Почвы лиственничных лесов горного алтая
На правах рукописи
Мерзляков Олег Эдуардович ПОЧВЫ ЛИСТВЕННИЧНЫХ ЛЕСОВ ГОРНОГО АЛТАЯ Специальность 03.00.27 – Почвоведение
Автореферат Диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук
Томск – 2007
Работа выполнена на кафедре почвоведения и экологии почв Томского государственного университета
Научный консультант: доктор биологических наук С.П. Кулижский
Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук Э.Ф. Титова доктор биологических наук профессор В.В. Чупрова
Ведущая организация: Институт почвоведения и агрохимии СО РАН (г. Новосибирск)
Защита состоится 01 марта 2007 в ч. _мин. на заседании диссертационного совета Д 212.267.09 при Томском государственном университете по адресу: 634050, г Томск, пр. Ленина 36, главный корпус.
Автореферат разослан «19 » февраля 2007 года
Ученый секретарь диссертационного совета, доктор биологических наук В.П. Середина
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы. Нельзя не отметить высокую почвозащитную роль лиственничных лесов, заключающуюся в скреплении корнями рыхлого почвообразующего слоя горных пород, задержание кронами атмосферных осадков, замедлении снеготаяния и испарении влаги из почвы. Иными словами, устойчивость горно-лесных почв в значительной степени определяется влиянием и лиственничных биоценозов. Однако постоянное влияние внешних факторов, потребность населения в древесине, антропогенные нагрузки на лесные экосистемы, изменение почвенно экологических условий на вырубках, а так же изменение состава и структуры этих биоценозов влечёт за собой изменение и почвообразования под лиственничными лесами.
Кроме того, изучение почв лиственничных лесов, необходимо для решения проблемных задач устойчивого развития и пространственного совершенствования природопользования, как, в общем, так и для конкретных районов Горного Алтая.
Цели и задачи исследований. Изучить региональные особенности распределения почв под лиственничными лесами различных типов классов, от горно-таёжной зоны Центрального Алтая до лесостепной зоны Юго Восточного Алтая и выявить закономерности их пространственных сочетаний.
В задачи исследования входило:
• Выявить основные типы почв и установить характер и направление почвообразования и распределение в лиственничных лесах Горного Алтая согласно законам вертикальной зональность;
• Выявить связь дифференциации почвенного покрова с экологическими условиями исследуемой территории;
• Изучить генетические особенности основных типов почв • Дать характеристику лесорастительным свойствам почв лиственничных лесов Горного Алтая Объекты и методы исследования. Объектами исследования явились горные лесные дерново-карбонатные, горно-лесные черноземовидные, горно лесные мерзлотные грубогумусные окарбоначенные, горно-лесные мерзлотные грубогумусные типичные, горно-лесные темно-серые, которые были выделены под лиственничными лесами Центрального и Юго-Восточного Алтая.
При изучении почв был принят методологический подход с использованием современного информационно-аналитического метода, который предусматривает применение как прикладных программ Windows, так и специальных графических программ Corel DRAW, Corel PHOTO-PAINT 12, сравнительно-географического и лабораторно-аналитического методов исследования.
Научная новизна работы. Впервые были проведены детальные исследования почв лиственничных лесов Горного Алтая, изучено влияние лесной растительности на внутрипарцеллярном уровне на процессы почвообразования, определена классификационная принадлежность чернозёмовидных почв Центрального Алтая, составлена почвенная карта лиственничных лесов (М 1: 2400000).
Получены и обобщены данные физических, физико-химических и химических свойств почв лиственничных лесов Горного Алтая.
Защищаемые положения.
1. В лиственничниках Центрального Алтая тип почвообразования определяется различными почвенно-климатическими условиями, зависящими от абсолютной высоты и от экспозиции склона. К различным классам типов лиственницы сибирской на территории Горного Алтая приурочены определенные типы почв, генезис которых, в свою очередь зависит от комплекса почвенных показателей.
2. На залесенных пространствах Юго-Восточного Алтая занятых лиственничными лесами, формируются своеобразные псевдотаёжные лиственничники, лесорастительные свойства которых, зависят от гидротермического режима мерзлотных грубогумусных почв.
Теоретическая и практическая значимость работы. Полученные данные о строении, составе и лесорастительным свойствам основных типов почв лиственничных лесов Горного Алтая углубляют и расширяют существующие представления об особенностях горного почвообразования.
Диссертационная работа вносит вклад в решение теоретических вопросов характера почвообразования в светлохвойных лесах гор юга Сибири.
Результаты исследований послужат основой группировки почв рассматриваемой территории для подготовки рекомендаций по ограничению экологических нагрузок на почвенный покров лесных экосистем.
Излагаемые в диссертации материалы могут быть использованы при построении моделей продуктивности лиственничных лесов и комплексной оценки ресурсного потенциала Горного Алтая. Полученные данные необходимы при проектировании лесохозяйственных мероприятий на территории Горного Алтая.
Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены на международной конференции «Современные проблемы почвоведения в Сибири» (Томск, 2000), международной научной конференции «Геоэкологические проблемы почвоведения и оценки земель» (Томск, 2002), IV всероссийском съезде Докучаевского общества почвоведов (Новосибирск, 2004), международной научно-практической конференции «Лесопользование, экология и охрана лесов: фундаментальные и прикладные аспекты» (Томск, 2005) и ежегодной международной научной конференции молодых учёных «Ломоносов - 2006» (Москва, 2006).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ, в том числе в журнале входящем в перечень ВАК Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на страницах, состоит из введения, 7 глав, выводов, списка использованной литературы, содержит 18 таблиц и 32 рисунка. Список литературы включает 163 источника, из которых 13 на иностранных языках.
Автор выражает признательность своему научному руководителю д.б.н.
С.П. Кулижскому за научное консультирование и помощь при выполнении работы и особую благодарность к.б.н. А.В. Огородникову и всему коллективу кафедры почвоведения и экологии почв.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
ГЛАВА 1. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Экспедиционные исследования проводились в двух крупнейших районах Горного Алтая, основных ареалах распространения лиственницы сибирской в течение 2000-2004 гг., под руководством доцента кафедры почвоведения и экологии почв А.В. Огородникова.
Исследования проводились на ранее выделенных геоморфологических районах: с одной стороны, это Центральный Алтай отличающиеся возобновительными процессами и структурой древостоя, с другой - это псевдотаёжные лиственничники Юго-Восточного Алтая. При работе был принят методологический подход с использованием сравнительно географического и лабораторно-аналитического методов исследования.
Сравнительно-географическими исследованиями охвачена вся территория распространения лиственничных биогеоценозов Горного Алтая.
Исследования в Центральном проводились на различных элементах рельефа, на плоских и слабонаклонных участках склонах различной крутизны и экспозиций. В рамках выполнения работы были обследованы Усть-Канский, Усть-Коксинский и Онгудайский административные районы. На территории Юго-Восточного Алтая исследования проводились в Кош-Агачском районе путём закладки экологических профилей различной протяжённости. Высотные отметки исследуемых участков составляют от 800 до 2000 м. над уровнем моря.
Опираясь на исследования (Речан, 1967), и проведённой в ходе работы группировки, были выделены три класса лиственничников (таблица 1).
На выделенных участках было заложено около 200 разрезов и прикопок, часть из которых использовались для установления границ почвенных ареалов, а из наиболее типичных были отобраны и проанализированы более 120 образцов для выявления физических химических и физико-химических свойств почв. Образцы отбирались согласно общепринятой методике из генетических горизонтов. Для выявления свойств исследуемых почв в отобранных образцах были определены следующие характеристики: Физико-химические, физические и химические свойства почв определялись общепринятыми в почвоведении методиками. Изучение качественного состава гумуса проводилось по методике (Пономаревой и Плотниковой, 1980), а также по сокращенной методике для карбонатных почв.
Таблица 1 – Классы лиственничных лесов Горного Алтая, выделенных на основании исследований С.П. Речан в году Класс Лиственничники лесостепные Лесостепные (без яруса Подкласс Кустарничковые Лугово-лесные лиственничники кустарников) Разнотравная, Ирисово-злаковые реже Разнотравный, вейниковый и Группы вейниковая реже сухомшистые крупнотравный крупнотравные Тёплые межгорные Ареал Лесостепи Юго-Восточного Межгорные котловины Юго депрессии распространения Алтая Западного Алтая Центрального Алтая Класс Лиственничники таёжные Тёмнохвойно- Елово-лиственничная тайга Подкласс Кедрово-лиственничная тайга лиственничная тайга Разнотравные, Вейниковые, зелёномошные, Зелёномошная Группы вейниковые, разнотравные зелёномошные Ареал На западе Горного Юго-Восточный и Юго-Восточный Алтай распространения Алтая Центральный Алтай Класс Лиственничники субальпийские Подкласс Нет Нет Разнотравные Группы Крупнотравные субальпийские лиственничники Ареал Центральный Алтай Центральный и Западный Алтай распространения ГЛАВА 2. ЭКОЛОГО-ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ ПОЧВ ЛИСТВЕННИЧНЫХ ЛЕСОВ ГОРНОГО АЛТАЯ Первый раздел этой главы посвящён географическому положению территории исследования, внешние границы которой, примыкают к Китаю, Монголии Казахстану. Внутренние границы территории примыкают к Тыве, Хакасии, Алтайскому краю. Эта сложная и неоднородная территория является «мостом» для распространения лиственничников Якутии к лиственничникам Монголии.
В разделе Геоморфология, геологическое строение и почвообразующие породы отражается вся сложность геологического и литологического строения Горного Алтая. Описаны древнии отложения докембрийские метаморфические сланцы Терехтинского хребта и хребта Холзун, а так же Южно-Чуйского и Северо-Чуйского хребтов Полоса кристаллических серицито-хлорито-кварцевых сланцев, частично с кальцитом, эпидотом, актинолитом, а также мраморов, ортогнейсов и амфиболитов,которые образуют в этих хребтах горст, имеющий от 15 до 40 км в ширину и простирающийся почти в широтном направлении, а так же современный голоценовый этап развития Алтая характеризующийся наличием как тектонических движений, так и активизацией физико-географических и экзогенных геологических процессов.
Почвообразующими породами исследуемой территории являются делювиальные и пролювиально-делювиальные отложения (в шлейфовых частях склонов, в седловинах, ложбинах и других отрицательных элементах рельефа), либо элювий и элюво-делювий коренных пород (на плакорах останцовных возвышенностях, склонах) и моренные отложения (в долинах, плакорах).
Из геоморфологических особенностей территории исследования, оказывающих влияние на распределение солнечной энергии и атмосферных осадков на процессы выветривания и миграции веществ, на расселение растительности и в конечном счёте на почвообразование, необходимо отметить следующие: 1. общее почти широтное направление главных орографических сооружений;
2. наличие значительных по размерам выровненных открытых (на хребтах) и замкнутых (в котловинах) пространств с большим превышением друг относительно друга (порядка 1000 – 1800 м);
3.
преимущественное расположение пенепленезированных поверхностей в пределах нивальной зоны;
4. довольно широкое развитие альпийских форм рельефа (особенно на Катунском хребте);
5. наличие ледниковых форм рельефа: трогов, больших цирков, многочисленных каров и т.д.
Климат описываемой территории чрезвычайно изменчив и разнообразен, так как формируется под влиянием вторжения трёх разнообразных по происхождению континентальных воздушных масс: среднеазиатских, западно сибирских, и отчасти, монгольских. Взаимно вклиниваясь, эти воздушные массы, вместе с солнечной радиацией, воздушными течениями местной конвекции и другими климатообразующими факторами, обуславливают на территории исследования большую пестроту и контрастность Гидрологическая сеть оказывает различное влияние на почвенный покров Центрального и Юго-Восточного Алтая. С одной стороны это недостаточная обводненность криоаридных районов Юго-Восточного Алтая, приводит к развитию в почвогрунтах мерзлоты вследствие чего, происходит усиление внутрипочвенного стока, (что способствует выносу продуктов почвообразования и выветривания) и ослабляет питание подземных вод, а с другой стороны, более сильная обводнённость Центрального Алтая, приводит к изменению гидротермических условий и распределению веществ в почвах зоны.
Растительный покров Горного Алтая вследствие многообразия природных условий отличается большой сложностью и разнообразием (Келлер, 1914;
Верещагин, 1927;
Сапожников, 1949;
Куминова, 1960;
Крылов, Речан, 1965, 1967;
Пшеничная, 1997;
Манеев, Апина, 2000).
Для классификации лесов Алтая приняты следующие основные таксономические единицы: тип леса, группа типов леса, подкласс типов леса, класс типов леса, формация. Тип леса принимается в трактовке Сукачева В. Н., (1951).
Изучив лесотопологию Алтая, можно сделать вывод, о географии распространения лиственничных лесов Горного Алтая, а также выявить основное разнообразие типов лиственничников, для построения классификационных моделей взаимодействия между почвой эдификатором и отчасти флористическим составом Алтайских лиственничников.
ГЛАВА 3. ИСТОРИЧЕСКИЙ АСПЕКТ ИЗУЧЕННОСТИ ВОПРОСА В данной главе рассмотрены как общие особенности почвообразования в горах, так и особенности почвообразования под лиственничными лесами.
Изучение условий почвообразования под лиственничными лесами, принадлежат учёным, проводивших свои исследования на прилегающих территориях, развивающихся в более мягких климатических условиях;
Глинка, (1908), Смирнов, (1910), Шелудякова (1928), Горшенин, (1939, 1955), Полынов, (1956), Петрова В.Ф., (1952), Орловский, (1959), Хмелев, (1968), Градобоев, (1955, 1958). Орловский, Беспалов (1951, 1959), Носин, (1963), Ногина (1980), Смирнов, (1970), Огородников, Коротков, (1975);
Огородников, (1980), Давыдов,(2005).
В главе также рассмотрены общие закономерности строения почвенного покрова Горного Алтая. Распределение основных, доминирующих типов почв на территории Алтайских гор, (Почвы..., 1973, ;
Ковалев, 1974;
Хмелёв, 1982;
Огородников А.В., Читоркина, Одинцов, Мерзляков, 2000;
Читоркина, Тимохин, 2001;
Огородников, Читоркина, 2004;
Давыдов, 2005), подчинено вертикальной поясности. В общей схеме здесь выделяются три сверху вниз сменяющихся почвенных пояса: 1. пояс альпийских почв - горно-тундровых, горно-луговых и горных лугово-степных;
2. пояс горно-лесных почв высокогорий и среднегорий;
2. пояс горно-лесных и лесостепных почв низкогорий и предгорий.
ГЛАВА 4. ПОЧВЫ ЛИСТВЕННИЧНЫХ ЛЕСОВ ЦЕНТРАЛЬНОГО АЛТАЯ Горные лесные Черноземовидные почвы В главе приводится морфологическое описание, физические и физико-химические характеристики черноземовидных почв выделяемых под лесостепными и парковыми лиственничниками Центрального Алтая.
Из морфологических характеристик можно отметить, что в профиле чернозёмовидных почв формируется темно-серый, почти черный горизонт А с буроватым, усиливающимся книзу оттенком;
на луговых и лесных полянах горизонт А сильно задернован, а под густыми кронами деревьев он рыхловатого сложения, корешковатый с большим количеством неразложившихся растительных остатков, образующих на поверхности подстилку (горизонт А0). Структура его комковато-зернистая.
Карбонатный профиль этих почв имеет различный характер. У некоторых горных черноземовидных почв формирующихся под лиственными лесами, в верхнем горизонте А карбонаты отсутствуют или содержатся в ничтожных количествах. В горизонте В количество их может резко увеличится и затем снова уменьшаться, иногда до полного исчезновения при развитии на бескарбонатных породах. Встречаются также почвы, выщелоченные от карбонатов до самых нижних горизонтов.
Рассматривая физические свойства горных лесных чернозёмовидных почв, можно отметить их сходство с почвами чернозёмного ряда, а именно с физическими свойствами типичных чернозёмов Уймонской депрессии (Рисунок 1).
Неоднородность распределения фракций гранулометрического состава, в горных чернозёмовидных почвах свидетельствует о сложности внутрипочвенного выветривания и гидротермического режима почв.
1 2 3 4 5 6 Рисунок 1 – Распределение фракций гранулометрического состава горной лесной чернозёмовидной слаборазвитой высокощебнистой, почвы на элювии хлоритовых сланцев.(разрез - 24) 1 – потеря от HCl;
2 – 1-0,25мм;
3 – 0,25-0,05мм;
4 – 0,05-0,01мм;
5 – 0,01-0,005мм;
6 – 0,005 0,001мм;
7 – 0,001мм.
Из физических физико-химических и химических свойств этих почв хочется отметить качественный состав гумуса. качественного состава гумуса чернозёмовидных почв (Таблица 2).
Таблица 2 – Физики-химические свойства горных лесных чернозёмовидных почв Горизонт, ГВ, ППП, СО2, ГК, ФК, Сгк/Сфк С общ.
мощность % % % % % % см.
Горная лесная чернозёмовидная высокощебнистая карбонатная почва на элювии хлоритовых сланцах (разрез - 25) Ad (1-7) 2,41 16,54 0,34 - - - Ak (7-25) 2,32 13,94 1,40 3,74 32,2 28,4 1, ABk(25-50) 1,58 13,36 4,63 2,21 31,8 29,6 1, Bk (50-64) 1,06 12,35 6,42 1,47 30,0 28,6 1, BCk(64-72) 0,67 9,23 4,58 0,94 29,4 28,5 1, Ck (72-85) 1,44 7,12 4,99 0,73 29,2 28,5 1, Обращает на себя внимание не свойственный лесным почвам гуматный тип гумуса горизонта А, где для образования гуминовых кислот создаются, по видимому, оптимальные условия. Такая особенность состава гумуса этих почв может быть связана, с поступлением значительного количества кальция с опадом хвои лиственницы.
В соответствии с различиями в гранулометрическом составе и в содержании органического вещества, изменяется и емкость катионного обмена.
Почвенно-поглощающий комплекс почвы насыщен щелочноземельными основаниями, главным образом кальцием - от 43 мг-экв/100 г почвы в верхнем горизонте А и равномерно понижаясь с глубиной - до 14 мг-экв/100г почвы в горизонте ВС. Большое содержание магния в нижнем горизонте свидетельствует о высоком содержании его в почвообразующей породе При сравнении данных валового анализа почвенной массы и почвообразующей породы можно говорить, о наличии тенденции к выносу полуторных окислов из верхних горизонтов в нижележащие, а так же о накоплении и небольшом обогащении кремнезёмом верхней части профиля.
Однако подобный характер распределения В.А. Хмелёв (1968) связывает с неоднородностью почвообразующих пород.
Горные тёмно-серые лесные почвы На верхней границе своего распространения горно-лесные черноземовидные почвы замещаются горно лесными почвами, близкими к бурым лесным (условно названные нами горными лесными темно-серыми почвами), развивающимися под лиственничниками злаково-разнотравными и лиственнично-кедровыми лесами. Развиваясь на склонах южных и юго-западных экспозиций на высотах около 1000 м. над уровнем моря, они имеют некоторые различия по сравнению с чернозёмовидными почвами. Эти отличия прослеживаются, прежде всего, в наличии слабого оподзоливания, меньшей гумусированностью и мощностью горизонта А, а так же распределением илистой фракции по профилю.
Морфологически профиль горных серых лесных почв дифференцирован по цвету на серые, переходящие в буро-серые и светло-бурые горизонты.
Мощность профиля почв составляет 60-80 см.
Исследуемые горно-лесные темно-серые почвы имеют тяжелосуглинистый и легкоглинистый гранулометрический состав (Рисунок 2). Объяснение этому кроется в гидротермических условиях в результате которых процессы разрушения минеральной части почвы протекают более интенсивно 1 2 3 4 5 Рисунок 2 – Распределение фракций гранулометрического состава в горной тёмно серой лесной почве 1 – 1-0,25мм;
2 – 0,25-0,05мм;
3 – 0,05-0,01мм;
4 – 0,01-0,005мм;
5 – 0,005-0,001мм;
6 – 0,001мм.
Рассматривая физико-химические свойства горных темно-серых лесных почв, можно отметить кислую и слабокислую реакцию среды, в верхних горизонтах - близкая к нейтральной (таблица 3). В горизонте Аd это обусловлено биогенным накоплением оснований при слабой степени разложения органического вещества в верхних горизонтах в связи с тем, что основания не вымыты, кислотность растворов понижается. Степень насыщенности основаниями горных лесных темно-серых почв высокая, особенно в верхних горизонтах (таблица 3).
Таблица 3 – Физико-химические свойства горных лесных тёмно-серых почв Fe2O Обменные Степень Гидролит.
по катионы, рН насыщен. кислотн.
Горизонт Гумус,% Тамму мг-экв/100г.
вод. основ-ми, мг-экв/100г.
% % почвы Н+ Al3+ Ад 10,23 6,40 80,88 10,85 0.30 0.20 0. А 7,02 5,70 68,88 12,60 1.30 0.40 0. АВ 5,44 5,20 48,83 17,50 1.50 0.80 0. В 3,19 4,70 31,41 21,30 2.80 3.30 0. ВС 1,62 5,40 59,84 15,40 2.40 2.3 0. Профилирующими процессами при формировании данных почв являются процесс обогащения соединениями щелочноземельных катионов, прежде всего, кальция и дерновый процесс, который приводит к высокому накоплению гумуса, как и оснований, в верхнем горизонте.
Горные лесные дерново-карбонатные почвы Названные почвы встречаются в нижней, реже в средней части лесного пояса антициклонических районов Центрального Алтая. Они формируются непосредственно на обызвесткованных рыхлых щебнистых отложениях и занимают небольшие пространства относясь к интразональным биолитогенным.
Ведущие почвообразовательные процессы в данном типе почв являются:
процесс обогащения соединениями щелочноземельных катионов, прежде всего кальция, в результате которого на небольшой глубине формируются «окарбоначенный» профиль почв, и дерновый процесс, который приводит к сильному накоплению гумуса.
По гранулометрическому составу почвы могут быть среднесуглинистыми или с более легким гранулометрическим составом на границе горизонтов А и В (Рисунок 3).
1 2 3 4 5 6 Рисунок 3– Распределение фракций гранулометрического состава в горной лесной дерново-карбонатной выщелоченной среднемощной почве 1 – потеря от HCl;
2 – 1-0,25мм;
3 – 0,25-0,05мм;
4 – 0,05-0,01мм;
5 – 0,01-0,005мм;
6 – 0,005-0,001мм;
7 – 0,001мм.
Гомогенизированность толщи по количеству дисперсных частиц (сумма 0,01 мм) может являться одним из основных диагностических признаков проявления интенсивных экзогенных воздействий. Именно такая картину наблюдается в почвах с явным экзогенным воздействием. Очевидно, мелкозем имеет не местное (элювиальное), а экзогенное (привносное).
Физико-химические свойства горных лесных дерново-карбонатных почв характеризуются: накоплением органического вещества в горизонте А в форме собственно гумуса (таблица 4), связанного, вероятно, с кальцием.
Таблица 4 – Физико-химические свойства дерново-карбонатной выщелоченной среднемощной почвы Горизонт, Гумус ГВ, СО2, мощность рH Fe, % % % % см Аd (2-5) 13,24 6,8 5,76 - 0, А1 (5-15) 9,28 7,0 4,39 - 0, АВк (15-30) 7,52 7,4 4,13 2,31 0, Вк (30-42) 5,83 7,6 2,59 5,27 0, ВСк (42-56) 3,02 7,7 2,44 6,34 0, ВСДк (56-68) 1,51 7,9 1,80 6,52 0, В маломощных лесных подстилках грубоперегнойные вещества различной степени разложения и гумификации;
зольность их достигает 13,4%.
Содержание Ca2+ составляет – 47,54 мг-экв/100 г. почвы (Рисунок 4) Рисунок 4 – Распределение поглощенных катионов в горной лесной дерново карбонатной выщелоченной среднемощной почве Генезис дерновых лесных почв, определяется засушливостью и континентальностью климата, непромывным водным режимом, обусловливающими интенсивную минерализацию растительного опада, разнообразного по видовому;
составу и с богатством основаниями почвообразующих по род. Климатический режим определяет ограниченную возможность выноса оснований в процессе почвообразования в нижележащие горизонты.
ГЛАВА 5. ПОЧВЫ ЛИСТВЕННИЧНЫХ ЛЕСОВ ЮГО-ВОСТОЧНОГО АЛТАЯ Горно-лесные мерзлотные грубогумусные почвы. Горно-лесные мерзлотные грубогумусные типичные почвы встречаются главным образом в средней и нижней частях горно-лесного пояса лиственничников с травянисто-моховым и травянисто-кустарничково-моховым напочвенным покровом. Они приурочены к более холодным участкам склонов северной экспозиции, закрытых от влияния тёплых воздушных течений Горно-лесные мерзлотные грубогумусные остепнённые почвы занимают сильноостепнённые участки, находившиеся в недавнем прошлом под лесом.
Остепнение этих участков наступает в результате постоянных вырубок и гарей, или из-за резкого изменения местного климата. Процессы лесовосстановления происходят за очень длительный период, так как после уничтожения леса резко нарушается водно-температурный режим, резко изменяется растительный напочвенный покров, усиливается пастбищная нагрузка Исследованные горно-лесные мерзлотные грубогумусные почвы в целом характеризуются не однородным гранулометрическим составом. Как правило, все почвы имеют супесчаный гранулометрический состав мелкозёма (Рисунок 5).
Б А 1 2 3 4 5 Рисунок 5 – Распределение фракций гранулометрического состава в горной лесной мерзлотной грубогумусной остепнённой (А) и типичной (Б) почве 1 – 1-0,25мм;
2 – 0,25-0,05мм;
3 – 0,05-0,01мм;
4 – 0,01-0,005мм;
5 – 0,005-0,001мм;
6 – 0,001мм.
В составе мелкозёма характерно преобладание песчаных фракций, количество которых достигает 59,7% в верхнем горизонте и увеличивается вниз по профилю, достигая 66,99% в горизонте СД.
Характер распределения илистой фракции по профилю не даёт основания для определённых заключений об оподзоливании почвенного профиля, или какой либо его части. В связи с недостаточной изученностью этих почв и противоречивых данных по физико-химическим свойствам, более детально рассмотрен качественный состав гумуса и другие физико-химические свойства данных почв (таблица 5).
Таблица 5 – Состав гумуса горной лесной мерзлотной грубогумусной типичной среднесуглинистой на щебнистом элювии и элюво-делювии хлоритовых сланцев почвы (разрез 4).
Гуминовые кислоты Фульвокислоты Собщ Сгк:Сфк остаток, % лизуемый Горизонт Негидро глубина а 1 2 3 1 1 2 % А 0-4 31,4 7,2 2,3 7,4 16,9 3,7 26,4 0,9 0,4 31,8 52,0 0, Ат 4-9 8,0 7,5 3,5 9,6 20,6 3,7 26,2 0,2 0,2 30,5 49,0 0, А 9-12 2,2 7,2 2,7 8,1 18,2 4,0 25,0 1,8 0,9 31,8 50,0 0, АВ 12-16 1,2 6,6 1,6 5,0 13,3 4,1 27,5 1,6 2,5 35,8 50,8 0, В1 16-24 0,86 6,9 3,5 2,3 12,8 4,6 27,9 6,9 2,3 41,8 45,3 0, В1 24-34 0,85 7,0 3,5 1,1 11,7 4,7 15,3 12,9 2,3 35,3 52,9 0, В2 34-40 0,84 8,3 2,4 1,2 11,9 5,6 11,9 15,4 2,4 35,7 52,4 0, В2 40-49 1,05 6,6 1,9 0,9 9,5 4,7 9,5 10,4 3,8 28,5 61,9 0, В3 49-58 1,08 6,5 0,9 0,9 8,3 4,6 9,2 15,7 4,6 34,2 57,4 0, В3С 58-68 1,07 4,6 0,9 0,9 6,5 0,9 7,5 7,5 4,7 20,5 72,9 0, Большая подвижность гумусовых веществ и низкое содержание гуминовых кислот при большом количестве общего гумуса – характерная черта мерзлотных и таёжных почв Н.А. Ногина (1974). Такие почвы отличаются широким отношением C/N в верхних горизонтах, что свидетельствует о низкой степени гумификации органического вещества и подтверждает точку зрения В.О. Таргульяна (1971) о недерновом гумусообразовании в подобных почвах. В этих почвах можно видеть иное распределение 3 фракции гуминовых кислот (связанных с минеральной частью) и агрессивной фракции фульвокислот 1а. Происходит заметное накопление этих фракций в нижней части профиля, это, по-видимому, можно объяснить мерзлотным слоем, который служит упором для подвижных фракций. Здесь проходит механическая задержка мерзлотным слоем перемещающихся сверху подвижных гумусовых соединений.
Во всех исследуемых почвах велика доля декальцита – фракции 1а. Доля фракции гумусовых кислот тоже велика и часто является доминирующей в горных почвах, формирующихся даже на карбонатных породах и содержащих в своём профиле карбонаты. Данный факт свидетельствует о «молодости» гумуса горных почв, в которых гуминовые кислоты устойчивы к коагулирующему действию кальция. На эту особенность ранее указывала М.М. Конева (1963).
Во всех изученых почвах Юго-Восточного Алтая содержание гумуса высокое. Содержание органического углерода в перегнойно-аккумулятивном горизонте превышает 10%. Это даёт основание оценить содержание гумуса в соответствии с «системой показателей гумусного состояния почв» (Л.А.
Гришина, Д.С. Орлов, 1978) как очень высокое. При этом следует отметить, что гумус этих почв представлен органическими веществами разной степени гумификации, возможно, вплоть до слабогумифицированных растительных остатков.
Говоря о других свойствах, необходимо отметить, что в составе обменных катионов во всех генетических горизонтах горных лесных мерзлотных грубогумусных окарбоначенных почвах преобладает кальций, подчиненное значение имеет магний. По профилю почв наибольшее количество поглощенных катионов Ca2+ и Mg2+ обнаруживается в гумусовом горизонте А и составляет Ca2+ - 27,2 и Mg2+ - 6,6 мг-экв. на 100 г почвы Вниз по горизонту величина гидролитической кислотности уменьшается.
Это связано с уменьшением вниз по профилю содержание гумуса.
По данным анализа, полученные значения рН водной вытяжки в горно лесных мерзлотных грубогумусных почвах колеблется от 6,5 в верхних горизонтах до 7,6 в нижних окарбоначенных.
В этих почвах карбонатный горизонт самостоятельно не выделяется.
Карбонаты находятся в виде корочек и обволакивают лишь нижние поверхности обломков горных пород (гранитов, кристаллических сланцев).
Такие окарбоначенные горные породы Б.Б. Полынов (1956) называл обызвесткованным ортоэлювием.
В горно-лесных мерзлотных грубогумусных окарбоначенных остепнённых почвах количество карбонатов в профиле больше по сравнению с типичными, которые развиваются под лесом. Так как вырубки леса способствуют в засушливые периоды лучшему прогреванию почв, оттаивает мерзлота и карбонаты по капиллярам поднимаются вверх, образуя на нижней поверхности горных породах хлоритовых сланцев карбонатные корочки.
Данные валового анализа показывают обогощённость всей почвенной толщи оксидом железа при почти равномерном распределении по профилю.
Содержание валового SiO2 составляет около 70%. Такое содержание валового кремния связано с распределением ила по профилю. При уменьшении ила вниз по профилю, увеличивается количество SiO2. В тоже время, можно наблюдать обогощённость всей почвенной толщи оксидом железа при почти равномерном распределении по профилю. Содержание его колеблется в пределах от 3,7 до 6,7%.
Сравнивая исследуемые почвы, можно отметить, что их различия проявляются только в верхних горизонтах, так как остепнённые почвы содержат больше гумуса по сравнению с типичными и после вырубок и пожаров лучше прогревается Горные лесные мерзлотные грубогумусные окарбоначенные почвы Юго Восточного Алтая сформировались под лиственничными лесами на щебнистом элювии и элюво-делювии хлоритовых сланцев.
ГЛАВА 6. ОСОБЕННОСТИ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ ПОД ЛИСТВЕННИЧНЫМИ ЛЕСАМИ И КЛАССИФИКАЦИЯ ПОЧВ Все отмеченные особенности почв лиственничных лесов Горного Алтая, дают нам основания говорить о специфичности почвообразования под лиственничными лесами Исследования показывают, что изменение почвенно-экологических условий может происходить и внутри лиственничных формаций. В зависимости от смены климатических условий, изменения относительной высоты, а также от экспозиции склонов и гидротермического режима почв, происходят изменения на уровне типа.
Рассматривая особенности почвообразования нельзя не учитывать выделенные нами классы лиственничных лесов, под которыми развиваются выделенные типы почв, что и нашло отражение в составленной обзорной почвенной карте (Рисунок 6).
Говоря об особенностях почвообразования необходимо отметить, что ведущее место в нём принадлежит биологическим процессам в самом широком смысле.
В лесных условиях биологические процессы в почве протекают при прямом участии древесной растительности и напочвенного лесного покрова, которая участвует в деятельном избирательном поглощении из почвы химических элементов, возвращающихся в круговорот «растение – почва», в виде разнообразных органических остатков. Микроорганизмы и животные организмы, питаясь органическим веществом, разрушают продукты растительного опада, синтезируют новые формы соединений, существенно изменяя состав органической части почвы и почвенного раствора.
Рисунок 6 – Обзорная почвенная карта Горного Алтая В зависимости от физико-географических условий, степени развития почв лиственничных лесов Горного Алтая, складываются определённые сочетания взаимосвязанных элементарных процессов почвообразования.
При разработке классификации почв мы учитывали всю сложность и разнообразие горного почвообразования, которое, прежде всего, связано с высотой и экспозицией горных склонов, интенсивностью и качественным составом солнечной радиации, с постоянным обновлением почвы в горах в результате смыва и намыва почв и внутрипочвенного склонового стока.
(таблица 6) Таблица – 6 Классификация почв лиственничных лесов Горного Алтая Тип Класса лиственничных Тип Подтип Род Вид Разновидность лесов Горные лесные На делювии и пролювии По содержанию гумуса Выделяются по чернозёмовидные карбонатных, основных и и мощности гумусового гранулометрическому Горные типичные почвы многочисленных сланцев. горизонта. составу мелкозёма, по лесные Горные лесные степени щебнистости.
чернозёмовид чернозёмовидные ные почвы выщелоченные почвы На делювии и пролювии По содержанию гумуса Выделяются по карбонатных, основных и и мощности гумусового гранулометрическому Горные темно- многочисленных сланцев. горизонта, по глубине и составу мелкозёма, по Лесостепные Горные серые серые лесные степени оподзоливания, степени щебнистости (Центральный лесные почвы почвы степени насыщенности Алтай) и выщелоченности, щебнистости.
Горные лесные На делювии и пролювии По глубине выщ-ти Выделяются по дерново- карбонатных, основных и (вскипания) по гранулометрическому Горные карбонатные многочисленных сланцев. содержанию гумуса и составу мелкозёма, по лесные типичные мощности гумусового степени щебнистости.
дерново Горные лесные горизонта, степени карбонатные дерново- щебнистости и почвы карбонатные каменистости.
выщелоченные Горные лесные На элюво-делювии кислых По развитию профиля, Выделяются по Таёжные мерзлотные магматических пород, мощности гранулометрическому грубогумусные кристаллических сланцев, грубогумусного составу мелкозёма, по Горные (псевдотаёжные) типичные почвы карбонатных пород горизонта и степени его степени щебнистости.
лесные лиственничники Горные лесные задернованности, по мерзлотные мерзлотные выраженности грубогумусны (Юго-Восточный грубогумусные криогенных явлений.
е почвы Алтай ) остепнённые почвы В таёжно-лесной зоне Горного Алтая под лиственничными лесами распространенны следующие основные процессы почвообразования: 1.
дерновый – лиственничники лесостепные, таёжные;
. 2. накопление гумуса – лиственничники всех типов класса;
3. накопление грубого гумуса – псевдотаёжные лиственничники;
4. окарбоначевание профиля – лиственничники лесостепные, псевдотаёжные;
5.оподзоливание – лиственничники таёжные;
6. особый криогенный процесс, который следует рассматривать не только в качестве почвенного явления - псевдотаёжные лиственничники.
Перечисленные элементарные процессы не в одинаковой мере развиты в лесном поясе отдельных типов класса лиственничников.
Сложное сочетание факторов почвообразования под лиственничными лесами обуславливают развитие чрезвычайного разнообразия горных почв.
Специфичность почв под лиственничными лесами усиливается влиянием мерзлотных процессов (Юго-Восточный Алтай).
ГЛАВА 7. ЛЕСОРАСТИТЕЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ПОЧВ ЛИСТВЕННИЧНЫХ ЛЕСОВ ГОРНОГО АЛТАЯ Во взаимосвязи почв и растительности проявляются и преломляются важнейшие условия природной среды. По представлению Сазонова (2001) лесорастительные свойства – это показатели почв, остающиеся в них даже после рубок и пожаров и дающие начало росту нового поколения древостоев.
Непрерывное взаимодействие лесной растительности с почвами включает в себя как влияние леса на почвы, так и влияние состава и свойств почв на лесную растительность (Зонн, 1964;
Орловский, 1965).
В первом направлении этого взаимодействия ведущая роль принадлежит лесообразующим древесным породам. В типах леса определенной формации взаимодействие растительности с почвами усложняется в зависимости от состава и соотношения растений всех ярусов.
При анализе связей почв и типов леса (растительности) необходимо иметь в виду конкурентные взаимоотношения между растениями и в особенности растениями-эдификаторами, ибо связь почв и растительности не прямая, простая связь (выраженная схематической стрелкой в обе стороны), она проявляется в природной обстановке через конкурентные взаимоотношения между растениями и растительными сообществами.
Характеристика лесорастительных свойств основных почв лиственничных лесов Горного Алтая приведены в таблице 7.
Таблица – 7 Характеристика лесорастительных свойств почв лиственничных лесов Горного Алтая Рельеф Растительность Типы и лесорастительные Геоморфоло Класс Лесоводственн свойства почв гические лиственничников ые особенности элементы Горные чернозёмовидные Гумус типа муль – Класс бонитета модер;
в гор. А 12 II – III 30%, Сг.к:Сфк 1,13, Среднегорный Запас 200- Реакция слабокислая к эрозионно- Лиственничники м 3 /га низу щелочная, Ca2+ денудационны лесостепные возобновление Mg2+ 40.6, - 5, кустарниковые й рельеф низкое мгэкв./100гр., сомкнутость среднесуглинистого крон 0,4-0, гран. состава Почвы увлажнены хорошо аэрированы.
Горные тёмно-серые Гумус мягкий;
в гор.
Класс бонитета А 7,0-6,6%, Реакция II – III Среднегорный слабокислая pH – 6,4 Запас 300- Лиственничниками эрозионно 6,1, Ca2+ - 22,8, Mg2+ м 3 /га денудационны злаково возобновление 15,4 мгэкв./100гр., разнотравными й рельеф хорошее среднесуглинистого сомкнутость гран. состава..Почвы крон 0,6-0,7 увлажнены хорошо аэрированы Горные дерново карбонатные Класс бонитета Гумус мягкий;
в гор.
IV – III Среднегорный А 10-13%,Реакция Запас 150- эрозионно- Лиственничники м 3 /га нейтральная к низу денудационны разнотравные щелочная, Ca2+ - 40.6, возобновление й рельеф лесостепные Mg2+ - 5, низкое сомкнутость мгэкв./100гр., крон 0,4-0,5 легкосуглинистого гран.
состава Почвы свежие хорошо аэрированы Продолжение таблицы Рельеф Растительность Типы и лесорастительные Геоморфолог Класс Лесоводственны свойства почв ические лиственничнико е особенности элементы в Горные мерзлотные грубогумусные типичные Класс бонитета Гумус накапливается в IV – III грубоперегнойной форме в Экзарационно- Лиственничный Запас 200- гор. А 11,9-8,7%, Сг.к:Сфк нивальный и овсяницево м 3 /га 0,57, рН – 6,8 к низу ледниково- осочково возобновление щелочная, Ca2+ - 28,6, Mg2+ аккумулятивн ритидиевый низкое ый - 7,0 мгэкв./100 гр., сомкнутость супесчаного гран.состава.
крон 0,6-0, Почвы увлажнены за счёт оттаивания мерзлоты.
Горные мерзлотные грубогумусные остепнённые Гумус накапливается в грубоперегнойной форме в Класс бонитета гор. А 10,5-8,7%, Сг.к:Сфк IV – III Экзарационно 0,6, рН – 6,5 к низу Запас 100- нивальный и щелочная, Ca2+ - 29,0, Mg2+ м 3 /га Лиственничник ледниково возобновление осочковый - 6,9 мгэкв./100гр., аккумулятивн отсутствует супесчаного гран.
ый сомкнутость состава.Почвы слабо крон 0,4-0,5 увлажнены за счёт остепнения территории и изменении гидротермического режима почв.
Необходимо отметить, что наиболее четкая связь между типами леса и почвами прослеживается на равнинах, а в горах - в различного рода макропонижениях, что объясняется ослаблением роли рельефа как перераспределителя тепла и влаги. Поэтому получаемые на равнинах (и в сходных условиях рельефа в горных областях) эколого-биоценотические ряды отражают связь почв и растительности более детально и имеют более универсальный характер, нежели в типично горных условиях.
На горных же склонах выявляются связи между почвами и типами леса и рельефа. Это имеет принципиальное методическое и методологическое значение, на что было указано С.А. Захаровым и М.Г.
Глазовской.
ВЫВОДЫ 1. Исследуемая территория лиственничных лесов Горного Алтая характеризуются сложностью современных геологических, геоморфологических и климатических условий, обусловивших существование светлохвойного ландшафтно-растительного пояса: в пределах высокогорной и бореально-лесной областей.
2. В бореально-лесоной области основными типами почв являются горные чернозёмовидные типичные и выщелоченные почвы, горные тёмно-серые слабооподзоленные и горные дерново-карбонатные типичные почвы.
Развитие этих почв проходит в условиях более мягкого климата под лесостепными кустарниковыми, злаково-разнотравными, разнотравными лесостепными лиственничниками на элювии и элюво-делювии хлоритовых сланцев.
3. Горные лесные чернозёмовидные и тёмно-серые слабо оподзоленные почвы по производительности произрастающих на них лесостепных кустарниковых и злаково-разнотравных лиственничниках, довольно сходны с дерново-карбонатными типичными почвами. В горных лесных чернозёмовидных почвах тип гумуса носит гуматный, а в горных тёмно серых лесных фульватно-гуматный характер. Реакция слабокислая или щелочная;
насыщенность основаниями довольно высокая. Водный и температурный режимы благоприятны, хорошо оструктурены. Дерново карбонатные лесные почвы отличаются хорошей структурой, достаточными запасами питательных веществ. Лесорастительные свойства этих почв под лиственничниками следует оцениваются достаточно высоко, за исключением почв с очень близким залеганием к поверхности карбонатов, которые обусловливают повышенную физическую сухость.
5. Под овсяницево-осочково-ритидиевыми псевдотаёжными и осочковыми лиственничниками, формируются горные лесные мерзлотные грубогумусные типичные и горные мерзлотные грубогумусные остепнённые почвы. Они развиваются в относительно дренированных условиях на маломощных мелкоземистых толщах с близким подстиланием хорошо водопроницаемого щебнистого элювия и элюво-делювия хлоритовых сланцев.
6. Почвообразование в пределах высокогорной области сопровождается накоплением органического вещества в перегнойной форме без проявления оглеения, часто осложняемое морозными криогенными процессами.
Вырубки и пожары в данных растительных сообществах, приводят к изменению гидротермического режима почв и вследствие этого проявляется остепнение территории и соответственно формирование горных мерзлотных грубогумусных остепнённых почв.
ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ 1. Огородников А.В., Мерзляков О.Э., Читоркина О.Ю. Почвы водосборных ложбин высокогорного пояса Семинского хребта (Горный Алтай) // Современные проблемы почвоведения в Сибири: Материалы Междун. научн. конф., посвященной 70-летию образования кафедры почвоведения Томского государственного университета. - Том 2, Томск, 13 16 сентября, 2000. - Томск, 2000. - С. 374 – 2. Огородников А.В., Читоркина О.Ю., Одинцов М.С., Мерзляков О.Э.
Темноцветные почвы лиственничников Семинского хребта (Горный Алтай) // Современные проблемы почвоведения в Сибири : Материалы Междун.
научн. конф., посвященной 70-летию образования кафедры почвоведения Томского государственного университета.- Том 2, Томск, 13-16 сентября, 2000. - Томск, 2000. - С. 376 – 3. Мерзляков О.Э., Огородников А.В. Почвообразование в лиственничных лесах Юго-Восточного Алтая. Почвы национальное богатство России. / Материалы IV съезда Докучаевсого общества почвоведов: Н-ск: Изд-во «Наука-Центр», 2004. Кн.2. – С. 79- 4. Огородников А.В., Мерзляков О.Э. Почвы лиственничных лесов Центрального Алтая // Вестник ТГУ, Приложение №15 август 2005. – Томск.: ТГУ. – 2005г. С.117–118.
5. Огородников А.В.,.Мерзляков О.Э. Почвенно-экологические условия произрастания лиственничных лесов в Юго-Восточном Алтае / Материалы международной научно-практической конференции. Лесопользование, экология и охрана лесов: фундаментальные и прикладные аспекты: Томск. ТУСУР, 2005. – С. 111- 6. Мерзляков О.Э., Огородников А.В. Своеобразие почвообразования под лиственничными лесами Горного Алтая. // Материалы Международной научно-практической конференции посвященной 75-летию каф.
почвоведения ИГУ: Иркутск: Изд-во Иркутского ун-та, 2006 – С.158- 7. Мерзляков О.Э. Лесорастительные свойства почв лиственничных лесов Горного Алтая // Тез. докл. XIII Междун. конф. Студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов - 2006», секция «Почвоведение»: М., 2006. С. 120-