасы влаги в межгривном понижении на территории, лишенной древесной растительности, в верхних слоях почвы в течение всего вегетационного периода до стигали значений более 20%, что в 5–7 раз больше контрольных значений.

Температура. Почвы на гарях в течение всего вегетационного периода харак теризуются наибольшими значениями температуры по всему профилю почвы. Осо бенно сильно прогревается поверхность вершин увалов: в 1300 температура почвы является максимальной (29,80С). В низинных участках рельефа на горельнике, в ре зультате аккумуляции тепла за день, максимальные значения температуры прихо дятся на 1600 (25,90С). Под пологом леса к этому времени наблюдается остывание поверхности почвы.

Ночью происходит резкое остывание профиля почв гарей. Минимальные значе ния температуры отмечены на вершине увалов в 0100 (10,80С). На контроле темпера тура поверхности почвы несколько выше (12,90С). При этом низинные участки почв на гарях в это время характеризуются более высокими значениями температуры (14,30С). В целом почвенный профиль контрольных участков, как днём, так и ночью имеет меньшую температуру по сравнению с участком леса, лишенного древесной растительности.

Восстановление травяного покрова. На 3-й год после отмечается общее уве личение количества видов: вершины увалов – 32 вида, межгривные понижения – вида. На северных склонах количество видов по сравнению с контролем уменьшает ся. Общее проективное покрытие травостоя на гарях выше на южных склонах, вер шинах увалов и в межгривных понижениях, на северных склонах проективное по крытие уменьшается (табл. 7).

Таблица Характеристика травяного покрова на 3-й год после пожара Мохово-лишайниковый бор Гарь Фитоценотические южный вершина северный низина южный вершина северный низина показатели склон увала склон увала склон увала склон увала Общее проективное 18 15 15 20 70 42 9 покрытие, % Количество видов, 21 18 9 16 20 32 5 шт Количество доминан 1 1 2 2 5 4 – тов, шт.

Соотношение бота нических групп, %:

злаки 25 16,6 44,5 13,4 21,7 18,7 25 осоки 10 5,5 22,2 13,3 13 6,3 25 4, бобовые – – – – – 3,2 – 4, разнотравье 65 77,9 33,3 73,3 65,3 71,8 50 71, Соотношение эколо гических групп, %:

гигрофиты – – – – – – 20 12, мезогигрофиты – – – – – – – 4, мезофиты 28,9 29,9 49,4 41,4 20 21,8 40 24, мезоксерофиты 41,4 41,4 28,2 39,7 50 50 40 50, ксерофиты 29,7 28,7 22,4 18,9 30 28,2 – 8, В первые годы после пожара на гарях в травостое преобладает разнотравье и отмечается значительное участие злаков. В зависимости от элементов рельефа изме няется долевое участие других ботанических групп: на вершинах увалов и в низинах появляются бобовые, на северных и южных склонах возрастает доля осок (табл. 7).

На 3-й год после пожара наблюдается: 1) появление в травостое гигрофильных и мезогигрофильных видов и снижение доли мезофитов и ксерофитов в межгривных понижениях и на северных склонах;

2) уменьшение доли мезофитов на фоне увели чения доли ксерофильных видов на южных склонах и вершинах увалов.

На контроле в качестве доминанта выступает Carex ericetorum (Poll.), на север ных склонах добавляется Carex supinа (Willd.), в межгривных понижениях – Cala magrostis epigeios (L.). На гарях трехлетнего возраста в зависимости от элементов рельефа отмечаются от 3 до 5 видов доминантов. Большее разнообразие доминантов характерно для южных склонов и вершин увалов, где преобладают Carex supinа, Gypsophila paniculata (L.), Calamagrostis epigeios, Artemisia marschalliana (Spreng.), Koeleria glauca (Spreng.).

Таким образом, восстановление травяного покрова сосновых ленточных боров в условиях умеренно-засушливой колочной степи на южных склонах и вершинах увалов происходит в сторону исходных естественных растительных группировок на контроле. При этом в межгривных понижениях, с учётом особенностей погодных условий на данной территории, наблюдается ухудшение водно-термического режи ма почв, что обуславливает направленность сукцессионных процессов в сторону ме зофитизации и гигрофитизации.

ВЫВОДЫ 1. В условиях зоны сухой степи лесные пожары приводят к изменению морфо логических признаков на видовом уровне и в пределах разновидности почв. В усло виях умеренно-засушливой колочной степи изменения морфологии почв после пожа ра наблюдается только в пределах разновидности, а переувлажнение почвенного про филя приводит к развитию процессов оглеения.

2. В условиях зоны сухой и умеренно-засушливой колочной степи пирогенный фактор способствует увеличению на вершинах увалов фракций физического песка.

Развитие процессов дефляции на вершинах увалов способствует увеличению содер жания фракций физической глины в низинных участках рельефа.

3. Лесные пожары способствуют подщелачиванию почвенного раствора, пере водя дерново-подзолистые почвы из категории кислых в категорию слабокислых почв. При этом кислотность дерново-подзолистых почв в условиях умеренно-засу шливой колочной степи обусловлена как ионами водорода, так и ионами алюминия, тогда как в условиях зоны сухой степи кислотность определяется только ионами во дорода.

4. После лесного пожара отмечается снижение содержание гумуса по всему профилю почвы, но с течением времени в процессе восстановления растительности содержание гумуса на гарях на всех элементах рельефа выравнивается, приближаясь к исходным значениям.

В процессе гумусообразования в почвах на гарях в условиях зоны сухой степи ведущим компонентом среди основных групп гумусовых веществ являются гумино вые кислоты, что приводит к образованию в верхних горизонтах гуматного типа гу муса.

5. В почвах гарей в составе обменных катионов происходит увеличение содер жания Са2+. В зоне умеренно-засушливой колочной степи содержание обменного кальция в почвах на гарях увеличивается в 2–3 раза, что способствует накоплению в составе гумуса гуматов кальция.

Содержание тяжелых металлов в почвах горельников остается ниже значений ПДК.

6. На гарях вершины увалов характеризуются низкими значениями влажности по всему профилю почв, что обусловлено физическим испарение под воздействием высоких температур воздуха. Низинные участки рельефа лишенные древесной рас тительности содержат больше влаги, чем контрольные участки под пологом леса, что наблюдается в результате транспирации влаги древесной растительности. В условиях зоны сухой степи, по сравнению с зоной умеренно-засушливой колочной степи, под пологом леса на контрольных участках складывается более напряженный водный режим.

7. Температура поверхности почвы на гарях в дневное время суток, как в усло виях зоны сухой степи, так в условиях зоны умеренно-засушливой колочной степи, на 5–70С выше температуры почв под пологом леса. Остывание поверхности почвы на участках лишенных растительности происходит быстрее, что обуславливает низ кие температуры почв гарей в ночное время суток.

8. Восстановление травяного покрова на гарях в условиях зоны сухой степи в первые годы после пожара направлено в сторону ксерофитизации. В условиях уме ренно-засушливой колочной степи на южных склонах и вершинах увалов восстанов ление травяного покрова происходит в сторону исходных естественных раститель ных группировок, в межгривных понижениях сукцессионные процессы направлены в сторону мезофитизации и гигрофитизации.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Трофимов И.Т., Заблоцкий В.И., Бахарева И.Ю. Влияние лесных пожаров 1.

на дерново-подзолистые почвы ленточных боров Алтайского края / Вузовская наука – сельскому хозяйству (Международная научно-практическая конференция): Сбор ник статей. В 2 кн. – Барнаул: Изд-во АГАУ, 2005. – Кн. 1. – С. 134–138.

2. Бахарева И.Ю. Влияние лесных пожаров на дерново-подзолистые почвы юго-западной части ленточных боров Алтайского края // Молодёжь – Барнаулу. Ма териалы научно-практической конференции. – Барнаул: Изд-во АлтГУ, 2006. – С. 317–318.

3. Бахарева И.Ю. Влияние лесных пожаров на свойства дерново-подзолистых почв юго-западной части ленточных боров Алтайского края // Почва как связующее звено функционирования природных и антропогенно-преобразованных экосистем / Материалы II Международной научно-практической конференции. – Иркутск: Изд во ИГУ, 2006. – С. 256–261.

4. Бахарева И.Ю. Влияние лесных пожаров на свойства дерново-подзолистых почв северо-восточной части ленточных боров Алтайского края //Молодежь – Бар наулу / Материалы научно-практической конференции. – Барнаул, 2007. – С. 435– 437.

5. Трофимов И.Т., Бахарева И.Ю., Заблоцкий В.И. Послепирогенное измене ние свойств дерново-подзолистых почв ленточных боров Алтайского края // Лесное почвоведение: итоги, проблемы, перспективы / Материалы докладов Международ ной научной конференции. – Сыктывкар, 2007. – С. 87–88.

6. Трофимов И.Т., Бахарева И.Ю. Особенности послепирогенной транс формации дерново-подзолистых почв юго-западной части ленточных боров Ал тайского края // Вестник АГАУ. – Барнаул, 2007. – № 11 (37). – С. 31–34.

7. Бахарева И.Ю. Особенности гумусообразования дерново-подзолистых почв горельников боров Алтайского края // Труды молодых ученых АлтГУ / Материалы научной конференции «Дни молодежной науки в АлтГУ». – Барнаул, 2007. – С. 35– 36.

8. Трофимов И.Т., Бахарева И.Ю., Чижикова Н.П. Химико-минералоги ческий состав почв ленточных боров долин древнего стока и их террасирован ных склонов Предалтайской провинции // Вестник АГАУ. – Барнаул, 2008. – № 2 (40). – С. 9–14.

Пописано к печати 17.11.2009 г.

Формат бумаги 60х84/16. Усл.печ.л.1.

Печать офсетная. Тираж 100 экз. Заказ № Издательство Адрес Тел.



 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.