В настоящее время исследование постпирогенных изменений почвенно-растительного покрова представляет значительный интерес для решения генетических и эволюционных проблем почвоведения. В прибрежно-островной зоне юга Приморья пожары являются одним из основных факторов, определяющих своеобразие и функционирование островных экосистем и эволюцию их почвенного покрова. Пожары могут оказывать как прямое воздействие на почву (через пиролиз), приводя к уничтожению подстилки, а иногда и к частичному прогоранию гумусового горизонта, так и косвенное за счет смены одних растительных сообществ другими. В процессе постпирогенных сукцессий происходят существенные изменения состава растительных сообществ, наблюдается изреживание древостоя, изменяется его продуктивность и, как следствие этого, изменяются морфологические и физико-химические показатели распространенных здесь почв. При этом в наибольшей степени трансформации подвержено органическое вещество почв, его количественное содержание, качественный состав и профильное распределение.
Анализ имеющихся литературных данных показал, что, несмотря на огромное число публикаций, посвященных оценке влияния пирогенного фактора на различные экосистемы, работы, характеризующие пирогенную трансформацию почв прибрежно-островной зоны юга Дальнего Востока, практически отсутствуют.
Цель настоящего исследования на примере островов залива Петра Великого выявить влияние пирогенного фактора на специфику процессов гумусообразования и гумусонакопления в представленных здесь буроземах.
Материалы и методы исследования
Исследования проводили на двух наиболее крупных материковых островах залива Петра Великого: о. Русский (97,6 км2) и о. Рейнеке (4,63 км2).
Современный лесной фонд островов представлен производными преимущественно дубовыми, дубово-липовыми лесами с участием граба, клена, берез, ясеня. К настоящему времени сохранность лесов на о. Русский доходит до 50 %. На о. Рейнеке растительность представлена преимущественно злаково-разнотравными, травяно-кустарниковыми и древесно-кустарниковыми сообществами с проективным покрытием травостоя 70–90 %. Производные широколиственные леса имеют ограниченное распространение – до 11 % [1]. Для островных территорий характерна специфика биоклиматических условий и геохимического воздействия моря, что предопределяет своеобразие процессов островного почвообразования и, как следствие, своеобразие морфологического строения и свойств почв [2]. На исследуемых островах преобладают зональные для данного региона почвы – буроземы. Они представлены преимущественно буроземами типичными и буроземами темными [3]. Среди типа буроземы темные наиболее широко распространены: буроземы темные типичные и буроземы темные иллювиально-гумусовые. На островах повсюду отмечаются следы пирогенного воздействия на почвенно-растительный покров. Там, где воздействие пирогенного фактора было наиболее сильным – формируются пирогенезированные подтипы буроземов. География перечисленных подтипов буроземов островных территорий тесно связана с характером растительности и интенсивностью геохимического воздействия моря на почвенный покров. Геохимическое воздействие моря уменьшается по мере удаления от побережья и усиливается на открытых участках или на участках с незначительной сомкнутостью древостоя.
Для выявления влияния пирогенного фактора на процессы гумусообразования изучили содержание и состав гумуса буроземов под растительностью в ряду: изреженные дубовые леса с хорошо развитым травяно-кустарниковым ярусом, разнотравно-кустарниковыми группировки и молодой грабовый лес, сформировавшийся на месте сгоревшего гмелинополынника.
Содержание гумуса определяли общепринятым методом, групповой и фракционный состав гумуса по схеме Тюрина, в модификации Понамаревой и Плотниковой [4]. Статистическая обработка полученных данных проводилась с использованием программ Microsoft Excel.
Результаты исследования и их обсуждение
Наиболее сильное воздействие на почву, как считает Сапожников [5], оказывает не сам огонь, а послепожарные сукцессионные изменения в растительном покрове, которые способны или изменить направление почвообразования, или лишь усилить те процессы, которые протекали в почве.
На островах наблюдается трансформация дубово-широколиственных лесов под влиянием пожаров в изреженные дубняки, травяно-кустарниковые и травянистые растительные сообщества, на фоне усиливающегося влияния переноса солей на процессы почвообразования в буроземах активизируются процессы аккумуляции, а в ряде мест и миграции гумусовых веществ (иллювиально-гумусовый процесс). Это предопределяет эволюцию буроземов типичных в буроземы темные, а последних в буроземы темные иллювиально-гумусовые с различной степенью выраженности иллювиально-гумусового процесса почвообразования в их профиле [6]. Направленность и интенсивность послепожарного почвообразования в островных буроземах зависят от стадии распада древостоя и замены его вторичными сукцессиями растительности и от пространственной динамики геохимического воздействия моря.
На участках острова под пирогенными сукцессиями изреженных дубовых лесов с хорошо развитым травяно-кустарниковым ярусом формируются буроземы с большой мощностью гумусового горизонта, наличием темных гумусовых затеков в нижней части горизонта AU и BMhi, темно-серой окраской и наличием кутан на структурных отдельностях в горизонте BMhi, что свидетельствует об иллювиальной природе его формирования.
Разрез 23-02. Заложен в северо-восточной части острова, в 750 м восточнее пос. Аякс о. Русский. Склон северо-восточной экспозиции, крутизной 10. Абсолютная высота – 40 м над уровнем моря. Растительность – изреженный широколиственный лес из дуба монгольского и липы амурской с примесью березы даурской и клена мелколистного. Формула древостоя – 4Дм4Ла1Бд1Км+Бм, Гс. Сомкнутость древостоя – 0,4; средний диаметр – 33–37 см; высота древостоя – 10–12 м. Кустарниковый ярус хорошо развит, густой: преобладает калина Саржента с примесью лещины разнолистной, единично встречаются чубушник, акатник, бересклет. В травяном покрове – осоково-папоротниковое разнотравье. Буроземы под дубовыми лесами имеют следующий набор генетических горизонтов: O (0–5 см)–AU (5–16 см)–AUВMhi (16–25(27) см)–ВMhi (25(27)–53 см)–ВС (53–60 см).
Следы пирогенного воздействия средней интенсивности диагностируются по присутствию частичек древесного угля в подстилке. Согласно классификации почв России [3] исследуемые буроземы соответствуют типу буроземов темных. На подтиповом уровне их можно выделить как буроземы темные иллювиально-гумусовые [6].
При более сильных низовых пожарах происходит замена лесной растительности на разнотравно-кустарниковые растительные группировки, часто гари зарастают полынью Гмелина. Подобные почвы были нами описаны в западной части о. Русский. Подстилка прогоревшая, фрагментарная, отмечается обильное присутствие частиц угля и обгоревших растительных остатков как в верхней части почвенного профиля, так и в иллювиальной. Наличие темных гумусовых затеков по всему почвенному профилю и характерной темно-серой окраски иллювиального горизонта этих буроземов позволило диагностировать их как буроземы темные иллювиально-гумусовые пирогенезированные.
Разрез 26-02. Заложен на западном побережье острова в 600 м юго-восточнее мыса Таран, в 750 м севернее побережья бухты Круглая о. Русский. Абсолютная высота – 75 м над уровнем моря. Склон северо-западной экспозиции, крутизной 5 °. Растительность – заросли полыни Гмелина, высотой 1,2–1,5 м; редко злаки, осока. Проективное покрытие – 90 %.
O pir (0–0,5 см)–AU pir (0,5–18(24) см)–ВMhi pir (18(24) –36 см)–ВM (36–64 см)–ВMС (64–70 см).
Лесовозобновление на отдельных участках гмелинополынников сопровождается определенными изменениями морфологического строения буроземов. Визуально это проявляется в более глубокой окраске их профиля и более морфологически выраженных признаках иллювиирования гумуса на границах горизонтов [7]. Такие буроземы были описаны нами на острове Рейнеке под молодым грабовым лесом (45 лет), сформировавшимся на месте сгоревшего гмелинополынника.
Разрез 23-03. Верхняя часть северного склона самой высокой сопки на о. Рейнеке, крутизной 17 °. Растительность: грабовый лес (40–45 лет), сформировавшийся на месте сгоревшего гмелинополынника. Формула древостоя: 7Гр1Дм1Кл1Яб. Сомкнутость крон 0,8–0,9; средний диаметр древостоя 8–10 см; высота 10 м. Подлесок очень редкий, травостой развит слабо. Проективное покрытие менее 5 %.
Почвенный профиль этих буроземов включает следующие горизонты: O (0–4 см)–АU (4–14 см)–ВMhi (14–43 см)–ВMhi (43–82 см)–ВС (82–90 см).
В буроземах под грабовым лесом, по сравнению с буроземами дубняков и гмелинополынников, глубина иллювиальной толщи возрастает до 82 см с сохранением темно-серой и темно-серой с буроватым оттенком окраски структурных отдельностей [7].
Профильная дифференциация содержания гумуса и его качественного состава отражает различную степень проявления аккумулятивно-гумусового и иллювиально-гумусового процессов почвообразования в буроземах разных стадий послепожарного восстановления растительности.
В буроземах, сформированных под зарослями полыни Гмелина и испытавших наиболее сильное воздействие огня (следы пирогенного воздействия отмечаются и на глубине 25 см), наблюдается пирогенное уменьшение содержания гумуса (7,6–0,77 %). В буроземах на участках под изреженным дубняком и под грабовым лесом содержание гумуса повышается до 14,92–17 %. Развитие в профиле этих почв иллювиально-гумусового процесса проявляется в повышенном содержании гумуса в BMhi горизонте (2,64–4,08 %).
В групповом составе гумуса всех исследуемых буроземов преобладают гуминовые кислоты; гумусообразование идет по фульватно-гуматному типу, отношение Сгк/Сфк колеблется от 1,60 до 1,16. Наиболее существенные различия в составе гумуса исследуемых буроземов прослеживаются в процессах гумусообразования в иллювиальной части их почвенного профиля. Отличительной особенностью качественного состава гумуса буроземов дубовых лесов и гмелинополынников является сохранение фульватно-гуматного типа гумусообразования и в иллювиально-гумусовом горизонте (1,09–1,21), тогда как в буроземах под грабовым лесом он сменяется на гуматно-фульватный. Проведенная статистическая обработка полученных результатов показала, что коэффициент вариации (табл. 1) по содержанию в островных буроземах гумуса и гумусовых кислот не превышает 10 %, что свидетельствует о незначительной степени рассеивания данных и отражает устойчивость протекающих в этих почвах процессов [8].
Таблица 1
Статистические показатели содержания гумуса и гумусовых кислот в островных буроземах
|
Горизонт |
Гумус |
Гуминовые кислоты |
Фульвокислоты |
|||||||
|
о. Русский. Бурозем темный иллювиально-гумусовый пирогенезированный |
||||||||||
|
M* |
n |
V |
S |
M |
V |
S |
M |
V |
S |
|
|
AU pir |
7,6 |
8 |
1,686 |
0,1281 |
1,57 |
2,18 |
0,0343 |
1,47 |
1,66 |
0,0248 |
|
BMhi pir |
2,64 |
8 |
4,363 |
0,1152 |
0,68 |
2,75 |
0,0187 |
0,56 |
2,63 |
0,0147 |
|
BM |
0,77 |
8 |
7,844 |
0,0604 |
0,11 |
1,48 |
0,0163 |
0,27 |
6,93 |
0,0187 |
|
о. Русский. Бурозем темный иллювиально-гумусовый, разрез 23–02 |
||||||||||
|
AU |
14,92 |
8 |
1,490 |
0,2224 |
2,88 |
0,69 |
0,0203 |
2,5 |
2,13 |
0,053 |
|
AUBMhi |
6,23 |
8 |
2,38 |
0,1483 |
1,2 |
1,23 |
0,0147 |
1,10 |
1,70 |
0,0187 |
|
BMhi |
4,08 |
8 |
1,13 |
0,046 |
0,55 |
2,57 |
0,0141 |
0,72 |
2,04 |
0,0147 |
|
о. Рейнеке. Бурозем темный иллювиально-гумусовый, разрез 23–02 |
||||||||||
|
AU |
17,12 |
8 |
1,10 |
0,1884 |
3,06 |
0,92 |
0,0280 |
2,64 |
0,85 |
0,0225 |
|
BMhi |
3,14 |
8 |
3,27 |
0,1026 |
0,72 |
2,97 |
0,0214 |
0,88 |
2,10 |
0,0185 |
|
BMhi |
1,78 |
8 |
5,022 |
0,0894 |
0,41 |
4,88 |
0,020 |
0,54 |
4,53 |
0,0245 |
Примечание. M – средний показатель, n – число выборки, v – коэффициент вариации, s – стандартное отклонение.
Своеобразие морфологической дифференциации гумусового профиля рассматриваемого ряда буроземов (мощность горизонтов, интенсивность окраски) предопределяется профильной динамикой содержания БГК, ЧГК, ФК-1, ФК-2 фракций гумусовых кислот под различными послепожарными сукцессиями растительности (табл. 2).
Таблица 2
Качественный состав гумуса островных буроземов (числитель – % от веса почвы, знаменатель – % от Собщ.)
|
Горизонт глубина см |
С общ, % |
Гуминовые кислоты |
Фульвокислоты |
НО* |
Сгк /Сфк |
||||||||||
|
1 |
2 |
3 |
сумма |
1а |
1 |
2 |
3 |
сумма |
|||||||
|
о. Русский. Бурозем темный иллювиально-гумусовый пирогенезированный, разрез 26-02 |
|||||||||||||||
|
AU pir 0,5–18(24) |
4,41 |
0,84 19,05 |
0,40 9,10 |
0,33 7,48 |
1,57 35,61 |
0,18 4,08 |
0,09 20,40 |
0,20 4,54 |
0,19 4,30 |
1,47 33,33 |
1,37 31,07 |
1,06 |
|||
|
BMhi pir 18(24) –36 |
1,53 |
0,35 22,88 |
0,21 13,70 |
0,12 7,84 |
0,68 44,44 |
0,11 7,19 |
0,18 11,76 |
0,16 10,46 |
0,11 7,19 |
0,56 36,60 |
0,29 18,95 |
1,21 |
|||
|
BM 36–64 |
0,45 |
0,05 11,11 |
0,03 6,67 |
0,03 6,67 |
0,11 24,44 |
0,06 13,33 |
0,05 11,11 |
0,07 15,56 |
0,09 20,00 |
0,27 60,00 |
0,07 15,56 |
0,42 |
|||
|
о. Русский. Бурозем темный иллювиально-гумусовый, разрез 23-02 |
|||||||||||||||
|
AU 5–16 |
8,65 |
1,29 14,9 |
0,79 9,13 |
0,8 9,2 |
2,88 33,29 |
0,3 3,47 |
0,53 6,10 |
1,09 12,6 |
0,58 6,7 |
2,5 28,9 |
3,27 37,80 |
1,15 |
|||
|
AUBMhi 16–25(27) |
3,61 |
0,66 18,28 |
0,22 6,09 |
0,32 8,86 |
1,2 33,24 |
0,23 6,37 |
0,26 7,20 |
0,29 8,03 |
0,32 8,86 |
1,10 30,47 |
1,31 36,9 |
1,09 |
|||
|
BMhi 25(27)–53 |
2,37 |
0,38 16,03 |
0,08 3,38 |
0,09 3,79 |
0,55 23,21 |
0,16 6,75 |
0,07 2,95 |
0,21 8,86 |
0,28 11,81 |
0,72 30,38 |
1,10 46,41 |
0,76 |
|||
|
о. Рейнеке. Бурозем темный иллювиально-гумусовый, разрез 23-02 |
|||||||||||||||
|
AU 5–16 |
9,93 |
1,41 14,20 |
0,58 5,84 |
1,07 10,78 |
3,06 30,81 |
0,29 2,92 |
1,04 10,47 |
0,80 8,06 |
0,51 5,14 |
2,64 26,58 |
4,23 42,60 |
1,16 |
|||
|
BMhi 25–35 |
1,82 |
0,41 22,53 |
0,17 9,34 |
0,14 7,69 |
0,72 39,56 |
0,45 24,72 |
0,19 10,44 |
0,05 2,75 |
0,19 10,44 |
0,88 48,35 |
0,22 12,09 |
0,82 |
|||
|
BMhi 43–82 |
1,03 |
0,24 23,3 |
0,10 9,71 |
0,07 6,80 |
0,41 39,81 |
0,23 22,33 |
0,04 3,88 |
0,01 0,97 |
0,16 15,33 |
0,54 52,43 |
0,08 7,78 |
0,76 |
|||
Примечание. * Негидролизуемый остаток.
Для буроземов под дубовыми лесами фракции ГК-1 и ФК-1, гуминовых и фульвокислот имеют хорошо выраженный иллювиальный характер профильного распределения, а фракция ЧГК и ФК-2 аккумулятивный. Повышенное содержание гумуса в иллювиально-гумусовом горизонте буроземов дубняков, по сравнению с буроземами гмелинополынников и грабового леса, обусловлено в основном бурыми гуминовыми кислотами. Доля ГК-2 и ФК-2 в составе гумуса падает, хотя абсолютное содержание этих фракций и остается самым высоким в ряду исследуемых буроземов. Это в целом и придает серую с буроватым оттенком окраску иллювиальной части профиля буроземов дубняков. Буроземы пирогенезированные под гмелинополынником выделяются более укороченным гумусовым профилем (0,5–36 см), с обилием в нем частиц древесного угля. Для них характерно повышение подвижности не только ГК-1, но ГК-2 с максимумом осаждения в иллювиально-гумусовом горизонте и, как следствие, усиление серых тонов окраски их BMhi горизонта. Несмотря на более низкое по сравнению с другими рассматриваемыми буроземами содержание гумуса (2,64–3,14–6,23 %) в их BMhi горизонте, в его составе значительно повышается доля гуминовых кислот, особенно ГК-2 (13,7 %) фракции, а отношение Cгк/Сфк увеличивается до 1,21 в BMhi горизонте против 1,09 в буроземах под изреженными дубняками.
Тенденцию к возрастанию доли гуминовых кислот в составе гумуса почв после прохождения пожаров отмечали и другие авторы [9–10]. По данным Сапожникова [5], заметнее всего увеличивается содержание ГК-2 в иллювиальных горизонтах почвы на фоне увеличения содержания обменных Ca и Mg. Он связывает это с перемещением сразу после пожаров в глубь профиля богатых Ca и Mg почвенных растворов.
Влияние пожара на качественный состав гумуса буроземов сглаживается в ходе восстановления лесной стадии послепожарной сукцессии растительности. В буроземах под грабовым лесом о. Рейнеке, сформировавшимся на месте сгоревшего гмелинополынника, фульватно-гуматный тип гумусообразования прослеживается только в аккумулятивно-гумусовом горизонте (Сгк/Сфк 1,6). В иллювиально-гумусовом горизонте содержание гуминовых кислот падает, и тип гумуса становится гуматно-фульватным (Сгк/Сфк 0,82). Несмотря на низкое содержание гумуса в BMhi горизонте, визуально гумусовый профиль растянут до 82 см и имеет темно-серую с буроватым оттенком окраску. Это может быть обусловлено как способностью почвенных профилей сохранять память о предыдущих стадиях своего формирования [11], так и увеличением доли ГК-2 (с 5,84 до 9,71 %) основного красящего в серые тона компонента в составе гумуса в нижней части иллювиально-гумусового горизонта этих буроземов. Здесь же наблюдается и заметный рост в составе гумуса фракции ГК-1. Среди фульвокислот почти в два раза увеличивается содержание агрессивной фракции фульвокислот (ФК-1а) с максимальной аккумуляцией в иллювиально-гумусовом горизонте, тогда как в буроземах под изреженными дубовыми лесами и под зарослями полыни Гмелина доля ФК-1а в составе гумуса плавно возрастает вниз по профилю.
Заключение
Проведенные исследования показали, что в буроземах островных территорий юга Приморья, разных стадий восстановления послепожарных сукцессий растительности, прогрессирует аккумулятивно-гумусовый и иллювиально-гумусовый процесс почвообразования. Различия в интенсивности проявления этих процессов в исследуемых буроземах отражают стадию восстановления растительности, обуславливая специфику процессов гумусообразования, профильную динамику отдельных фракций гумусовых кислот и своеобразие их морфологического профиля. Буроземы под изреженными дубняками и молодым грабовым лесом выделяются существенно более высоким содержанием гумуса по сравнению с буроземами гмелинополынников. Процессы гумусообразования протекают по фульватно-гуматному типу во всех буроземах исследованного ряда. На участках под изреженными дубняками и гмелинополынниками, где следы пирогенного воздействия в почвенном профиле визуально хорошо выражены, гумус сохраняет свой фульватно-гуматный состав и в иллювиально-гумусовых горизонтах. Отношение Сгк/Сфк возрастает в средней части профиля буроземов гмелинополынников, как следствие усиления воздействия пирогенного фактора. В составе гумуса увеличивается доля гуминовых кислот ГК-2 и ГК-1 на фоне снижения почвенной кислотности и увеличения степени насыщенности основаниями. Влияние пожара на качественный состав гумуса буроземов сглаживается на стадии восстановления леса на месте сгоревшего гмелинополынника. Тип гумуса в иллювиальном горизонте сменяется на гуматно-фульватный. В составе гумуса возрастает содержание агрессивной фракции ФК-1а с хорошо выраженной аккумуляцией в иллювиально-гумусовом горизонте.
Библиографическая ссылка
Латышева Л.А. ВЛИЯНИЕ ПИРОГЕННОГО ФАКТОРА НА ПРОЦЕССЫ ГУМУСООБРАЗОВАНИЯ БУРОЗЕМОВ ОСТРОВНЫХ ТЕРРИТОРИЙ ЮГА ПРИМОРЬЯ // Успехи современного естествознания. 2019. № 3-2. С. 217-222;URL: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=37096 (дата обращения: 23.05.2025).