ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ Г. МОСКВЫ
«ВОРОБЬЕВЫ ГОРЫ»
«Особенности растительности и почв на гарях и горельниках разного возраста и типа в долинах рек Ципа и Витим (Забайкалье)»
Автор:
Рязанов Даниил, 9 класс, ГБПОУ «Воробьевы горы»;
Руководители:
, педагог дополнительного образования ГБПОУ "Воробьевы горы";
, педагог дополнительного образования ГБПОУ "Воробьевы горы";
, педагог дополнительного образования ГБПОУ "Воробьевы горы"
Москва
2016
Оглавление
Оглавление ……………………………………………………………………………1 стр.
Введение ……………………………………………………………………………….2 стр.
Характеристика района исследований ………………………….………………….2 стр.
Материал и методика……………………………………………………………….....3 стр.
Результаты………………………………………………………………………………4 стр.
Выводы…………………………………………………………………………………8 стр.
Литература…………………………………………………………………………… 9 стр.
Приложение 1………………..………………………………………………………10 стр.
Приложение 2………………………………………………………………………..12 стр.
Введение
В историческое время пирогенное воздействие испытала большая часть территории лесной зоны Сибири. Биогеоценозы, образовавшиеся на местах лесных пожаров, занимают значительные площади (Ветлужских, 2013). Наше исследование заключалось в попытке выявить закономерности изменения видового состава растений и содержания гуминовых веществ в почве на участках забайкальской тайги, подвергавшихся воздействию лесных пожаров разного типа и давности. Исследование почвы на содержание гуминовых веществ выбрано нами для исследования в связи с тем, что это одна из основных групп химических соединений, обуславливающих доступность для растений элементов питания и общее плодородие почвы.
Цель исследования: Оценить влияние лесных пожаров разного типа и возраста на состав флоры и содержание гуминовых веществ в почве биогеоценозов таежных лесов долин рр. Ципы и Витима.
Задачи исследования
1. Выявить в районе исследований биогеоценозы, подвергавшиеся воздействию лесных пожаров разного типа и давности.
2. Провести в выбранных биогеоценозах геоботанические описания, описания почвенных разрезов и взять почвенные пробы.
3. Исследовать почвенные пробы на содержание гуминовых веществ в лабораторных условиях.
4. Сравнить и проанализировать полученные результаты для биогеоценозов, подвергавшихся пирогенному воздействию разного типа и в разное время.
Район исследований
Работа проводилась с 21.07.2015 г. по 18.08.2015 г. в Баунтовском районе Республики Бурятия и Каларском районе Забайкальского края (Рис. 3, приложение 1). Район наших исследований включал долину среднего и нижнего течения р. Ципы и участок долины среднего течения р. Витим. Лесной пояс на данной территории практически полностью подвергался в разные периоды воздействию как низовых, так и верховых лесных пожаров.
Склоны долин до высоты, в среднем, 1700 м покрыты лиственничными лесами (Larix gmelinii) с примесью осины (Populus tremula) и с подлеском из березы кустарниковой (Betula fruticosa). Песчаная равнина на дне Баунтовской котловины покрыта сосновыми лесами (Pinus sylvestris). На разных участках района работ преобладали подзолистые, дерново-подзолистые почвы, подбуры и варианты дерновых таежных почв (Анненхонов, 2007).
Материал и методика
В ходе исследований были выявлены участки долин, как подвергавшиеся воздействию низовых и верховых пожаров в разное время – от 10 до 40 лет назад, так и не имевшие видимых следов пожаров. Возраст гарей и горельников определялся приблизительно, на основе данных по возрасту подроста древесных пород - лиственницы и сосны (Куприянов и др., 2003).
Для описания растительности в центральных частях выбранных участков закладывались площадки 10х10 м, где проводилось геоботаническое описание по методике, изложенной в работе Сукачева, В. Н. (1961). В ходе него древесный ярус, подлесок и подрост учитывались количественно, а для травянистых растений измерялось проективное покрытие в процентах. Определение видов растений осуществляли по профессиональному «Определителю растений Бурятии» (2001).
После окончания геоботанического описания в центре каждой площадки делался почвенный разрез и отбирались пробы почвы из горизонтов А1 (гумусовый) и В (иллювиальный). Почвенные разрезы и описание почв выполнялись в соответствии с методикой, изложенной в работах и (2004); и др. (2010). Собранные пробы были исследованы нами в химической лаборатории Центра «На Донской» ГБПОУ «Воробьевы горы» на содержание гуминовых веществ.
Методика анализа почвенных проб на содержание гуминовых веществ.
При исследовании содержания гуминовых веществ в почве применялась методика, изложенная в работе (1990). Выделение гуминовых веществ из гумусосодержащих объектов основано на растворимости в воде солей гуминовых кислот (Орлов, 1990). В данной работе гуминовые вещества выделяли 0,1 N раствором NaOH из воздушно-сухих образцов почв. Далее были произведены фотометрические измерения на спектрофотометре марки «Agilent» с использованием кварцевой кюветы толщиной 1 см при длине волны 540 нм. На основе данных по оптической плотности вытяжек возможно дать сравнительную характеристику уровня содержания указанных веществ в почвенных образцах из разных биогеоценозов.
Результаты работы
Всего были выполнены описания на 8 площадках, находившихся на удалении 0,5 – 3 км от р. Ципы и Витима. Из них 2 площадки располагались на гарях – местах верховых лесных пожаров, 4 площадки – на горельниках - местах низовых пожаров разного возраста и 2 площадки – на участках без видимых следов пожаров. Данные по растительности на описанных площадках приведены в таблице 1 (приложение 2).
Коренной берег р. Ципы, плоское дно Баунтовской котловины. Тип почв – подзолистая, без следов вечной мерзлоты. Гарь возрастом примерно 12-14 лет. Молодой разреженный подрост сосны обыкновенной с доминированием шиповника в кустарниковом ярусе; злаков, иван-чая, майника и хвоща – в травяном; зеленомошный. Коренной берег р. Ципы, плоское дно Баунтовской котловины. Тип почв – подзолистая, без следов вечной мерзлоты. Горельник после поверхностного низового пожара возрастом примерно 12-14 лет. Средневозрастный сосновый лес с доминированием спиреи и рододендрона в кустарниковом ярусе; злаков и брусники – в травяном; с участками зеленых мхов – в мохово-лишайниковом ярусе. Коренной берег р. Ципы, плоское дно Баунтовской котловины. Тип почв – дерново-подзолистая, без следов вечной мерзлоты. Горельник после поверхностного низового пожара возрастом примерно 30 лет. Средневозрастный сосновый лес рододендроново-брусничный, без мохово-лишайникового покрова. Нижняя часть склона Баунтовской котловины (долина р. Ципы). Склон северной экспозиции крутизной около 10є. Тип почв – подбур (плохо дренированный из-за близкого залегания вечной мерзлоты, близкий к мерзлотно-таежному типу) со слабыми следами оглеения. Мерзлотный грунт начинается на глубине 30-35 см. Гарь с участками горельников после пожара промежуточного типа (местами – верховой, местами – низовой) примерно 18-летней давности. Средневозрастное лиственничное редколесье ерниково-багульниково-голубично-зеленомошное. Нижняя часть склона Баунтовской котловины (долина р. Ципы). Склон юго-западной экспозиции крутизной около 10є. Тип почв – подбур. Мерзлотный грунт начинается на глубине примерно 35 см. Слабо заметные следы поверхностного низового пожара возрастом не менее 40 лет. Лиственничный средневозрастный лес рододендроново-голубично-брусничный зеленомошный. Нижняя часть долины р. Витим. Плоское дно древней долины. Тип почв – дерново-таежная. Мерзлотный грунт начинается на глубине примерно 45 см. Следы низового пожара возрастом примерно 18-20 лет. Лиственничное редколесье ерниково-багульниково-голубично-бруснично-зеленомошное. Нижняя часть долины р. Витим. Плоская надпойменная терраса. Тип почв – дерновая старопойменная, без следов вечной мерзлоты. Видимые следы лесных пожаров отсутствуют. Старовозрастный лиственничный лес с примесью березы ольхово-разнотравный. Нижняя часть склона долины р. Витим. Склон юго-западной экспозиции крутизной около 10є. Тип почв – дерново-таежная, без следов вечной мерзлоты. Видимые следы лесных пожаров отсутствуют. Старовозрастный лиственнично-березовый лес ольхово-разнотравный.Анализ растительности
Видовое разнообразие растительности на обследованных площадках показано в таблице 1 (см. приложение 2) и на рис. 2 (см. приложение 1).
Доминирование в древесном ярусе и подросте лиственницы Гмелина и сосны обыкновенной характерно во многом потому, что эти породы обладают толстой корой, которая выдерживает наносимые низовыми пожарами повреждения и предохраняет ткани от гибели. Обильный подрост сосны обыкновенной отмечался на местах недавних низовых пожаров (12-14 лет). На участках гарей и горельников большего возраста количество подроста сосны было значительно меньше. В то же время, в лиственничниках количество подроста лиственницы даурской увеличивалось с давностью пожара и достигало максимума в сообществах без видимых следов пирогенного воздействия. Только на недавних (12-14 лет) гарях на подзолистых почвах в травяном покрове встречался иван-чай узколистный и полынь. В этом же сообществе были обычны шиповник иглистый и майник двулистный, редко встречавшиеся в других местообитаниях. Только в сосняках на местах относительно недавних (12-14 лет) низовых пожаров на подзолистых почвах часто встречалась в кустарниковом ярусе спирея средняя. В других местообитаниях она отсутствовала или была крайне редка. Злаки доминировали в травяном покрове гарей и горельников различного типа возрастом до 20 лет. В лесных сообществах, находящихся на более поздних стадиях пирогенных сукцессий, злаки были редки. Доминирование брусники и голубики в травянисто-кустарничковом ярусе в горельниках разного типа совершенно закономерно, поскольку сообщества с покровом из данных видов, в целом, характерны для пирогенных лесов (Сукачёв, 1961). Только на участках без следов пожаров встречались: береза в древесном ярусе и большинство видов, слагающих ярус высоких кустарников (ольха кустарниковая, рябинник, можжевельник сибирский, черемуха обыкновенная). Из травянистых растений только на площадках в данных местообитаниях встречены грушанка круглолистная и осоки. Кроме того, в лесах на поздних стадиях пирогенной сукцессии или без следов пожара отсутствует сомкнутый мохово-лишайниковый покров.
В целом, наибольшее видовое разнообразие отмечалось в двух типах биотопов:
На участках лиственничных и березово-лиственничных лесов, как на склонах долин, так и на надпойменных террасах, не подвергавшихся пирогенному воздействию более 40 лет (в т. ч. без видимых следов пожаров), на хорошо дренированных подбурах и дерновых почвах. Максимальное видовое разнообразие отмечено в лиственнично-березовом лесу на склоне юго-восточной экспозиции. На участках относительно свежих (12-14 лет) гарей и горельников в сосновых лесах равнины на дне Баунтовской котловины, на подзолистых почвах.Таким образом, в лиственничных лесах наблюдается рост видового разнообразия с возрастом пирогенной сукцессии, а в сосняках на аллювиальной равнине – противоположное явление. Высокое видовое разнообразие на гарях в сосновых лесах на подзолистых почвах связанно с внедрением луговых видов на ранних стадиях пирогенных сукцессий.
Анализ почв
Анализ почвенных проб (см. рис.1, приложение 1), взятых из гумусового (А) горизонта, показал, что наибольшим было содержание гуминовых веществ в биогеоценозах, сформировавшихся на местах гарей возрастом примерно 14-18 лет (площадки 1 и 4). Данные площадки располагались в разных биогеоценозах, но по содержанию гуминовых веществ в гумусовом горизонте резко выделялись на фоне других участков. На участке 4 количество гуминовых веществ было ощутимо выше по сравнению с участком 1. Минимальных значений данный показатель достигал в биогеоценозе 5, расположенном на участке со следами очень старого поверхностного низового пожара. Чуть выше было содержание гуминовых веществ в горизонте А на участках 7 и 8, лишенных видимых следов пожаров. На участках с выраженными следами низовых пожаров разного возраста данный показатель имел средние значения.
Таким образом, после сильного верхового пожара в верхних частях почвенного профиля накапливается наибольшее количество гуминовых веществ, что вероятно связано с обогащением почвы золой. В подбурах на вечной мерзлоте этот процесс более выражен по сравнению с подзолистыми почвами на песках. После низового пожара данный показатель увеличивается значительно менее существенно, достигая минимума примерно через 40 лет. В биогеоценозах без видимых следов пожаров содержание гуминовых веществ в горизонте А снова немного возрастало.
Анализ почвенных проб (см. рис.1, приложение 1), взятых из иллювиального (В) горизонта, показал, что наибольшим было содержание гуминовых веществ в биогеоценозах, сформировавшихся на местах низовых пожаров возрастом 12-20лет и верховых пожаров возрастом 18-20 лет. На местах старых (30 лет и более) пожаров данный показатель сильно снижался и сохранялся на том же уровне в биогеоценозах с отсутствием следов выгорания. Минимальный уровень гуминовых веществ в иллювиальном горизонте был отмечен на месте гари на подзолистых почвах.
Таким образом, после относительно сильного и недавнего (12-14 лет) верхового пожара в иллювиальном горизонте количество гуминовых веществ падает, что вероятно связано с их разрушением под воздействием температуры. В отличии от горизонта А, восстановления данного показателя в результате удобрения золой, сразу не происходит. В подбурах на вечной мерзлоте этот процесс значительно менее выражен по сравнению с подзолистыми почвами на песках. Далее наблюдается значительное повышение количества гуминовых веществ в биогеоценозах на местах пожаров возрастом до 20 лет, вероятно в результате их «стекания» вниз по профилю. На местах низовых пожаров возрастом 30 лет и более наблюдается значительное снижение данного показателя. В биогеоценозах без видимых следов пожаров содержание гуминовых веществ в горизонте В снова остается на том же уровне.
Сопоставление данных химического анализа почв с данными по растительности обследованных площадок показывает отсутствие прямой связи между видовым разнообразием и содержанием гуминовых веществ в почве. На одних участках с высоким содержанием гуминовых веществ в верхних слоях почвы видовое разнообразие было достаточно высоким, на других – минимальным.
Выводы
На обследованной территории были выявлены как участки гарей и горельников, так и участки без видимых следов лесных пожаров. Видовое разнообразие растительности в лиственничных и березово-лиственничных лесах склонов долин увеличивается, а в сосняках на дне котловины уменьшается с возрастом пирогенной сукцессии Содержание гуминовых веществ в гумусовом горизонте почв максимально на участках гарей и, в целом, снижается с возрастом пирогенной сукцессии. Содержание гуминовых веществ в иллювиальном горизонте почв минимально на участках свежих гарей, увеличивается, в целом, на участках гарей и горельников возрастом до 20 лет, затем резко снижается с возрастом пирогенной сукцессии. Уровень видового разнообразия растительности на обследованных участках не связан напрямую с содержанием гуминовых веществ в почве.Литература
Аненхонов флоры Баунтовской котловины // В сб.: «Ботанические исследования в Байкальской Сибири». Улан-Удэ, 2007. Ветлужских влияния низовых пожаров на структуру и флористический состав мелколиственных подтаежных лесов в пределах Обь-Иртышского междуречья / Journal of Siberian Federal University. Biology 3 (2013). С. 223-233. , , Восстановление лесных экосистем после пожаров. Кемерово: КРЭОО «ИРБИС», 2003. 262 с. Определитель растений Бурятии / Под ред. . Улан-Удэ, 2001. 671 с. Орлов кислоты почв и общая теория гумификации. М.: Изд-во МГУ, 1990. 325 с. , , Неделько . Методические рекомендации к лабораторным занятиям. Харьков: ХНУ, 2010. 42 с. Сукачёв принципы и программа изучения типов леса // , Зонн указания к изучению типов леса. 2-е изд. М. : Изд-во АН СССР, 1961. С 9-65. , Голеусов по почвоведению с основами бонитировки почв. Белгород: Изд-во Белгор. гос. Ун-та, 2004. 140 с.