Введение к работе
Актуальность проблемы. Проблема воспроизводства и охраны бореальных лесов - одна из важнейших проблем современности, особенно в тех районах, где происходит быстрое сокращение лесопокрытых площадей. Продуктивность насаждений зависит от почвенного плодородия, поэтому в комплексе мероприятий, направленных на решение этой проблемы, важное место принадлежит улучшению почвенных условий. Наряду с гидротермическими факторами производительность древесных насаждений обусловлена режимом питания. Установлено, что для развития лесной растительности на Европейском Севере определяющими являются условия азотного питания. Изучение потребности древостоев в азоте, качественного и количественного состава его соединений в почве, а также их превращения из одних соединений в другие имеет общебиологическое и практическое значение. В различных природных зонах экологические факторы, определяющие направленность и интенсивность процессов преобразования азотсодержащих соединений, неодинаковы, поэтому необходимо изучение превращения и накопления азота в зональном аспекте и в различных типах почв.
Интенсивное освоение лесных богатств сопровождается возрастанием антропогенной нагрузки, нарушающей динамическое равновесие в биогеоценозах. В результате изменяется характер взаимодействия между почвой и растительностью, влияющий на почвообразование. Воздействия на почву разнообразны - это лесохозяйственные мероприятия и техногенные нагрузки. Решение проблемы охраны почв и повышения их плодородия невозможно без знания изменения почвенных свойств и процессов, вызванных антропогенным воздействием. Очень важно не допустить потерь азота и снижения уровня его содержания в почвах.
Все сказанное свидетельствует о необходимости изучения состава и условий преобразования азотсодержащих веществ, определения размеров поступления азота в почву, а также количественной оценки значимости азота в различных биогеоценозах.
Цель исследований. Установление закономерностей накопления и превращения азотных соединений в почвах лесных биогеоценозов и выявление основных факторов, определяющих эти процессы в условиях Северо-Запада России (на примере Карелии).
Задачи исследований: 1) установить содержание азота в фито-массе насаждений и почвах сосновых и еловых лесов; 2) изучить биологическую активность и биохимические процессы в почвах в связи с превращением азотных соединений; 3) исследовать фракционный состав
азотных соединений в почвах; 4) дать характеристику биологического круговорота азота в биогеоценозах путем построения концептуально-балансовых моделей; 5) оценить изменения азотного режима почв в условиях антропогенного воздействия.
Научная новизна. В северо- и среднетаежной подзонах европейской территории России исследованы закономерности накопления, динамики и трансформации азотных соединений в основных типах лесных почв. Установлены особенности воздействия ведущих факторов почвообразования на параметры азотного режима почв. Показано, что в зональном, временном и экологическом аспектах азотный фонд лесных почв характеризуется высокой стабильностью. Выявлены оптимальные экологические условия деструкции органических азотсодержащих веществ и обогащения почв подвижным азотом.
Созданы концептуально-балансовые модели биологического круговорота азота в лесных биогеоценозах северной и среднетаежной подзон, позволившие выявить особенности их функционирования в зависимости от возраста древостоя, породного состава и хозяйственного воздействия. Определены запасы азота в растительных и почвенных блоках и величины его приращения и убыли в годичном цикле, а также интенсивность перемещения азотных соединений между блоками. Показано, что поступление азота в биогеоценозы в несколько раз превышает вынос, процессы превращения азотных соединений осуществляются в основном в системе растения - почва. Все исследованные биогеоценозы характеризуются высокой экологической устойчивостью.
Под воздействием лесохозяйственных мероприятий (рубки различной интенсивности, минеральные удобрения) структура азотного фонда мезоморфных почв изменяется слабо.
Установлена тесная прямая зависимость ежегодного прироста фи-томассы сосновых и еловых древостоев от запасов общего, минерального и щелочногидролизуемого азота в корнеобитаемом слое автоморф-ных почв. Для сосняков эта зависимость более тесная, чем для ельников.
Практическая значимость. Полученные параметры азотного режима основных типов лесных почв северной и среднетаежной подзон Карелии легли в основу их бонитировки. Дана оценка воздействия рубок различной интенсивности, применения удобрений, арборицидов и гербицидов на вырубках при создании лесных культур на азотный режим почв, разработаны методы его регулирования.
Результаты исследований включены в «Методические указания по системам применения удобрений на лесохозяйственных объектах» (1991).
Защищаемые положения:
-
Азотный режим лесных почв различного таксономического уровня в подзонах северной и средней тайги Северо-Запада России имеет специфические особенности, определяемые гидротермическими условиями, почвообразующими породами и типом растительности, а также связанными с ними составом и активностью микробоценоза и химизмом растительных остатков.
-
Структура азотного фонда лесных почв характеризуется высокой стабильностью в зональном и экологическом аспектах. Воздействие лесохозяйственных мероприятий проявляется во временном изменении количественных показателей содержания в почвах подвижных соединений азота.
-
Стабильность азотного фонда лесных почв определяет устойчивость характера биологического круговорота азота в лесных биогеоценозах.
-
Продуктивность сосновых и еловых древостоев в гумидной зоне связана прямой корреляционной зависимостью с запасами основных фракций азотных соединений в корнеобнтаемом слое автоморфных почв.
Апробация. Основные положения работы обсуждены на международных, всесоюзных и российских совещаниях: «Пути и методы лесо-растительной оценки почв и повышения их продуктивности» (Москва, 1980), VI-й делегатский съезд Всесоюзного общества почвоведов (Тбилиси, 1981), «Биологические проблемы Севера, IX симпозиум» (Сыктывкар, 1981), «Докучаевское почвоведение 100 лет на службе сельского хозяйства» (Ленинград, 1983), «Лесная подстилка и ее роль в лесном биогеоценозе» (Красноярск, 1983), «Биологические проблемы Севера» (Якутск, 1986), VIII-й Всесоюзный съезд почвоведов (Новосибирск, 1989), «Проблемы лесоведения и лесной экологии» (Минск, 1990), «I-st international Conference on Cryopedolody» (Pushchino, 1992), «Гидромелиорация и ведение лесного хозяйства на осушенных землях» (Калининград, 1993), «Леса Русской равнины» (Москва, 1993), «Антропогенные изменения почв Севера в индустриально развитых районах» (Апатиты, 1995), «Тяжелые металлы в окружающей среде» ( Пущино, 1996).
Публикации. Результаты исследований отражены в 39 публикациях, в их числе 2 монографии.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения, списка литературы и приложения. Общий объем работы ~t,2Sс, 45 иллюстраций и 134 таблицы.
Работа выполнена в Институте леса Карельского НЦ РАН в 1975 - 1996 гг. в соответствии с планом научно-исследовательских работ, включающим государственные задания и программы (№ гос. регистр. 01.900037734, 01.960000641, 01.950004009). Автор являлся руководителем и ответственным исполнителем разделов и тем.