Морфологические признаки почв в постпирогенных лесных насаждениях

Нуреев Наиль Билалович ORCID: 0000-0003-1797-0700 кандидат биологических наук доцент; кафедра экологии, почвоведения и природопользования; Поволжский государственный технологический университет 424000, Россия, респ. Марий Эл, г. Йошкар-Ола, пл. им. Ленина, д. 3 Nureev Nail' Bilalovich PhD in Biology Associate Professor; Department of Ecology, Soil Science and Environmental Management; Volga State Technological University 424000, Russia, Republic of Yoshkar-Ola, Lenin Square, 3 amimalinur@mail.ru

Морфологические почвенные признаки являются одними из важных при полевом изучении и правильном установлении не только типа почв, но и надтиповых категорий (КиДПР,2004). Внешние признаки почв зависят как от целого комплекса естественных почвообразующих факторов, так и могут кардинально меняться при воздействиях антропогенного или иного характера. В отдельных случаях, это даже может приводить к изменению их классификационного положения на уровне типа или подтипа.

Особенностью лесных экосистем является их неоднородность и разнообразие взаимосвязей между разными компонентами, включая почвы, даже в пределах одного климатического пояса, что является предметом интереса большого количества исследователей. Достаточно хорошо изучены аспекты влияния различных свойств почв на растительность и этому вопросу посвящено большое количество работ. Тогда как влияние растительности на почвенный покров в целом гораздо более многогранно и слабо изучено ^[1]. Одним из важнейших отличительных признаков лесных почв является наличие на поверхности лесной подстилки, как самостоятельного биогоризонта, выполняющего много различных функций – источник питательных элементов, место обитания различных организмов, водо- и теплорегулирующая роль и т.д., тем самым представляющей довольно ценный компонент почвы. Именно лесная подстилка является как бы барьером между любыми внешними факторами и минеральной толщей. Одним из таких воздействий являются лесные пожары, которые в зависимости от их интенсивности, продолжительности могут затронуть либо только поверхностный органический слой, либо повлечь более серьезные постпирогенные изменения из-за термического воздействия, включая развитие почвенной эрозии из-за потери поверхностного органического вещества ^[2]. При этом, большой интерес у исследователей вызывает постпирогенное восстановление растительного и почвенного покрова [3–5]. Так как вышеуказанные процессы во многом зависят от различных факторов, то и одним из важных экологических факторов современного почвообразования выступают лесные пожары. М.И. Ушаков указывал, что природные лесные пожары всегда являлись важнейшим экологическим фактором, изменяющим облик ландшафтов ^[6]. Многие исследователи отмечают значительное изменение как морфологических, так и физико-химических показателей почв ^{[3; 4; 7; 10;11]}. В данной работе рассматривается воздействие лесных пожаров на морфологические признаки почв.

Цель работы – оценка влияния низовых лесных пожаров на морфологические признаки почв легкого гранулометрического состава на примере сосновых насаждений Республики Марий Эл.

Материал и методы исследований

Исследования проводились в сосняках лишайниковых, пройденных пожарами в 2021 году на территории Республики Марий Эл. На исследуемом участке было заложено 4 полнопрофильных почвенных разреза, один из которых (Р-4) располагался на контрольном участке, не затронутом пожаром и 3 разреза на пирогенных участках. Степень интенсивности пожаров на обследуемых участках была относительно одинаковой и невысокой, о чем свидетельствует фрагментарное повреждение древесной коры на деревьях на высоту до 1-2м (рис.1). В почвенных разрезах было проведено подробное описание морфологических признаков по генетическим горизонтам.

Рис.1 Постпирогенные лесные насаждения Республики Марий Эл

На всех обследованных участках преобладающей древесной породой была сосна обыкновенная (доля в составе 8-10 единиц), схожий тип лесорастительных условий – А2. Почвообразующими породами выступают древнеаллювиальные пески флювиального происхождения, на которых соответственно сформировались почвы легкого гранулометрического состава. Описание и диагностика почв проводились по «Классификация и диагностика почв России» (КиДПР) (2004) ^[11], а также «Полевой определитель почв» (2008) ^[12].

Результаты исследования и обсуждение

Почвенный разрез 1 (Р-1) заложен на возвышении, поврежденный горелый древостой вырублен. Рельеф бугристый, микрорельеф представлен валежником. Заметно присутствие самосева сосны и березы 2-4см с неравномерным размещением, ТЛУ – А2. Живой напочвенный покров представлен ветреницей, осоковыми, очень редкий, степень покрытия 5-10%.

Профиль почвы имеет следующее строение:

Оpir 0-3см – подстилка представлена обугленными остатками (зола), мощностью 3см, сухая, переход в минеральный горизонт резкий.

We 3-7см – грубогумусовый горизонт темно-серой окраски, сухой, слабо выражено оподзоливание, структура непрочная комковатая, супесчаный, слабоуплотненный, мелкие корни, переход заметный.

BF 7-24см – альфегумусовый горизонт буроватой окраски, с непрочной ореховатой структурой, супесчаный, плотноватый, с примесью мелких корней и потеками гумуса по корневинам, свежий, переход ясный.

ВСf 24-48см – переходный горизонт желтовато-бурой окраски, структура отсутствует, грансостав рыхлопесчаный, уплотненный, присутствуют корни, железистые пятна, влажноватый, переход заметный.

С1g 48-136см – материнская порода представлена древнеаллювиальным песком, желто-палевого цвета, структура отсутствует, грансостав рыхлый песок, слабоуплотненная, заметно иллювиирование глинисто-железистым материалом, корневины, нижняя часть горизонта оглеена, влажноватая, переход заметный.

С2ff 136-178см – материнская порода неоднородной буро-рыжей окраски, структура непрочная комковатая, плотноватая, грансостав связнопесчаный, заметны псевдофибровые прослойки, влажная.

Грунтовые воды отсутствуют, вскипание от HCl не обнаружено.

Почва – подбур протогумусовый оподзоленный пирогенный глееватый супесчаный на древнеаллювиальных песках.

Почвенный разрез 2 (Р-2) заложен на возвышенном элементе рельефа под сосновым древостоем, пройденным низовым пожаром в 2021 году. Рельеф бугристый, микрорельеф образован упавшими сгоревшими стволами. Состав древостоя 10С, возраст 85-85 лет, dср 30см, Нср 24м, ТЛУ – А2, относительная полнота 0,6. Высота наблюдаемого ожога коры 1-2м. Тип леса – сосняк – брусничник. Подрост неравномерный, редкий, состоит из сосны и березы, подлесок выгорел полностью. Живой напочвенный покров очень редкий – степень покрытия 5-10%, состоит из злаковых, брусники, ландыша.

Морфологическое строение профиля почвы:

Оpir 0-3см – подстилка представлена обугленными остатками (зола), мощностью 3см, сухая, переход в минеральный горизонт резкий.

We 3-7см – грубогумусовый горизонт серой окраски, свежий, слабо выражено оподзоливание, структура отсутсвует, грансостав рыхлопесчаный, рыхлый, мелкие корни, переход резкий.

BF1 7-22см – альфегумусовый горизонт наличием железистых пленок буроватой окраски, структура отсутствует, грансостав связнопесчаный, рыхлый, с примесью мелких корней и потеками гумуса, влажноватый, переход заметный.

ВF2 22-46см – альфегумусовый горизонт буровато-рыжей окраски, структура отсутствует, грансостав рыхлопесчаный, рыхлый по плотности, присутствуют корни и железистые потеки по корневинам в верхней части, влажноватый, переход заметный.

ВС 46-88см – переходный горизонт желтовато-палевый, бесструктурный, грансостав рыхлопесчаный, присутствуют корни и корневины, свежий, рыхлый, переход заметный по окраске.

Сff 88-178см – горизонт почвообразующей породы желто-палевый, бесструктурный, грансостав рыхлопесчаный, заметны корневины, много псевдофибр, слабоуплотненный, влажноватый.

Грунтовые воды не обнаружены, вскипание от HCl отсутствует.

Почва – подбур протогумусовый слабооподзоленный пирогенный рыхлопесчаный на древнеаллювиальных песках.

Почвенный разрез 3 (Р-3) заложен под сосняком, пройденным низовым пожаром. Рельеф неоднородный, бугристый, микрорельеф представлен упавшими сгоревшими стволами. По данным таксационного описания состав насаждения 10С, возраст 65-75 лет, dср 23см, Нср 22м, ТЛУ – А2. Высота наблюдаемого ожога коры 1-2м. Тип леса – сосняк-брусничник. Подрост и подлесок отсутствуют, очевидно уничтожены пожаром. Живой напочвенный покров в первый послепожарный год характеризуется как очень редкий представлен брусникой и папоротником, сгоревшие лишайники.

Морфологическое строение профиля почвы:

Оpir 0-2см – подстилка представлена обугленными остатками, степень разложения слабая, сухая, включает остатки хвои, коры, переход в нижележащий минеральный горизонт ясный.

We 2-5см – протогумусовый горизонт слабовыраженный с заметным «эффектом седоватости», серый, структура слабовыражена непрочная, плотноватый, грансостав рыхлый песок, наличие гумусовых веществ, присутствуют мелкие и средние корни, корневины, по влажности свежий, переход заметный.

АВf,е 5-16см – переходный горизонт неоднородной окраски с буроватыми оттенками и признаками оподзоливания, структура отсутствует, плотноватый, рыхлопесчаный, буроватые и осветленные пятна создают неоднородную окраску, присутствуют корневины, корни, свежий, переход заметный.

BF 16-47см – альфегумусовый горизонт с более выраженной буроватой окраской, бесструктурный, грансостав рыхлый песок, плотный, корни, корневины, по влажности свежий, переход постепенный.

ВС 47-69см – переходный горизонт с преобладанием буровато-желтых оттенков, рыхлопесчаного грансостава, плотный, бесструктурный, содержит корневины, влажноватый, переход постепенный.

Сff 69-156см – материнская порода неоднородных желтовато-серых оттенков, рыхлопесчаного грансостава, сложение плотное, структура отсутствует, имеются корневины и отчетливо выраженные псевдофибры, влажноватая.

Вскипания от HCl нет, грунтовые воды не обнаружены.

Почва – подбур протогумусовый оподзоленный пирогенный песчаный на флювиальных песчаных отложениях.

Почвенный разрез 4 (Р-4 контроль) заложен участке не затронутом пожаром, на территории Чернушкинского лесничества. Рельеф участка равнинный, микрорельеф в виде минерализованных полос. Состав древостоя 10С, возраст 82 года, dср 22см, Нср 20м, тип лесорастительных условий (ТЛУ) – А2. Подрост редкий из сосны, березы, размещение по площади неравномерное. Подлесок отсутствует. Живой напочвенный покров неравномерный, из лишайников, злаковых, папоротников, ландыша, покрытие составляет около 70%. Тип леса – сосняк лишайниковый.

Морфологическое строение почвы:

О 0-3см – лесная подстилка однослойная типа модер, степень разложения слабая, признаков пирогенности нет, сухая, состоит из хвои, листвы, коры, веток, переход ясный.

We 3-8см – протогумусовый горизонт с признаками накопления SiO2, окраска серая, структура отсутствует, рыхлого сложения, грансостав рыхлопесчаный, заметны гумусовые стяжения, корни, корневины, свежий по влажности, переход ясный.

BF 8-39см – срединный альфегумусовый горизонт однородного состава, с преобладанием бурых оттенков, рыхлопесчаного грансостава, бесструктурный, рыхлого сложения, присутствуют корни, корневины, влажность свежая, переход заметный.

ВСff 39-86см – переходный горизонт с преобладанием желто-бурых морфонов, рыхлый, грансостав рыхлопесчаный, бесструктурный, хорошо выражены псевдофибры и корневины, свежий, переход постепенный.

Сff 86-171см – почвообразующая порода неоднородного светло-желтого цвета, структура отсутствует, рыхлого сложения, рыхлопесчаная, заметны псевдофибры, свежая, переход постепенный.

Грунтовых вод нет, вскипание отсутствует.

Почва – подбур протогумусовый оподзоленный песчаный на флювиальных песчаных отложениях.

Строение изученных почвенных профилей с диагностическими горизонтами и признаками представлено в табл.1

Таблица 1

Строение почвенного профиля изученных почв

По данным таблицы 1, на пройденных пожаром участках (Р-1,2,3) формируется пирогенная лесная подстилка (Оpir) в виде зольных остатков мощностью около 3см, которая во всех случаях резко отделяется от минерального нижележащего слоя, который по внешним признакам не затронут пожаром – отсутствуют признаки спекаемости частиц и нехарактерные изменения окраски, что является свидетельством пожара слабой интенсивности. Особенностью всех изученных почв является легкий гранулометрический состав по всему профилю и бедная почвообразующая порода, представленная древнеаллювиальными песками. Данный фактор в совокупности с хвойным кислым опадом (характерно для подобных почв региона) послужил причиной формированию слаборазвитого неоднородно окрашенного протогумусового горизонта, мощность которого во всех разрезах не превышает 5см, что является одним из основных критериев выделения данного горизонта по КиДПР, 2004. Для протогумусового горизонта изученных песчаных почв характерна фрагментарность и неоднородность гумусовой прокраски. Во всех разрезах в пределах гумусового горизонта заметна белесоватая присыпка (эффект седоватости), что свидетельствует о наличии фрагментарных признаков оподзоливания, которые отображаются в индикации горизонта с помощью почвенного признака (е).

Под слаборазвитым гумусовым горизонтам, как правило, расположен альфегумусовый горизонт BF (Р-1,2,4), либо переходный АВ (Р-3), в которых преобладают неоднородные желто-бурые оттенки. Интенсивность прокрашивания наиболее выражена в верхней части горизонта, что связано с поступающими сверху органическими и алюмо-железистыми соединениями, окраска светлеет книзу. В изучаемых почвах альфегумусовый горизонт во всех разрезах имеет мощность в пределах 15-35см, песчаный грансостав и отсутствует структура.

Почвообразующая порода всех исследованных почв представлена относительно однородными песчаными отложениями флювиального происхождения, светлого оттенка. Везде присутствуют псевдофибровые железистые прослойки, что в целом характерно для почв легкого гранулометрического состава в условиях лесной зоны и свидетельствует о достаточно интенсивном промывании почвенной толщи с вымыванием железистых соединений. В почве разреза 1 имеются признаки грунтового переувлажнения, что выражается в присутствии признаков оглеения (g).

Таким образом, все изученные лесные почвы под сосновыми насаждениями пройденными пожаром слабой интенсивности имеют внешние признаки пирогенности лишь в толще лесной подстилки (табл.1), что скорее всего на некоторое время незначительно может повлиять на химический состав как самой подстилки, так и нижележащего минерального горизонта. Для более детального анализа влияния пожаров на мощность различных горизонтов проведен статистический анализ данных (табл.2).

Таблица 2

Показатели изменчивости мощности горизонтов

исследуемых почв на пирогенных и непирогенных участках

Примечание: Mx – среднее значение параметра; min, max – минимальное и максимальное значения; Sх – среднеквадратическое (стандартное) отклонение параметра; mх – ошибка среднего; V – коэффициент вариации, %.

Анализ влияния лесных пожаров на морфологические признаки почв показал, что воздействие огня слабой интенсивности, как правило, сказывается лишь на верхних органогенных горизонтах, вызывая обугливание лесной подстилки и, соответственно, образование зольных остатков с уменьшением общей мощности как лесной подстилки, так и возможно гумусового горизонта из-за общей потери органического вещества. Признаков спекаемости минеральных частиц не замечено.

Выводы

1. В результате низовых лесных пожаров травяно-кустарниковый ярус уничтожается полностью с формированием на поверхности почв специфического горизонта Оpir, представляющего обугленные остатки растительности.

2. В результате горения общая мощность лесной подстилки и нижележащего гумусового горизонта уменьшается.

3. Признаки спекаемости минеральных частиц отсутствуют.

4. По данным статистического анализа, в пирогенных почвах уменьшается вариабельность мощности верхних почвенных горизонтов.