Взаимное влияние еловых насаждений и лесных почв друг на друга и связь почвенных изменений с процессом куртинного усыхания в лесах европейской части России
«Рослесозащита»
В последнее десятилетие в Европейской части России идет процесс массового усыхания и распада хвойных насаждений, особенно еловых. Встречается диффузное (равномерное) и куртинное усыхание. Ослабление хвойных насаждений часто проявляется в виде куртинных усыханий, которые встречаются повсеместно на территории обследованных лесхозов.
Куртинное усыхание (КУ) – совокупность деревьев от трех до нескольких десятков, усохших в один год или несколько лет. В среднем, количество деревьев в куртине усыхания около 9 шт., на 1 га приходится 1-3 КУ (по данным гг.); возраст образования сухостоя может быть различным.
Основной причиной (КУ) можно считать экстремумы влагообеспеченности, как в сторону повышенной, так и пониженной влажности. Почвенные разности под куртинами усыхания, исследованные в течение последних трех лет, в значительной мере объясняют причину приуроченности насаждений с куртинным усыханием к данным элементам рельефа (микроповышениям, микропонижениям и склонам). При куртинном усыхании ели и сосны в куртине усыхают все деревья, независимо от возраста дерева, и часто – деревья других пород.
Максимальная доля насаждений с куртинным усыханием приходится на средневозрастные насаждения, данная тенденция характерна как для еловых, так и для сосновых насаждений. Усыхание в определенном возрасте объясняется наличием под насаждением фрагментов почвы с неблагоприятными условиями произрастания. На таких участках деревья растут до определенного возраста, а в дальнейшем идет массовый отпад и образование полян и прогалин, [1,2,3].
Работы по исследованию почв под куртинами усыхания проводились автором в составе лесопатологической партии в Торопецком лесхозе Тверской области в году и Себежском лесхозе Псковской области в 2003 году под руководством главного инженера лесоустроительного проекта . Под куртинами усыхания на разных элементах рельефа обнаружились неоднородности, неблагоприятно влияющие на процесс роста и развития деревьев. В одном случае это водоупорные горизонты, на которых застаивается вода во влажные периоды. В засушливые годы они препятствуют поднятию капиллярных грунтовых вод из нижних почвенных горизонтов. Соответственно, над ними во влажные годы происходит заболачивание, а в сухие годы – пересыхание корневой системы деревьев. На других участках за счет высокой фильтруемости почвы влага не сохраняется. В засушливые периоды деревья гибнут на таких участках от ее недостатка. Отмечены участки, на которых плотные верхние горизонты и уклон местности способствует скатыванию влаги, а вместе с ней и вымыванию питательных веществ, что приводит к обеднению почвы и гибели произрастающих здесь деревьев. Данные процессы усугубляются на фоне неблагоприятных климатических условий.
Автор считает, что среди многих причин ослабления хвойных насаждений наибольшее влияние на древостой оказывают изменения в почве, происходящие за время развития ельника и, в несколько меньшей степени, сосняка.
В умеренной зоне типичные лесные почвы можно приближенно разделить на четыре зоны, или горизонта (рис. 1).
Типичный стратифицированный профиль лесной почвы формируется только в условиях хорошего дренажа, когда вода может легко перемещаться в почве. Наличие высокого уровня грунтовых вод в почве или водоупоров, препятствующих движению воды, приведет к видоизменению почвенного профиля. В зоне колебания зеркала грунтовых вод происходит периодическое ограничение окисления, приводящее к неоднородной окраске профиля почвы в желтый или серый цвет (неокисленная почва) и коричневый или красноватый цвет (окисленная почва).
Рис.1. Минеральный почвенный профиль, схематически показывающий основные горизонты:
O1 — органогенный горизонт — узнаваемые исходные формы (лесная подстилка);
О2 — органогенный горизонт — неузнаваемые исходные формы (гумус);
A1 — минеральный — смешанный с гумусом, темного цвета;
А2 — горизонт максимального выноса силикатных глин, окислов железа и алюминия и т. д., светлого цвета;
А3 — переход в горизонт В1 более похожий на А, чем на В;
B1 — переход в горизонт А1, более похожий на В, чем на А;
В2 — максимальное вмывание силикатных глин, окислов железа и алюминия, некоторых органических веществ;
В3 — переход в горизонт С1 более похожий на В, чем на С;
С — зона наименьшего выветривания, аккумуляции карбонатов кальция, магния, цементация, иногда высокая плотность — уплотненные горизонты;
1 - совокупность горизонтов А и В; 2 - подстилающая порода.
Постоянный уровень зеркала грунтовых вод предотвратит любое окисление почв и может даже привести к экстрагированию кислорода (то есть раскислению) из ранее окисленных почв, образовав глееватый или даже сплошно‑глеевый горизонт.
Подзолообразование — это неизбежный процесс формирования почвы в условиях прохладного и влажного климата. Истинные подзолистые профили (еще называемые сподосолями), с мощным и истощенным горизонтом А2 встречаются в условиях прохладного, влажного климата, главным образом в лесах и кустарниках; они способствуют образованию кислой листвы с низким содержанием кальция и других оснований. Такую почву обычно формируют ели и пихты по всей территории Северной Европы, Западной Сибири и высокогорных районов северной умеренной зоны лесов. Вереск, черника и подобные кустарнички оказывают на почвы аналогичное действие.
Сильно выщелоченные подзолистые почвы могут сформироваться в течение 50—100 лет, однако если происходит естественная смена пород на лиственные, то за этот же период времени условия для формирования таких подзолов исчезают. Если сосну высаживают на сельскохозяйственных угодьях, то в течение 40—50 лет происходит формирование тонкого выщелоченного горизонта, который в течение 100 лет может достигнуть мощности 2—5 см. Если затем после сосен растут береза, липа или широколиственные породы – дуб, клен и другие, химическое действие листвы постепенно изменит этот серовато-белый горизонт, пока через 30—50 лет он не приобретет другую окраску и частично пополнится питательными веществами. После того, как на вересковых болотистых участках стали расти березы, потребовалось 60—100 лет для того, чтобы сподосоль, сформировавшаяся за счет сырого кислого гумуса болотистых мест, разрушилась. Подобные исследования проводились в Северной Америке, но эта модель годится и для севера европейской части России, где таких крупных исследований не проводилось, [4,5].
Крайнее выщелачивание, характерное для формирования сподосоли, может привести к тому, что окислы железа, алюминия и лигнины из опада хвои крепко сцементируют горизонт В. Может образоваться линза оглеения, которая не пропускает ни воду, ни воздух, и тем самым лишит находящиеся внизу корни деревьев влаги и питательных веществ. В таких условиях слой почвы, доступный для растительности над слоем линзы, маломощный, а степень поступления питательных веществ к растениям очень низкая.
Классическим примером ухудшения почв в связи с подзолообразованием служат вересковые и болотистые пустоши Великобритании и некоторые другие районы Западной Европы. Здесь вырубки лесов и лесные пожары в прошлом привели к тому, что территории, занятые прежде лесами, превратились в вересковые и прочие пустоши. Под влиянием кислоты и неразложившейся листвы растений подзолообразование дошло здесь до такой стадии, что горизонт В оказался полностью блокирован иллювиально-железистым плотным слоем. В результате в таких местах деревья уже не могут достичь коммерческих размеров.
Если нарушить этот плотный железистый слой путем глубокой вспашки, внести удобрения и насадить деревья и кустарники, которые имеют более легкую листву, эти места можно использовать для производства древесины. Наиболее эффективны при вторичном лесоразведении береза и дуб (если позволяет почва) по сравнению с елью или сосной обыкновенной.
Начиная с XVI в. многие широколиственные леса Центральной Европы превратились в чистые древостои ели европейской; этот процесс достиг максимума в XIX в. Ель легче восстанавливается по сравнению с широколиственными видами, причем она гораздо выгоднее с точки зрения получения большого количества древесины. На европейской территории России это произошло в XX веке, благодаря практике промышленного лесовосстановления чистыми еловыми культурами на протяжении 50 последних лет. Однако при втором и третьем поколении продуктивность ели часто резко падает.
Изменения, вызванные елью (даже после одной генерации), включают понижение интенсивности разложения органических веществ, замедление активности дождевых червей и микроорганизмов, уменьшение меланизации, уменьшение количества влаги, а также изменение питательного режима по сравнению с условиями в верхнем слое почвы в естественных мелколиственных и широколиственных лесах. В этих условиях сокращение питательных циклов может частично привести к наблюдаемому замедлению роста. Кроме того, в тяжелых глинистых почвах корни ели распространяются в верхнем слое почвы горизонтально в форме решетки, так как они обладают гораздо меньшей эффективностью для проникновения в нижние почвенные горизонты по сравнению с корневыми системами лиственных пород. При первом поколении ели сразу после лиственных видов почва обладает высокой водопропускной способностью за счет старых каналов в местах прохождения корней росших прежде деревьев, так что корни ели могут проникнуть в более глубокие горизонты почвы и брать оттуда воду и питательные вещества.
В течение последующих поколений ели развиваются менее глубокие корневые системы. Низкая способность корневой системы добывать воду и питательные вещества из нижних горизонтов является причиной замедления роста последующих поколений ели и снижает её устойчивость против ураганных ветров. Наконец, в некоторых ареалах ель ускоряет естественное заболачивание почвы. Монокультуры ели в более значительной степени страдают от ветровала, буреломов, болезней, насекомых и снегопадов, чем смешанные насаждения. Например, напённая гниль деревьев, возбудителем которой является Fomitopsis annosa (корневая губка), наносит ущерб еловым древостоям в последующих поколениях в ряде районов, где после уборки спелого леса снова были созданы хвойные монокультуры.
Всего было проанализировано 648 горизонтов на фильтруемость почв под КУ (за 2002 г., и 252 – за 2001 г.). Для оценки почвенной составляющей биогеоценоза были отобраны 6 участков с характерным куртинным усыханием в Поженском и Торопецком лесничествах. На этих участках определялись такие показатели почвы, как фильтруемость, кислотность почвы в почвообитающем слое до глубины 120 см через каждые 10 см. Кроме того, в верхнем горизонте почвы до глубины 20 см определялось наличие гумуса и основных макроэлементов, в частности фосфора и калия. Все показатели сравнивались с аналогичными данными, взятыми в межкуртинном пространстве.
Наиболее интересен из приведенных данных такой показатель, как фильтруемость почвы, который характеризует скорость просачивания воды в почву (рис. 2.).
 |
Рис. 2. Водопроницаемость в куртине усыхания ели и в межкуртинном
пространстве (участок № 1. Поженское лесничество квартал 25 выдел 33)
Водопроницаемость почвенных горизонтов под еловыми куртинами ниже водопроницаемости межкуртинного пространства. Данная тенденция прослеживается до глубины в 70 см, исключением является горизонт, расположенный на глубине 30 см.
В куртине ярко выражен водоупорный горизонт на 60 см (1,6 см/мин), в межкуртинном пространстве данный горизонт расположен глубже, на глубине 90 см (1,4 см/мин). Более глубокое расположение водоупорного горизонта в меньшей степени влияет на состояние древостоев в случае экстремальных, климатических условий.
 |
Рис. 3. Водопроницаемость сосновой куртины и межкуртинного пространства
В сосновой куртине отмечается общее снижение водопроницаемости, как и в еловых куртинах, но причина иная – в почве отмечаются прослойки мелкодисперсного лёсса затрудняющее прохождение воды. В сосновом насаждении отмечена относительно низкая водопроницаемость верхних горизонтов до глубины 70 см. В куртине проблемными почвенными горизонтами с аномально низкой проницаемостью являются горизонты от 30 до 50 см глубины и, особенно в центре куртины. Вместе со склоном около 5о вызывающим скатывание дождевой и талой воды по верхним почвенным горизонтам с низкой водопроницаемостью это снижает водообеспеченность.
|
Сходные данные были получены сотрудниками Центрально-лесного биосферного Государственного заповедника (ЦЛБГЗ) при исследованиях постветровальной сукцессии ельников на протяжении 200 лет (рис. 4.), [6].
Выводы и рекомендации
Исходя из того, что за время еловой или сосновой сукцесии в почве накапливаются специфические изменения, не совместимые с дальнейшим произрастанием хвойного древостоя, рекомендуется отказаться от создания хвойных культур на еловых и сосновых вырубках, тем более что значительная часть их заражена корневой губкой, [7].
Лучше всего совсем отказаться от создания лесных культур там, где есть хоть какое-то естественное возобновление. Необходимо сохранять подрост при рубках и содействовать естественному возобновлению, которое происходит сначала «пионерными» породами – берёзой и осиной, под пологом которых через 40-60 лет вторым ярусом поднимется ель. Сукцессионный процесс смены пород позволяет подготовить почву для следующего «хвойного» цикла. Так же необходимо запретить чистые культуры, или монокультуры, как наиболее нестабильные и разрушающиеся после жерднякового периода (примерно через 40 лет). Нужно свести к минимуму воздействие тяжелой техники (гусеничных трелёвщиков) на лесную почву.
Насаждения наиболее устойчивы, когда в них 4-5 единиц главной породы (ель, сосна) и 5-6 единиц лиственных пород. Для достижения такого соотношения достаточно сократить рубки осветления в культурах и вести их без применения тяжелой техники.
Библиографический список
1. Нифонтов по л/п обследованию лесов Северо-Западного лесхоза Комитета по лесу Ленинградской области. М.: Рослесозащита. 1999–2000.
2. , Леонтьев по л/п обследованию части лесов Бельского и Торопецкого лесхозов Тверской области. М.: Рослесозащита. 2001–2002.
3. , , Леонтьев по л/п обследованию лесов Торопецкого лесхоза Тверской области. М.: Рослесозащита, 2002–2003.
4. Лесная экология. М.: Лесная промышленность. 1984.
5. Зеликов . М.: МГУЛ. 1999.
6. Сукцессионные процессы в заповедниках России и проблемы сохранения биоразнообразия. Сб. трудов. Русское ботаническое общество совместно с ЦЛБГЗ, Санкт-Петербург. 1999.
7. Материалы лесопатологического обследования лесов Себежского лесхоза Псковской области. 2003.
