Почвоведение, 2019, № 3, стр. 290-303

ВВЕДЕНИЕ

Под термином “лесная подстилка” в настоящее время разными авторами вкладывается разное содержание. В немецкой школе лесоводов и почвоведов к подстилке относят только ту часть опада, которая находится в слабо-, и среднеразложившемся состоянии, а сильноразложившейся опад – к “лесному гумусу” [37, 41–43]. В отечественном лесоведении и почвоведении под термином “лесная подстилка” понятия разными авторами также неоднозначны. В одних случаях подстилку приравнивают к растительному войлоку [36]. В качестве органического вещества лесная подстилка рассматривается в понятии органопрофиля почвы [1, 21]. Некоторые исследователи лесную подстилку выделяют не как генетический горизонт лесных почв, а как самостоятельное напочвенное образование в лесном биогеоценозе [10, 13]. С точки зрения геохимии почв, лесная подстилка выступает в качестве механического органо-сорбционного барьера [22]. В ряде работ показано, что лесная подстилка является одновременно подсистемой как почвенного покрова, так и фитоценоза [3, 4].

Подстилка, или поверхностный органогенный горизонт в лесных почвах – это генетический горизонт биологической аккумуляции специфических и неспецифических органических веществ. Лесная подстилка образует особый, биохимически активный ярус аккумуляции энергии и биогенных элементов, который находится в сложных парагенетических связях с фитоценозом и подстилающими горными породами. Подстилка играет важную роль в процессах почвообразования [11, 15], имеет большое гидрологическое значение [20] и является одним из основных факторов в сохранении лесных почв от разрушения [14].

Особенность современных процессов почвообразования во многом определяется временными параметрами биологического круговорота – продолжительностью закрепления химических элементов в подстилке и скоростью их высвобождения и поступления в почву. Большое влияние на этот процесс оказывают антропогенные факторы, в частности, лесные пожары.

Лесные пожары, охватывающие в Прибайкалье биогеоценозы разного ранга, вызывают сложные изменения в составе, структуре и производительности лесов, формируют сукцессионные стадии их восстановления. При любом пожаре в сферу горения попадает напочвенный покров и поверхностные органогенные горизонты почв. Пирогенная трансформация подстилок сопровождается уменьшением их мощности, запасов, существенно изменяется и фракционный состав. Кроме того, смена коренных хвойных лесов на производные мелколиственные насаждения и резкое изменение живого напочвенного растительного покрова может иметь длительный и устойчивый характер, определяя иное поступление с опадом зольных элементов. В результате изменяется характер типодиагностических поверхностных органогенных горизонтов. Формируются новые поверхностные органогенные пирогенные горизонты Opir; OLpir; OL/Opir; OApir, которые по химическим, физико-химическим свойствам и биологическому круговороту элементов очень сильно отличаются от природных аналогов.

Исследование постпирогенной изменчивости состава и свойств подстилок представляет важную часть познания особенностей биологического круговорота в лесных биогеоценозах, дает возможность судить о направленности протекающих в почве биохимических процессов, определяющих уровень их лесорастительных свойств. Изучение закономерностей накопления подстилок, их зольного химического состава в пирогенно-измененных лесных биогеоценозах имеет большое теоретическое и практическое значение, что и определило основную цель работы.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ

Объектом исследований являются поверхностные органогенные горизонты почв – лесные подстилки, формирующиеся в горных лесах южной части Прибайкалья, трансформированные низовыми пожарами [19] разной интенсивности и давности. По лесорастительному районированию гор Южной Сибири [30] работы проводились в Улан-Бургасском, Хамар-Дабанском и Приморском лесорастительных округах. На склонах разной крутизны и экспозиции в коренных и производных древостоях, заложено 80 пробных площадей, в том числе 38 – на пожарищах разного возраста, пройденных огнем разной интенсивности.

При проведении исследований использовали следующие методики: закладка пробных площадей, а также лесоводственно-геоботаническая их характеристика – согласно методическим указаниям [24]. На гаревых участках устанавливалась давность и интенсивность пожара, определяемая по высоте нагара (обугливания) на стволах деревьев, степени повреждения крон, полноте сгорания горючих материалов и др. [18]. Учет запаса подстилки вели с помощью шаблона 0.5 × 0.5 м в 10-кратной повторности в пределах пробной площади. Подстилку разбирали на фракции, выделяя активную и неактивную части. Влагоемкость лесных подстилок определяли по Молчанову [20]. Определение аккумулирующих свойств лесных подстилок проводилось в лотке на монолитах размером 0.5 × 1.0 м. Для этого была приготовлена суспензия мутностью 5 г/л, имитирующая по своей концентрации мутные потоки воды после дождя. Мелкозем, используемый для приготовления суспензии (средний суглинок), предварительно просеивали через сито с отверстиями диаметром 0.25 мм. Уклон поверхности лотка во всех опытах был одинаков – 15°. Аккумулирующие возможности подстилки определены на 24 заложенных пробных площадях в ненарушенных пожарами древостоях. Повторность определения – трехкратная.

На каждой пробной площади брался средний образец подстилки (1–1.5 кг) для последующего химического анализа [6, 27].Содержание подвижных форм микроэлементов определялось (в аммонийно-ацетатном буферном растворе с рН 4.8) методом атомно-абсорбционной спектрофотометрии. Рассчитаны коэффициенты концентрации подвижных элементов (Ккп), представляющие отношение содержания подвижных форм элемента в органогенных или органогенных пирогенных горизонтах к его общему содержанию в литосфере. Для данных расчетов были выбраны кларки по Виноградову [5]. Коэффициент биологического поглощения (Кбп) представляет отношение содержания подвижного элемента в органогенном или органогенном пирогенном горизонте к его содержанию в почвообразующей породе. Названия почв даны по “Классификации и диагностике почв России” [14] и международной классификации WRB [38]. Для статистической обработки данных и построения зависимостей использовали компьютерные программы Excel 2013 и Statistica 10.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Морфологические особенности лесных подстилок в рассматриваемых высотно-поясных комплексах (ВПК) типов леса. Основными характеристиками лесной подстилки являются мощность, запас, влагоемкость и фракционный состав. Известна широкая изменчивость запасов подстилки, обусловленная типологическим разнообразием насаждений, различиями физико-географических условий среды [3, 11, 14, 16, 20, 28].

В Южном Прибайкалье горно-таежные кедровые (Pinus sibirica) леса приурочены к абсолютным высотам 600−1200 (1300) м. Они преобладают на территории северного, обращенного к Байкалу, макросклона хр. Хамар-Дабана, а также в юго-западной и восточной частей побережья. Фитоценотической особенностью их, как и в других регионах гор Южной Сибири, принадлежащих к циклоническим климатическим фациям, является преобладание кустарничково-зеленомошных типов леса. На Олхинском плато (между южной частью Байкала и р. Ангарой), на водоразделах (абс. отм. 900−1000 м) в значительной степени к кедру примешиваются сосна и лиственница, а также пихта.

В пределах горно-таежного кедрового ВПК в условиях промывного водного режима, под кедровниками чернично-зеленомошными, багульниково-зеленомошными, бруснично-зеленомошными и лишайниковыми, где в почвенном покрове представлены подбуры (Folic Leptic Entic Podzols, Histic Leptic Entic Podzols) и подзолы (Albic Podzols), мощность лесной подстилки в среднем составляет 4.0 ± 0.8 см, ее запас 24.8 ± 1.6 т/га, влагоемкость 6.0 ± 0.5 мм (табл. 1). Она состоит из смеси свежего или слабо разложившегося органического материала, в котором растительные остатки почти полностью сохранили свою исходную форму и темного грубогумусового материала средней степени разложенности с включениями минеральных компонентов.

Установлены связи изменения мощности, запасов и влагоемкости подстилок в зависимости от возраста насаждений. Так, наименьшее количество подстилки содержится в кедровниках чернично-зеленомошных 60–80 летнего возраста – 9.2 т/га, а ее влагоемкость – 6.5 мм. В кедровниках чернично-зеленомошных 140–200 летнего возраста запасы и влагоемкость подстилок изменяются соответственно от 24.2 до 29.4 т/га и от 9.8 до 11.3 мм. Средний запас подстилки в кедровниках 220–250-летнего возраста составляет 26.6 т/га, а ее влагоемкость 10.4 мм. Зависимость между запасом подстилки и возрастом кедровых древостоев показана на рис. 1.

В более суровых местообитаниях под низкополнотными кедровниками кустарничково-моховыми, бруснично-багульниково-моховыми в почвенном покрове представлены глееземы (Histic Gleysols), реже подзолисто-глеевые (Gleyic Albic Retisols) почвы. Мощность подстилки здесь в среднем равна 8.5 ± 1.3 см, запас – 33.5 ± 8.6 т/га и влагоемкость 14.6 ± 0.9 мм.

Большое влияние на формирование подстилок и их влагоемкость оказывает состав насаждений. Так, в чистых кедровниках чернично-зеленомошных типов леса, полнотой 0.7–1.0 мощность подстилки в среднем равна 4.0 ± 1.5 см, запас – 20.6 ± ± 4.4 т/га, ее влагоемкость – 8.1 ± 3.3 мм. В высокополнотных насаждениях состава 7–8К2–3П1Б наблюдается тенденция увеличения мощности и запасов подстилки, но при этом уменьшается их влагоемкость, что можно объяснить увеличением во фракционном составе подстилок фракций, обладающих слабой водоудерживающей способностью. Относительно высокой влагоемкостью обладают подстилки в насаждениях составом 4–5К2–3П1–2Б. Здесь также наблюдается увеличение мощности подстилок, но при этом резко уменьшается их запас. Низкие запасы подстилки, при относительно высокой мощности и влагоемкости, объясняется их рыхлым сложением, высокой пористостью аэрации, преобладанием во фракционном составе влагоемких фракций (хвоя, листья, слаборазложившийся мох).

Изучение фракционного состава подстилок показало, что около половины веса приходится на труху (35–45%), на долю мхов и лишайников – 15–20%, грубые фракции (сучья, ветки, кора, шишки) – 25–35%, фракции хвои и листьев 5–10 и 1–3% соответственно.

Таким образом, в соответствии с классификацией Чертова [34] по типам гумуса и классификацией лесных подстилок, предложенной Богатыревым [2], в горно-таежном кедровом ВПК формируются подстилки по типу грубогумусовых среднемощных и маломощных, среднеразложившихся оторфованных или перегнойных, преимущественно древесно-кустарничково-лишайникового или мохового состава.

Горная светлохвойная тайга (абс. отм. 800–1000 м) преобладает на площади лесного фонда в пределах Улан-Бургасского и Приморского округов. В данном регионе она представлена сосняками (Pinus sylvestris) преимущественно IV класса бонитета с примесью лиственницы с успешным возобновлением сосны. Ландшафтообразующими являются сосновые и лиственничные леса с хорошо развитым подлеском из рододендрона даурского и ольховника.

В целом сосняки с подлеском из рододендрона бруснично-разнотравные образуют типологический фон светлохвойного горно-таежного пояса, сочетаясь с небольшими по занимаемой площади лиственничниками этих же серий типов леса. В почвенном покрове широко распространены серогумусовые типичные и глинисто-иллювиированные почвы (Haplic Umbrisols, Lamellic Umbrisols).

Если в лесах горно-таежного кедрового ВПК наблюдается некоторая связь между возрастом древостоев и содержанием в них подстилки, то в лесах рассматриваемого ВПК данная связь нарушена. Это обусловлено тем, что они в значительной степени подвержены пирогенному влиянию. Отмечена тенденция увеличения мощности, запаса и влагоемкости подстилки в смешенных по составу сосняках, с ростом участия в них лиственницы и березы в количестве до 40%.

В сосняках рододендроновых бруснично-разнотравных и бруснично-разнотравных средняя мощность подстилки составляет 2.4 ± 0.2 см, запас – 19.7 ± 0.9 т/га, а влагоемкость – 4.2 ± 0.4 мм.

Определение фракционного состава показало, что под пологом сосняков около 32% подстилки приходится на разложившиеся растительные остатки, на грубые фракции (сучья, шишки, хвоя, кора) – 43.5%. Фракция листьев и травы составляет около 20%.

Таким образом, в таежном сосновом ВПК в рододендроновых бруснично-разнотравных типах леса формируются подстилки по типу слабогрубогумусовых маломощных, слабо-, среднеразложившихся, преимущественно древесно-кустарничково-травяного состава.

В верхней части горного светлохвойного пояса в сосняках багульниково-бруснично-зеленомошных, рододендроново-зеленомошных и ольховниково-зеленомошных, где в почвенном покрове распространены подзолы типичные и иллювиально-ожелезненные (Albic Podzols, Haplic Podzols), подстилки имеют мощность 7.7 ± 0.3 см, запас – 26.4 ± 1.5 т/га, влагоемкость – 9.7 ± 0.8 мм. Формирование их происходит по типу грубогумусовых среднемощных, слабо-, среднеразложившихся, преимущественно древесно-кустарничково-мохового состава.

Подтаежно-лесостепные сосновые леса в Прибайкалье в условиях резко расчлененного рельефа территории с контрастными мезоклиматическими условиями склонов разных экспозиций не образуют четко выраженного высотного пояса. Ландшафт представляет собой мозаику лесных и степных сообществ. В наиболее типичном виде они представлены в высотной полосе 460–800 м над ур. моря, где занимают в основном участки нижних частей склонов и конусов выноса, граничащих со степями, в частности, в нижнем течении р. Голоустной. Их фрагменты в горной светлохвойной тайге приурочены к хорошо прогреваемым крутым склонам. Провинциальной особенностью подтаежно-лесостепных лесов региона является господство разнотравной и рододендроновой групп типов леса. В почвенном покрове представлены серогумусовые типичные (Haplic Umbrisols), темногумусовые (Haplic Phaeozems) почвы и литоземы (Umbric Leptosols, Mollic Leptosols).

Как показали исследования, в подтаежно-лесостепных сосновых лесах средняя мощность подстилки равна 1.2 ± 0.2 см, запас – 12.6 ± 1.2 т/га, а ее влагоемкость – 3.4 ± 0.5 мм. Определение фракционного состава показало, что на разложившиеся растительные остатки приходится 35–45%. Фракция хвои, листьев и травы соответственно составляют 5.4–6.0, 0.3–0.5 и 3.6–4.5%. На грубые фракции (сучья, кора, шишки) падает 36–38%.

Таким образом, в пределах подтаежно-лесостепного соснового ВПК формируются подстилки по типу слабогрубогумусовых маломощных, слабо-, среднеразложившихся преимущественно древесно-травяного или древесно-кустарничково-травяного состава.

Важным в экологическом смысле свойством лесной подстилки является перехват ею взвешенных в жидком стоке частиц размытых почв. Величина перехвата твердых частиц находится в соответствии с запасом, характером сложения и плотностью лесных подстилок.

Исследованиями установлены очень высокие аккумулирующие свойства подстилки, формирующихся в горно-таежном кедровом ВПК типов леса. При дождевании водой, мутностью 5 г/л подстилки перехватили 70–82% взвешенных частиц. В таежном сосновом ВПК наибольшим аккумулирующим эффектом обладают подстилки бруснично-разнотравных, рододендроновых бруснично-разнотравных сосняков, которые могут задерживать 52–67% взвешенных в воде твердых частиц. Наименьшей аккумулирующей возможностью обладают подстилки подтаежно-лесостепных сосняков – 32–37%. Но даже такой, относительно низкий по сравнению с максимальным, перехват взвешенных наносов обеспечивает достаточно высокую чистоту речных вод. Зависимость между величиной аккумуляции твердых частиц подстилкой и ее запасом приведена на рис. 2.

Полученные данные согласуются с данными Харитонова [31], по материалам которого лесная подстилка на склоне 20° при дождевании воды с мутностью 8.13 г/л перехватила 7.64 г/л, то есть 94% взвешенных частиц. В горных лесах Западного Саяна и Кузнецкого Алатау подстилки в кустарничково-зеленомошных кедровниках и лиственничниках задерживают от 75 до 98% взвешенных в жидком стоке твердых частиц [25].

Пирогенная трансформация подстилки. Низовые пожары в зависимости от интенсивности воздействия огня в разной степени трансформируют органогенные горизонты почв. Так, на гарях кедровников шестилетней давности, на участках с воздействием огня слабой интенсивности мощность и запас поверхностного гор. OL/Opir обычно изменяются незначительно, по сравнению c не горелыми кедровниками, и составляет соответственно 2–3 см и 16.3–17.6 т/га. Во фракционном составе, по сравнению с лесом, наблюдается относительное уменьшение фракции хвои, листьев, мхов и трухи, в результате их выгорания, и возрастание доли грубой фракции. Фракция древесных углей составляет 2%.

В кедровниках, пройденных огнем средней интенсивности мощность гор. OL/Opir 1–2 см, запас 10.4–12.9 т/га. По сравнению с контролем подстилки на гаревом участке имеют иное соотношение фракций: мхи и лишайники – 4–9%, грубая фракция – 34.8–42.0%. Следует отметить, что крупные сучья, а также шишки и кора несут на себе следы пожара. Фракция листьев и хвои составляет соответственно 3.5 и 4.6%. На долю фракции древесных углей приходится 2–4, трухи – 37.5%, которая представляет смесь тонкодисперсных древесных углей, перемешанных с грубогумусовыми остатками разной степени разложенности.

Шестилетний период, пройденный после пожара высокой интенсивности, значительно изменил состав и структуру поверхностных органогенных и органогенных пирогенных горизонтов. Если учесть, что древостой погиб полностью, то это значительно повлияло на поступление хвои и листьев на поверхность и их участие в формировании поверхностного органогенного горизонта почвы. За этот период на поверхности сформировался маломощный (1 см) гор. OL/Opir запасом 3.0–5.3 т/га. Грубогумусовый гор. АOpir мощностью 3 см местами сильно поврежден огнем и обогащен древесными углями.

Во фракционном составе гор. OL/Opir фракция мхов и лишайников составляет 2.0–3.6%, фракции хвои, листьев и травы соответственно 1.0–1.5, 0.2–0.4 и 6.0–11.7%, грубые фракции – 44.5–49.0%. На долю фракции древесных углей приходится 4–6%. Остальная часть (22–35%) принадлежит фракции трухи, представляющей собой смесь тонкодисперсных древесных углей, перемешанных с органическими остатками и мелкоземом.

На свежих гарях таежных сосновых лесов, пройденных огнем высокой интенсивности, поверхностные органогенные пирогенные горизонты мощностью не более 1 см и запасом 2.0–4.8 т/га. Абсолютное господство во фракционном составе вновь образованного гор. Opir принадлежит фракции древесных углей. Характерна также и большая доля (до 45%) фракции обугленной трухи, представляющей собой смесь тонкодисперсных древесных углей, перемешанных с мелкоземом и растительными остатками.

Пятилетний период, пройденный после воздействия пожара высокой интенсивности, значительно изменил состав и структуру поверхностных горизонтов. На поверхности сформировался гор. OL, мощностью 1 см с запасом 1.9–4.2 т/га. Во фракционном составе абсолютное господство принадлежит грубой фракции (сучья, кора, шишки) – 69–73%. На долю хвои и травы приходится соответственно 20–23 и 1–2%. Ниже залегают горизонты Opir мощностью 2 см, запасом 11–14 т/га. Во фракционном составе на долю древесного угля приходится 38–40%. Остальная часть (60–62%) принадлежит фракции трухи, представляющей собой смесь тонкодисперсных древесных углей, перемешанных с мелкоземом.

В подтаежно-лесостепном сосновом ВПК, на гарях пятилетней давности при воздействии огня средней интенсивности мощность гор. OL/Opir не более 1 см, запас равен 7.0–10.4 т/га. По сравнению с лесом, гор. OL/Opir имеет иное соотношение фракций: абсолютное господство принадлежит фракции хвои – 18–20% и грубой фракции – 40–42%. Фракция листьев и травы составляет соответственно 0.4–0.7 и 2.0–2.5%. На долю фракции древесных углей приходится 4.5–5.0%, трухи – 32.6–36.0%.

Зольный химический состав и физико-химические свойства подстилки. Известно, что подстилки представляют собой саморегулирующуюся систему, где состав и структура химических элементов отражают характер биологического круговорота веществ между почвой и растительностью [7, 16, 26, 40]. Различия в условиях формирования подстилок в пирогенно-преобразованных лесных биогеоценозах значительно отражаются на их зольности, содержании химических элементов и физико-химических свойствах. Так, в кедровниках кустарничково-зеленомошных средняя зольность подстилок ровна 14.07 ± 0.66%. В древостоях, пройденных пожаром слабой и средней интенсивностью зольность подстилок возрастает до 18.17 ± 0.73–24.75 ± 1.51%. На участках кедрового леса, пройденных пожаром высокой интенсивности, средняя зольность подстилки достигает 34.86 ± 2.71% (табл. 2).

В сосняках рододендроновых бруснично-разнотравных средняя зольность подстилок равна 15.95 ± 1.13%.На участке леса, пройденного пожаром слабой и средней интенсивностью, она увеличивается до 20.60 ± 1.83–22.34 ± 2.00%, а на участке с высокой интенсивностью пожара – до 52.75 ± 2.42%.

Подстилки, формирующиеся в подтаежно-лесостепных сосняках, имеют среднюю зольность 20.56 ± 2.79%. Относительно высокая зольность подстилки связана, по-видимому, с интенсивностью ее минерализации, с видовым составом живого напочвенного покрова, участвующего в ее формировании, а также присутствие, наряду с органическими остатками разной степенью разложенности, примеси минеральных частиц.

На пятилетних гарях, пройденных пожаром средней интенсивности огня, зольность органогенных пирогенных горизонтов составляет 40.32 ± ± 7.52%.

В целом, подстилки в исследуемых лесах и на гарях отличаются низким содержанием зольных элементов. Однако наблюдаются различия в содержании элементов в зависимости от интенсивности пожаров и постпирогенной направленности сукцессионных процессов живого напочвенного покрова.

В пределах таежного кедрового ВПК подстилки кустарничково-зеленомошных типов леса имеют следующий ряд накопления химических элементов: Ca > Si > Fe > Mg > Al > K > P.

По сравнению с контролем в кедровниках, пройденных пожарами слабой интенсивности, в подстилках концентрация кремния, фосфора и кальция увеличивается, магния и калия остается на том же уровне, а железа и алюминия уменьшается.

Пожар средней интенсивности привел к более заметному увеличению концентрации зольных элементов в пирогенных горизонтах. По сравнению с контролем ряд увеличения концентрации элементов имеет вид: K_1.85 > Ca_1.32 > P_1.28 > Si_1.24 > > Al_1.19 > Fe_1.14 > Mg_1.11.

В поверхностных органогенных пирогенных горизонтах, образовавшихся после воздействия огня высокой интенсивности, наблюдается более высокая концентрация по сравнению с контролем зольных элементов: K_2.21 > Al_2.07 > Fe_1.89 > > Ca_1.68 > Si_1.52 > P_1.43 > Mg_1.26. Относительно высокое содержание зольных элементов в органогенных пирогенных горизонтах на 6 год является уже остаточным результатом воздействия пожаров. Изменение в соотношении накопления зольных элементов связано также с их выщелачиванием поверхностным жидким стоком и хорошо развитым травяно-кустарничковым ярусом, влияющим на запас, фракционный и химический состав вновь образующейся подстилки.

По содержанию элементов в подстилках таежных сосняков рододендроновых бруснично-разнотравных можно составить следующий ряд накопления: Ca > Si > Fe = Mg > Al > K > P.

По сравнению с контролем ряды увеличения концентрации химических элементов в органогенных пирогенных горизонтах в сосняках, прошедших огнем разной интенсивности, имеют вид:

слабая интенсивность – P_1.20 > Mg_1.18 > Ca_1.14 > > Fe_1.12 > Al_1.07 > Si_1.03 > K_0.7;

средняя интенсивность – Fe_1.45 > P_1.32 > Mg_1.27 = = Ca_1.27 > Al_1.15 > Si_1.14 > K_1.04;

высокая интенсивность – P_1.75 > Ca_1.74 > Fe_1.73 > > K_1.50 > Mg_1.45 > Al_1.44 = Si_1.44.

Ряд накопления химических элементов в подстилках исследуемых подтаежно-лесостепных сосновых лесов следующий: Ca > Si > Fe > Mg > > Al > P > K.

Пожары средней интенсивности в подтаежно-лесостепных сосновых лесах приводят к заметному возрастанию концентрации химических элементов в гор. OL/Opir. Даже спустя 5 лет после пожара в органогенных пирогенных горизонтах почв отмечается увеличение содержания практически всех исследуемых химических элементов: K – в 3.00, Al – в 2.70, Fe – в 2.22, Si – в 1.80, Ca – в 1.71, Mg – в 1.62, P – в 1.57 раза по сравнению с их концентрацией в подстилке сосняка до пожара. Такое резкое изменение в соотношении концентрации зольных элементов в органогенных пирогенных горизонтах связано в первую очередь с изменением их зольности, фракционного состава, направленностью сукцессий живого напочвенного покрова.

Изменение кислотности подстилки наиболее заметно в год пожара. Пиролиз органического вещества сопровождается сдвигом реакции среды в сторону нейтральной или подщелачивания растворов. Шестилетний период после пожаров в кедровнике значительно нивелировал разницу в кислотности органогенных и органогенных пирогенных горизонтов. Они на всех исследованных объекта характеризуются кислой реакцией рН. Однако, если под пологом кедровых древостоев в подстилках рНвод равен 4.6–4.8, то на пожарищах поверхностные гор. OL/Opir даже спустя 6 лет после пожара имеют рНвод 5.0–5.4. Кислая реакция среды отмечена также в гор. AOpir на участке кедрового леса, пройденного пожаром высокой интенсивности (рис. 3).

Установлено, что под пологом сосновых насаждений в подстилках реакция среды кислая (рНводн. 5.4–5.3), на пожарищах поверхностные горизонты OL/Opir даже через 5 лет после пожара слабокислые (рНвод 6.0–5.8). На свежей гари в поверхностном гор. Opir реакция среды слабощелочная (рН 7.4). Разница в кислотности отмечается только в органогенном слое, нижние горизонты имеют реакцию, близкую соответствующим горизонтам лесной почвы. Подобная закономерность отмечена и другими исследователями [7, 9, 23, 33]. Повышение рН после воздействия огня в поверхностных горизонтах связано с образованием карбонатов и (гидр)оксидов К и Ca при пиролизе органического вещества [29, 32].

В качестве положительного влияния пожара на почвы большинство исследователей отмечают увеличение в почвенном поглощающем комплексе кальция, а также подвижных минеральных соединений азота – N–NH₄ и N–NO₃ в поверхностных горизонтах.

Как и следовало ожидать, на пожарищах как в сосновых, так и в кедровых лесах поверхностные органогенные пирогенные горизонты почв характеризуются повышенным содержанием обменных катионов (Ca²⁺ + Mg²⁺). Сопоставление подвижных минеральных форм азота – N–NH₄ и N–NO₃ показало, что на свежей гари сосняков в гор. Оpir наблюдается максимальное их количество. На гарях, даже спустя 5 лет после пожара, наблюдается повышенное их содержание по сравнению с контрольными негорелыми участками. Появление таких азотофилов, как кипрей (Сhamerion angustifolium), свидетельствует об удовлетворительной обеспеченности почв гарей азотом в этот период.

Отмеченная тенденция к увеличению подвижных минеральных форм азота в органогенном пирогенном горизонте на пожарищах, свойственная сосновым насаждениям, не выражена в кедровых лесах. Здесь после пожара высокой интенсивности почти полностью выгорают органогенные горизонты, а вновь образованный маломощный гор. Оpir относительно обеднен этими соединениями.

Содержание подвижных форм микроэлементов. Известно, что поведение подвижных форм микроэлементов в почвах контролируются многими факторами: это гранулометрический и минералогический составы твердой фазы, направление и глубина процесса почвообразования, окислительно-восстановительные условия и др. [5, 8, 17, 39, 40].

Учитывая значение гранулометрического и минералогического состава, необходимо отметить также и большую роль органического вещества (поступающего с опадом и корневыми системами растений) в концентрации микроэлементов в поверхностных органогенных и гумусово-аккумулятивных горизонтах почв. По данным ряда авторов [12, 35], в гумусовом веществе почв может сорбироваться от 1 до 100% валового количества меди и кадмия, до 40–60% молибдена, свинца, никеля. Причем более 50% от их общего содержания связано с фульвокислотами, обладающих большой дисперсностью, гидрофильностью и способностью к комплесообразованию с ионами поливалентных металлов [44, 45].

Содержание подвижных форм микроэлементов в поверхностных органогенных и органогенных пирогенных горизонтах приведено в табл. 3.

Рассчитанные коэффициенты концентрации подвижных элементов (Ккп) свидетельствуют, что содержание большинства микроэлементов в почвообразующей породе кедрового насаждения не превышает 1% от общего их содержания в литосфере. Количество Pb, Co и Cd в подвижной форме составляет 1.3–2.7%.

В органогенном горизонте в лесу содержание подвижных форм микроэлементов выше. Очень подвижны Cd, Mn и Zn доля их подвижных форм составляет соответственно 38.5; 21.4 и 21.0% от общего содержания в литосфере (рис. 4).

На гаревых участках в зависимости от интенсивности пожара резко возрастает доля подвижных форм Zn, Mn, Pb и особенно Cd.

Обогащение подстилок целым рядом элементов находится в соответствии с коэффициентами биологического поглощения (Кбп). Коэффициенты биологического поглощения свидетельствуют о первостепенной роли растительности в обогащении органогенного горизонта микроэлементами, участвующими в малом биологическом круговороте.

Ряд накопления подвижных элементов в подстилке кедровника кустарничково-зеленомошного следующий: Mn_49.53 > Cd_25.00 > Zn_20.72 > Cu_2.80 > > Pb_2.57 > Ni_2.12 > Co_2.04. Относительно почвообразующей породы в поверхностном органогенном горизонте резко возрастает концентрация Mn, Zn и Cd. В меньшем количестве накапливается Cu, Pb, Ni и Co. Усиление аккумуляции некоторых подвижных элементов в исследуемом кедровом насаждении может быть связано и с дополнительным их поступлением в подстилку за счет минеральных примесей и в результате деятельности почвенной фауны.

По сравнению с контролем после пожара слабой интенсивности органогенные пирогенные горизонты, судя по коэффициентам биологического поглощения, характеризуются увеличением концентрации Mn, Zn и Cd. Для остальных элементов характерна относительно меньшая концентрация. Ряд накопления подвижных микроэлементов в органогенных пирогенных горизонтах после пожаров слабой интенсивности имеет вид: Mn_70.39 > > Cd_40.00 > Zn_23.10 > Cu_3.27 > Pb_2.37 > Ni_1.87 > Co_0.90.

На гарях со средней и высокой интенсивности воздействия огня, спустя 6 лет после пожара, поверхностные органогенные пирогенные горизонты характеризуются накоплением Mn, Cd, Zn и Pb. Концентрация остальных элементов значительно меньше. Повышенное содержание этих элементов в пирогенно-трансформированных горизонтах почв даже спустя 6 лет после пожара связано, по-видимому, с изменением окислительно-восстановительных условий. Слабокислая, нейтральная и щелочная среда резко изменяет подвижность многих химических элементов. Щелочная среда меняет валентность марганца с Mn²⁺ на Mn³⁺ и Mn⁴⁺, и в этом состоянии он становится мало подвижен, миграция Cu, Pb и Со также значительно ослабевает [22].

В почвообразующей породе сосняка рододендронового бруснично-разнотравного содержание подвижных форм микроэлементов не превышает 1% от общего их содержания в литосфере. Исключение составляет Pb (2.3%) и Mn (4.7%).

Концентрация подвижных форм в органогенном горизонте в лесу возрастает, особенно Cd (34.6%) и Mn (40.9%). Относительно меньше Pb (3.3%) и Zn (5.2%). В незначительном количестве накапливается Cu и Ni.

В органогенных пирогенных горизонтах на гаревых участках, в зависимости от интенсивности пожара, концентрация подвижных форм микроэлементов увеличивается. Особенно активно накапливаются Mn и Cd.

По сравнению с кедровым, в подстилках рододендронового бруснично-разнотравного сосняка отмечается относительно более низкое содержание подвижных форм большинства микроэлементов. В подстилке сосняка только подвижного Co несколько больше, чем в подстилке кедровника, a количество Ni значительно меньше, чем в почвообразующей породе. Ряд накопления подвижных микроэлементов в подстилке сосняка рододендронового бруснично-разнотравного имеет вид: Cd_22.50 > Zn_15.60 > Mn_8.67 > Co_3.25 > Pb_1.43 > > Cu_1.05 > Ni_0.79.

Органогенные пирогенные горизонты почв сосновых насаждений, образовавшиеся после пожаров средней и высокой интенсивности имеют соответственно следующие ряды накопления подвижных микроэлементов: Cd_25.00 > Zn_16.22 > Mn_11.43 > Pb_5.37 > > Co_5.00 > Cu_2.95 > Ni_0.52 и Cd_45.00 > Zn_17.14 > Mn_12.15 > > Pb_7.30 > Co_2.00 > Cu_1.90 > Ni_1.07.

В подтаежно-лесостепном сосновом ВПК почвообразующие породы в зависимости от их гранулометрического состава сильно различаются по содержанию подвижных форм микроэлементов. Следует отметить, что в почвенном покрове рассматриваемых типов леса распространены карбо-литоземы темногумусовые, развитые на остаточной коре выветривания доломитов. Так, в среднесуглинистой разновидности количество Cd, Pb и Mn в подвижной форме соответственно равно 46.2, 12.6 и 5%. Доля подвижных форм остальных исследуемых элементов изменяется в пределах 1% от общего их содержания в литосфере. Для супесчаной разновидности концентрация практически всех исследуемых микроэлементов понижена (рис. 4).

Подстилки в подтаежно-лесостепных сосновых лесах характеризуются еще более низким содержанием подвижных микроэлементов по сравнению с подстилками таежных сосновых и кедровых насаждений. Наиболее интенсивно в подстилках аккумулируются лишь Zn и Mn, реже Cd, a содержание остальных элементов значительно меньшее, чем в почвообразующей породе. Ряды накопления следующие: в подстилке сосняка остепненного разнотравного – Zn_11.50 > Mn_2.37 > Cu_0.79 > Ni_0.68 > > Cd_0.50 > Pb_0.45 > Co_0.20; в подстилке сосняка остепненного осочково-разнотравного – Zn_11.80 > > Mn_3.13 > Cu_1.63 > Cd_1.50 > Pb_0.53 > Co_0.50 > Ni_0.24.

Резкое уменьшение некоторых подвижных микроэлементов в поверхностных органогенных горизонтах почв, и их концентрация в почвообразующих породах, объясняется наличием здесь карбонатного геохимического барьера.

По сравнению с контролем органогенные пирогенные горизонты почв, образовавшиеся после пожара пятилетней давности, судя по коэффициентам биологического поглощения, имеют следующие ряды накопления элементов: в сосняке остепненном разнотравном Zn_10.50 > Mn_2.56 > Ni_1.15 > Cu_1.07 > > Pb_0.85 > Cd_0.80 > Co_0.75; в сосняке остепненном осочково-разнотравном Zn_11.00 > Co_5.33 > Mn_4.31 > > Cd_1.25 > Pb_0.87 > Cu_0.80 > Ni_0.30.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В горных лесах Прибайкалья, широкое варьирование мощности и запасов подстилки обусловлено как разными гидротермическими условиями лесорастительных поясов, так и типологическими и таксационными показателями насаждений.

В пределах изученных ВПК типов леса подстилки формируются по типу грубогумусовых и слабогрубогумусовых. Дальнейшая классификационная дифференциация подстилок осуществляется по мощности, степени разложенности и по компонентному составу.

Скорость разложения и освобождения из подстилки химических элементов зависит от типа леса, структуры насаждения, его возраста и особенностей условий местообитания. Под пологом леса подстилки отличаются низкой зольностью. Относительно высокая зольность подстилки в таежно-лесостепном ВПК связана, по-видимому, с интенсивностью ее минерализации, с видовым составом живого напочвенного покрова, участвующего в ее формировании, а также присутствие в компонентном составе, наряду с органическими остатками разной степенью разложенности, примеси минеральных частиц. Одновременно в золе увеличивается концентрация кальция, кремния и железа, наблюдается интенсивный вынос калия и фосфора. Выявлена высокая пространственная вариабельность подвижных форм микроэлементов для органогенных горизонтов почв изученных ВПК типов леса. Характерна высокая аккумуляция Mn, Cd и Zn.

Низовые пожары резко изменяют морфологический облик верхней части почвенного профиля. Формируются новые поверхностные органогенные пирогенные горизонты (Оpir; OL/Opir; AOpir), которые по химическим, физико-химическим свойствам и биологическому круговороту зольных элементов резко отличаются от природных аналогов. Под влиянием огня возникают изменения в пространственной организации достаточно лабильных их свойств (рH, состав обменных катионов, валовых и подвижных форм азота и др.). При сгорании подстилки и живого напочвенного покрова происходит высвобождение большого количества зольных элементов. Содержание зольных элементов в подстилках старых гарей зависит, главным образом, от направленности сукцессий живого напочвенного покрова, продукты разложения которых существенно изменяют их химический состав. Лесные пожары существенно изменяют подвижность микроэлементов. Повышенное их содержание в органогенных пирогенных горизонтах почв, даже на пожарищах 5–6-летнего возраста, связано, по-видимому, с резким изменением, при воздействии высоких температур, окислительно-восстановительных условий (Eh и рН), влияющих на подвижность химических элементов.

При низовых пожарах высокой, реже средней интенсивности, огнем уничтожается почти полностью поверхностный органогенный горизонт, тем самым уничтожается на долгое время органо-сорбционный геохимический барьер, играющий важную роль в лесных биогеоценозах.

Нарушенные пожарами поверхностные органогенные горизонты почв имеют длительный период восстановления. Появляющийся с течением времени под пологом лиственных пород подрост хвойных служит надежной основой для восстановления насаждений из коренных пород и формированию органогенных горизонтов почв, характерных для лесных биогеоценозов Южного Прибайкалья.