Влияние экологических факторов на напочвенную подстилку
Авторы: Н. В. Попова
Решение проблем рационального природопользования напочвенной подстилкой должно базироваться на комплексном и глубоком познании экологических факторов, влияющих на их формирование и функционирование. Выявление закономерностей взаимодействия экологических факторов и их влияния на напочвенную подстилку — важнейшее условие оптимального пользования природными ресурсами. Чем глубже и полнее изучены экологические факторы и основные закономерности их действия, тем обоснованнее можно разработать научные рекомендации для рационального природопользования напочвенной подстилкой. На необходимость учета экологических факторов среды и законов их действия при организации хозяйственной деятельности человека неоднократно указывал В. В. Докучаев.
Влияние факторов среды на напочвенные подстилки, живые организмы, растительный покров земли определяется самой жизнью, существенный признак и обязательное условие которой — постоянное обновление их составных частей в процессе органического обмена с окружающей средой.
Правильное использование напочвенной подстилки с учетом особенностей местообитаний позволит получить наибольший экономический эффект и обеспечит устойчивые урожаи сельскохозяйственных культур и высокую продуктивность лесных насаждений. Для глубокого понимания условий местообитаний необходимо всестороннее изучение экологических факторов природной среды, которые делятся на три группы: абиотические, биотические, антропогенные.
Абиотические факторы подразделяются на климатические, геологические и эдафические. Климатические факторы, или факторы надземной среды: свет, тепло, осадки (прямые и конденсационные), влажность воздуха, ветер, испарение; углекислый газ, атмосферное электрическое поле (молнии, вызывающие лесные пожары), а также режимы климатических факторов, обусловливающие стадии роста и развития организмов. От климатических факторов зависит характер растительности и почвообразования, качественный состав насаждений, количество спада — основного источника мертвого органического вещества (MOB) напочвенной подстилки, а также скорость процессов трансформации или консервации растительных остатков.
Выявлена определенная связь между температурой, увлажнением, количеством наземного опада.
Геологические факторы характеризуют все особенности строения земной коры: состав горных пород, форму их залегания, рельеф; поверхностный сток, сопровождаемый эрозией склонов, половодья, аллювиальные процессы в поймах рек, землетрясения, вулканическую деятельность и др. Характер горных пород приближает развивающиеся на них биологические группировки к живому покрову той ближайшей природной зоны, к почвам которой они наиболее близки по своим физико-химическим свойствам. Например, к выходам гранитов приурочены леса Волынско-Подольской возвышенности Украины; на песчаных почвах размещается основная часть хвойных лесов Левобережья.
Таким образом, геологические факторы, опосредованно, через распространение определенных видов растительности, и, соответственно, на количество опада, его качественный состав, влияет на напочвенную подстилку.
Большое влияние на напочвенную подстилку оказывает рельеф местности (орографические факторы). Рельеф влияет на растительность всеми своими элементами, главные из которых — высота над уровнем моря, экспозиция, крутизна склонов и форма поверхности.
Рельефом определяются также продолжительность вегетационного периода, величина прироста, качество подстилки. Для того, чтобы убедиться в активности рельефа, стоит вспомнить световой и тепловой режимы южных и северных склонов, гидрологический режим верхних и нижних частей склонов, развитие на склонах эрозии, имеющее особенно большое значение для поселения растительности, ее дальнейшего роста, количества и качественного состава опада.
Сочетание климатических и геологических факторов не полностью определяет характер природных комплексов. Необходимо также учитывать эдафические (почвенные) факторы. Эдафические факторы (факторы "подземной" среды, или почвенного плодородия): влага в почве или растворенные в ней доступные корням питательные вещества; концентрация почвенного раствора, его кислотность и степень окисленности, ядовитые вещества почвы; комплекс физических свойств почв — механический состав, скважность, аэрация, водные и тепловые свойства; объем (мощность) корнедоступной толщи почвы — ризосферы.
Почвы вместе с рельефом, геологическим строением и климатом обеспечивают распределение растительности по зонам. От почвы зависят быстрота роста лесонасаждений, количество и качественный состав опада, мощность и состав подстилки. От характера почвы и степени ее увлажнения в значительной мере зависит скорость разложения растительных остатков. Наиболее оптимальны для консервации растительных остатков и накопления их в форме напочвенной подстилки влажные условия со средними температурами t янв. -20.. .25°; t июля +20.. .25°.
Почвенные факторы, в отличие от геологических, всегда имеют зональный характер. Например, запасы напочвенной подстилки 300 ц/га характерны для таежной зоны, 120 ц/га — для лесостепной зоны.
Глубокое изучение зональных особенностей напочвенной подстилки, почв и разработка на этой основе региональных систем ведения сельского и лесного хозяйства обеспечит наиболее эффективное развитие производительных сил земли.
Биотические факторы. К группе биотических факторов относятся сложные взаимосвязи между растениями и животными. К этой группе следует относить влияние на напочвенную подстилку травяной, моховой, лишайниковой, бактериальной флоры, а также микроорганизмов и беспозвоночных животных. Редуценты оказывают огромное влияние на образование напочвенной подстилки, перерабатывая растительные остатки, являющиеся основным источником MOB.
Антропогенные факторы или факторы человеческой культуры оказывают огромное влияние на напочвенную подстилку.
Напочвенная подстилка, являясь одним из элементов биогеоценоза, наиболее подвержена химическому и рекреационному воздействию.
Химическое воздействие. При изучении этого типа загрязнений первое, на что было обращено внимание — это аккумуляция тяжелых металлов (ТМ) вокруг промышленных предприятий. Гораздо меньше работ, где обращается внимание на совместный эффект серы и ТМ. Под влиянием серы в комплексе с ТМ изменяются практически все свойства почвы и их облик, а также мощность подстилки по мере удаления от источника загрязнения.
Например, на Кольском полуострове в ненарушенном состоянии почвы имеют мощную грубогумусовую подстилку, под влиянием загрязнения мощность подстилки уменьшается в 2 раза.
В техногенной пустыне вблизи комбината относительно сохранившимися являются почвы под редкими стелющимися кустами ивы и березы. Здесь имеется мощная подстилка иной морфологии: она серая, буквально наполненная техногенной пылью. Под нею расположен нормальный профиль гумусово-иллювиального подзола. Там, где растительность полностью уничтожена, нет подстилки, верхние минеральные горизонты (А2, часть В) смыты. Поверх этих слоев имеется тонкий (0,5-2 см) техногенный серый горизонт, в котором вблизи комбината концентрируется до 7% никеля.
Интересно, что повторное обследование почвы через шесть лет после первого загрязнения на Кольском полуострове (в 1987 году) не выявило каких-либо достоверных изменений в аккумуляции серы и физико-химических свойств почв (кислотность, сумма обменных оснований, содержание азота, отношение C:N). Это может свидетельствовать о мощном фильтрующем влиянии подстилки и ее способности к разложению химических загрязнителей.
Сера и ТМ сильно воздействуют на биологическую активность подстилки, изменяя состав микрофлоры, общая численность бактерий в загрязненной подстилке возрастает с 1160 до 1260-1780 млн./га. Иная ситуация складывается в отношении почвенных грибов: количество их заметно уменьшается и выравнивается с контролем только осенью. В загрязненных подстилках снижается численность членистоногих, мелких дождевых червей энхетреид, крупных дождевых червей люмбрицид.
Рекреационное воздействие. Изменение подстилки в нарушенных биогеоценозах сказывается на соотношении жизненных форм растений, что в конечном итоге оказывает существенное влияние на их возобновление. Исчезновение подстилки может привести к катастрофическим последствиям для существования данного биоценоза.
При рекреационных нагрузках происходит в первую очередь изменение морфологического строения подстилки. На ранних стадиях дегрессии подстилка уплотняется, дробится (измельчается), изменяются мощность и соотношение подгоризонтов. В дальнейшем выпадают ферментативный (F) и гумусовый (Н) подгоризонты подстилки, органический материал вдавливается в верхний слой органо-минерального горизонта. При максимальной рекреационной нагрузке в хвойных биогеоценозах происходит полное разрушение подгоризонта АОЗ. Наземный опад, формирующий подстилку, может разноситься за пределы участка, как пешеходами, так и в результате увеличивающейся водной и ветровой эрозии.
При дальнейшем возрастании рекреационных нагрузок в почвенном профиле на второй стадии дигрессии формируется плотная дернина мощностью до 5 см. Ее образованию способствует разреживание полога насаждений, вследствие чего в напочвенном покрове начинают преобладать светолюбивые и более устойчивые к рекреационным нагрузкам злаки и разнотравье.
Плотность ненарушенной напочвенной подстилки в ельнике-кисличнике составляет 0,18-1— 0,02 г/см; в результате сильного вытаптывания наряду с размельчением, оторфовыванием подстилки в пониженных элементах рельефа происходит ее уплотнение до 0,83-1—0,04 г/см.
Увеличение плотности подстилки сопровождается существенным уменьшением ее мощности даже на самых ранних стадиях рекреационной дигрессии. Рекреационное воздействие в сосняке разнотравном привело к сокращению мощности подстилки на 2 стадии дигрессии до 4,8 см (по сравнению с 10,5 см на контрольных участках). В ельнике-кисличнике на территории Карпатского государственного природного парка интенсивная рекреационная нагрузка (500 проходов) в первый же год уменьшила мощность подстилки в 2-3 раза в результате ее спрессовывания и измельчения.
В большинстве случаев в результате усиления рекреационной нагрузки наблюдается существенное снижение запасов напочвенной подстилки, которые являются интегрирующим показателем, отражающим как увеличение плотности, так и уменьшение мощности при ее вытаптывании.
В ельнике-кисличнике в условиях Московской области на 1 стадии дигрессии запас подстилки равен 4,3 кг/м, а мощность — 2 см, на 2 — запас подстилки равен 3,5 кг/м, на 3 — 2 кг/м, 4 — 0,4 кг/м, 5 — 0,1 кг/м. На 4 и 5 стадиях подстилка практически отсутствует.
Уменьшение запасов напочвенной подстилки в подмосковных дубравах с увеличением рекреационной дигрессии подтверждает общую закономерность уменьшения их по мере усиления вытаптывания. Для начальных стадий дигрессии отмечены запасы подстилки 11,3-11,4 т/га, для 3 степени дигрессии — 6,9; для 4 — 5,0 — 2,8; для 5 степени дигрессии запасы подстилки равны 0,9 т/га. Таким образом, по мере нарушения дубравы запасы напочвенной подстилки резко сокращаются. В деградированной дубраве (5 стадия) запасы подстилки в 12 раз меньше, чем в мало нарушенном лесу того же возраста. Это объясняется не только уменьшением количества опада, в связи с изреживанием древостоя и отсутствием подлеска, но и быстрой . минерализацией спада, что характерно для более открытых мест.
При возрастании рекреационных нагрузок существенно изменяются не только общая мощность и запасы подстилки, но и соотношение запасов подстилки по подгоризонтам, что является следствием резкого изменения мощности подгоризонтов.
Под действием рекреации происходят значительные изменения в сложении подстилки, иссушение и разрушение составляющих ее компонентов, что приводит к изменениям ее фракционного состава. В подстилке сосновых насаждений отмечаются увеличение содержания фракций мелких размеров (<5 мм) и резкое уменьшение (более чем на 10%) содержания фракции >10 мм.
Также отмечается значительное уменьшение количества активной фракции в рекреационных сосняках. На 1 стадии дигрессии активная фракция составляла 54%, а на 3 стадии — около 15% от общего количества напочвенной подстилки.
Те же закономерности наблюдаются в лиственных лесах. Анализ фракционного состава подстилки показал, что при переходе от насаждений со слабой степенью дигрессии к лесам с сильно выраженным воздействием человека масса листового опада в букняке разнотравно-ожиковом уменьшается в 4,1 раза, в букняке ясменниковом — в 3,7 раза, увеличивается участие грубой фракции до 29,3 и 23,7% соответственно в обоих букняках.
В заключение следует отметить, что решение проблем рационального природопользования напочвенной подстилкой базируется на комплексном и глубоком познании экологических факторов, влияющих на их формирование и функционирование. На необходимость учета экологических факторов среды и законов их действия при организации хозяйственной деятельности человека в своих работах неоднократно указывал В. В. Докучаев. Выявление закономерностей взаимодействия экологических факторов и их влияния на напочвенную подстилку — важнейшее условие оптимального пользования природными ресурсами. Чем глубже и полнее изучены экологические факторы и основные закономерности их действия, тем обоснованнее можно разработать научные рекомендации для рационального природопользования напочвенной подстилкой.
Влияние экологических факторов на напочвенную подстилку
Авторы: Н. В. Попова
Решение проблем рационального природопользования напочвенной подстилкой должно базироваться на комплексном и глубоком познании экологических факторов, влияющих на их формирование и функционирование. Выявление закономерностей взаимодействия экологических факторов и их влияния на напочвенную подстилку — важнейшее условие оптимального пользования природными ресурсами. Чем глубже и полнее изучены экологические факторы и основные закономерности их действия, тем обоснованнее можно разработать научные рекомендации для рационального природопользования напочвенной подстилкой. На необходимость учета экологических факторов среды и законов их действия при организации хозяйственной деятельности человека неоднократно указывал В. В. Докучаев.
Влияние факторов среды на напочвенные подстилки, живые организмы, растительный покров земли определяется самой жизнью, существенный признак и обязательное условие которой — постоянное обновление их составных частей в процессе органического обмена с окружающей средой.
Правильное использование напочвенной подстилки с учетом особенностей местообитаний позволит получить наибольший экономический эффект и обеспечит устойчивые урожаи сельскохозяйственных культур и высокую продуктивность лесных насаждений. Для глубокого понимания условий местообитаний необходимо всестороннее изучение экологических факторов природной среды, которые делятся на три группы: абиотические, биотические, антропогенные.
Абиотические факторы подразделяются на климатические, геологические и эдафические. Климатические факторы, или факторы надземной среды: свет, тепло, осадки (прямые и конденсационные), влажность воздуха, ветер, испарение; углекислый газ, атмосферное электрическое поле (молнии, вызывающие лесные пожары), а также режимы климатических факторов, обусловливающие стадии роста и развития организмов. От климатических факторов зависит характер растительности и почвообразования, качественный состав насаждений, количество спада — основного источника мертвого органического вещества (MOB) напочвенной подстилки, а также скорость процессов трансформации или консервации растительных остатков.
Выявлена определенная связь между температурой, увлажнением, количеством наземного опада.
Геологические факторы характеризуют все особенности строения земной коры: состав горных пород, форму их залегания, рельеф; поверхностный сток, сопровождаемый эрозией склонов, половодья, аллювиальные процессы в поймах рек, землетрясения, вулканическую деятельность и др. Характер горных пород приближает развивающиеся на них биологические группировки к живому покрову той ближайшей природной зоны, к почвам которой они наиболее близки по своим физико-химическим свойствам. Например, к выходам гранитов приурочены леса Волынско-Подольской возвышенности Украины; на песчаных почвах размещается основная часть хвойных лесов Левобережья.
Таким образом, геологические факторы, опосредованно, через распространение определенных видов растительности, и, соответственно, на количество опада, его качественный состав, влияет на напочвенную подстилку.
Большое влияние на напочвенную подстилку оказывает рельеф местности (орографические факторы). Рельеф влияет на растительность всеми своими элементами, главные из которых — высота над уровнем моря, экспозиция, крутизна склонов и форма поверхности.
Рельефом определяются также продолжительность вегетационного периода, величина прироста, качество подстилки. Для того, чтобы убедиться в активности рельефа, стоит вспомнить световой и тепловой режимы южных и северных склонов, гидрологический режим верхних и нижних частей склонов, развитие на склонах эрозии, имеющее особенно большое значение для поселения растительности, ее дальнейшего роста, количества и качественного состава опада.
Сочетание климатических и геологических факторов не полностью определяет характер природных комплексов. Необходимо также учитывать эдафические (почвенные) факторы. Эдафические факторы (факторы "подземной" среды, или почвенного плодородия): влага в почве или растворенные в ней доступные корням питательные вещества; концентрация почвенного раствора, его кислотность и степень окисленности, ядовитые вещества почвы; комплекс физических свойств почв — механический состав, скважность, аэрация, водные и тепловые свойства; объем (мощность) корнедоступной толщи почвы — ризосферы.
Почвы вместе с рельефом, геологическим строением и климатом обеспечивают распределение растительности по зонам. От почвы зависят быстрота роста лесонасаждений, количество и качественный состав опада, мощность и состав подстилки. От характера почвы и степени ее увлажнения в значительной мере зависит скорость разложения растительных остатков. Наиболее оптимальны для консервации растительных остатков и накопления их в форме напочвенной подстилки влажные условия со средними температурами t янв. -20.. .25°; t июля +20.. .25°.
Почвенные факторы, в отличие от геологических, всегда имеют зональный характер. Например, запасы напочвенной подстилки 300 ц/га характерны для таежной зоны, 120 ц/га — для лесостепной зоны.
Глубокое изучение зональных особенностей напочвенной подстилки, почв и разработка на этой основе региональных систем ведения сельского и лесного хозяйства обеспечит наиболее эффективное развитие производительных сил земли.
Биотические факторы. К группе биотических факторов относятся сложные взаимосвязи между растениями и животными. К этой группе следует относить влияние на напочвенную подстилку травяной, моховой, лишайниковой, бактериальной флоры, а также микроорганизмов и беспозвоночных животных. Редуценты оказывают огромное влияние на образование напочвенной подстилки, перерабатывая растительные остатки, являющиеся основным источником MOB.
Антропогенные факторы или факторы человеческой культуры оказывают огромное влияние на напочвенную подстилку.
Напочвенная подстилка, являясь одним из элементов биогеоценоза, наиболее подвержена химическому и рекреационному воздействию.
Химическое воздействие. При изучении этого типа загрязнений первое, на что было обращено внимание — это аккумуляция тяжелых металлов (ТМ) вокруг промышленных предприятий. Гораздо меньше работ, где обращается внимание на совместный эффект серы и ТМ. Под влиянием серы в комплексе с ТМ изменяются практически все свойства почвы и их облик, а также мощность подстилки по мере удаления от источника загрязнения.
Например, на Кольском полуострове в ненарушенном состоянии почвы имеют мощную грубогумусовую подстилку, под влиянием загрязнения мощность подстилки уменьшается в 2 раза.
В техногенной пустыне вблизи комбината относительно сохранившимися являются почвы под редкими стелющимися кустами ивы и березы. Здесь имеется мощная подстилка иной морфологии: она серая, буквально наполненная техногенной пылью. Под нею расположен нормальный профиль гумусово-иллювиального подзола. Там, где растительность полностью уничтожена, нет подстилки, верхние минеральные горизонты (А2, часть В) смыты. Поверх этих слоев имеется тонкий (0,5-2 см) техногенный серый горизонт, в котором вблизи комбината концентрируется до 7% никеля.
Интересно, что повторное обследование почвы через шесть лет после первого загрязнения на Кольском полуострове (в 1987 году) не выявило каких-либо достоверных изменений в аккумуляции серы и физико-химических свойств почв (кислотность, сумма обменных оснований, содержание азота, отношение C:N). Это может свидетельствовать о мощном фильтрующем влиянии подстилки и ее способности к разложению химических загрязнителей.
Сера и ТМ сильно воздействуют на биологическую активность подстилки, изменяя состав микрофлоры, общая численность бактерий в загрязненной подстилке возрастает с 1160 до 1260-1780 млн./га. Иная ситуация складывается в отношении почвенных грибов: количество их заметно уменьшается и выравнивается с контролем только осенью. В загрязненных подстилках снижается численность членистоногих, мелких дождевых червей энхетреид, крупных дождевых червей люмбрицид.
Рекреационное воздействие. Изменение подстилки в нарушенных биогеоценозах сказывается на соотношении жизненных форм растений, что в конечном итоге оказывает существенное влияние на их возобновление. Исчезновение подстилки может привести к катастрофическим последствиям для существования данного биоценоза.
При рекреационных нагрузках происходит в первую очередь изменение морфологического строения подстилки. На ранних стадиях дегрессии подстилка уплотняется, дробится (измельчается), изменяются мощность и соотношение подгоризонтов. В дальнейшем выпадают ферментативный (F) и гумусовый (Н) подгоризонты подстилки, органический материал вдавливается в верхний слой органо-минерального горизонта. При максимальной рекреационной нагрузке в хвойных биогеоценозах происходит полное разрушение подгоризонта АОЗ. Наземный опад, формирующий подстилку, может разноситься за пределы участка, как пешеходами, так и в результате увеличивающейся водной и ветровой эрозии.
При дальнейшем возрастании рекреационных нагрузок в почвенном профиле на второй стадии дигрессии формируется плотная дернина мощностью до 5 см. Ее образованию способствует разреживание полога насаждений, вследствие чего в напочвенном покрове начинают преобладать светолюбивые и более устойчивые к рекреационным нагрузкам злаки и разнотравье.
Плотность ненарушенной напочвенной подстилки в ельнике-кисличнике составляет 0,18-1— 0,02 г/см; в результате сильного вытаптывания наряду с размельчением, оторфовыванием подстилки в пониженных элементах рельефа происходит ее уплотнение до 0,83-1—0,04 г/см.
Увеличение плотности подстилки сопровождается существенным уменьшением ее мощности даже на самых ранних стадиях рекреационной дигрессии. Рекреационное воздействие в сосняке разнотравном привело к сокращению мощности подстилки на 2 стадии дигрессии до 4,8 см (по сравнению с 10,5 см на контрольных участках). В ельнике-кисличнике на территории Карпатского государственного природного парка интенсивная рекреационная нагрузка (500 проходов) в первый же год уменьшила мощность подстилки в 2-3 раза в результате ее спрессовывания и измельчения.
В большинстве случаев в результате усиления рекреационной нагрузки наблюдается существенное снижение запасов напочвенной подстилки, которые являются интегрирующим показателем, отражающим как увеличение плотности, так и уменьшение мощности при ее вытаптывании.
В ельнике-кисличнике в условиях Московской области на 1 стадии дигрессии запас подстилки равен 4,3 кг/м, а мощность — 2 см, на 2 — запас подстилки равен 3,5 кг/м, на 3 — 2 кг/м, 4 — 0,4 кг/м, 5 — 0,1 кг/м. На 4 и 5 стадиях подстилка практически отсутствует.
Уменьшение запасов напочвенной подстилки в подмосковных дубравах с увеличением рекреационной дигрессии подтверждает общую закономерность уменьшения их по мере усиления вытаптывания. Для начальных стадий дигрессии отмечены запасы подстилки 11,3-11,4 т/га, для 3 степени дигрессии — 6,9; для 4 — 5,0 — 2,8; для 5 степени дигрессии запасы подстилки равны 0,9 т/га. Таким образом, по мере нарушения дубравы запасы напочвенной подстилки резко сокращаются. В деградированной дубраве (5 стадия) запасы подстилки в 12 раз меньше, чем в мало нарушенном лесу того же возраста. Это объясняется не только уменьшением количества опада, в связи с изреживанием древостоя и отсутствием подлеска, но и быстрой . минерализацией спада, что характерно для более открытых мест.
При возрастании рекреационных нагрузок существенно изменяются не только общая мощность и запасы подстилки, но и соотношение запасов подстилки по подгоризонтам, что является следствием резкого изменения мощности подгоризонтов.
Под действием рекреации происходят значительные изменения в сложении подстилки, иссушение и разрушение составляющих ее компонентов, что приводит к изменениям ее фракционного состава. В подстилке сосновых насаждений отмечаются увеличение содержания фракций мелких размеров (<5 мм) и резкое уменьшение (более чем на 10%) содержания фракции >10 мм.
Также отмечается значительное уменьшение количества активной фракции в рекреационных сосняках. На 1 стадии дигрессии активная фракция составляла 54%, а на 3 стадии — около 15% от общего количества напочвенной подстилки.
Те же закономерности наблюдаются в лиственных лесах. Анализ фракционного состава подстилки показал, что при переходе от насаждений со слабой степенью дигрессии к лесам с сильно выраженным воздействием человека масса листового опада в букняке разнотравно-ожиковом уменьшается в 4,1 раза, в букняке ясменниковом — в 3,7 раза, увеличивается участие грубой фракции до 29,3 и 23,7% соответственно в обоих букняках.
В заключение следует отметить, что решение проблем рационального природопользования напочвенной подстилкой базируется на комплексном и глубоком познании экологических факторов, влияющих на их формирование и функционирование. На необходимость учета экологических факторов среды и законов их действия при организации хозяйственной деятельности человека в своих работах неоднократно указывал В. В. Докучаев. Выявление закономерностей взаимодействия экологических факторов и их влияния на напочвенную подстилку — важнейшее условие оптимального пользования природными ресурсами. Чем глубже и полнее изучены экологические факторы и основные закономерности их действия, тем обоснованнее можно разработать научные рекомендации для рационального природопользования напочвенной подстилкой.
