Nature of Acidic Properties of Litter in Bog Birch Forests

Journal of Siberian Federal University. Biology 2 (2013 6) 205-219 ~~~ УДК 630.114.351 Природа кислотных свойств подстилки болотных березняков Т.Т. Ефремова*, С.П. Ефремов Институт леса им. В.Н. Сукачева СО РАН Россия 660036, Красноярск, Академгородок 50, стр. 28 Received 28.06.2012, received in revised form 14.09.2012, accepted 19.12.2012 В пределах экологического профиля на градиенте от крупнотравных до сфагновомёртвопокровных типов болотных березняков сформированы соответствующие типы подстилок (сильноразложившаяся, среднеразложившаяся, корневищная, торфянистая, оторфованная и торфяная), которые характеризуются кислой и сильнокислой реакцией среды. Проведен корреляционно-регрессионный анализ взаимосвязи общей потенциальной кислотности подстилки, фракционно-группового состава гумусовых веществ, зольности, оксидов кальция, железа и алюминия. Выявлена значимая корреляционная связь кислотности с фульвокислотами 3-й фракции, что дает основание рассматривать эти соединения в числе кислотообразующих. Найденная отрицательная связь кислотности подстилки с зольностью, оксидами кальция и железа отражает их буферную, нейтрализующую функцию, в которой наибольшее значение имеет кальций. В обогащении подстилки минеральными элементами ведущую роль выполняет напочвенный растительный покров, биогеохимическая селекция которого происходит благодаря сукцессии типов леса под влиянием меняющихся условий увлажнения. Древесный опад формирует только базовый фон. Таким образом, влажность эдафона, определяющая в основном состав напочвенного покрова болотных березняков, опосредованно служит первопричиной формирования кислотных свойств подстилки. Ключевые слова: кислотность, подстилка, болотные березняки, регрессионный анализ. Введение Подстилка – одно из главных биогеоценотических образований лесных экосистем. Качество подстилки реально влияет на формирование генетического разнообразия лесных почв, обусловливает интенсивность торфогенеза в лесных гидроморфных ком- * плексах, определяет их лесорастительный потенциал и активно регулирует ход естественного возобновления древесных насаждений. Подстилки болотных лесов относительно дендроценозов автоморфных условий произрастания изучены недостаточно. Мало информации о морфолого-генетическом строе- © Siberian Federal University. All rights reserved Corresponding author E-mail address: – 205 – Т.Т. Ефремова, С.П. Ефремов… Природа кислотных свойств подстилки болотных березняков нии, минеральном и компонентном составе подстилок, особенностях биохимической деструкции растительного субстрата и влиянии этих факторов на кислотные свойства подстилок, определяющих специфику современного почвообразования на лесных болотах и торфогенез. В той или иной степени эти вопросы нашли отражение в ряде публикаций (Ефремова, 1973; Козловская, 1983; Пьявченко,1983; Luo, Christie, 2001; Kakei, Clifford, 2002; Batty, Younger, 2007 и др.). По степени изученности исключением в определённой мере стали болотные березняки Западной Сибири, доля которых в формационной структуре лесных гидроморфных комплексов данного региона составляет 27,4 % (Ефремов и др., 2005; Ефремова и др., 2009, 2010а, 2010б; Sekretenko et al., 2011). Важным информативным показателем качества подстилки служат её кислотноосновные свойства, которые в значительной мере обусловливают микробиологическую и ферментативную деструкцию растительного субстрата, емкость катионного обмена и состав обменных катионов, подвижность химических элементов, их доступность растениям, окислительно-восстановительное состояние и другие свойства среды, определяя в конечном итоге плодородие лесных местообитаний. Общепризнанно, что, характеризуя кислотность субстрата, необходимо оценивать актуальную и разновидности потенциальной – гидролитическую и обменную. Актуальная кислотность (рН) дает представление об активности ионов Н+ в жидких фазах исследуемых систем, гидролитическая и обменная связаны с твёрдыми фазами и отражают количество титруемых веществ, обладающих кислотными свойствами. Гидролитическая кислотность наряду с компонентами обменной включает и более слабые кислотные ингредиенты, которые способны к диссоциа- ции и нейтрализации при взаимодействии со щелочными растворами. Поэтому гидролитическую кислотность, определяемую с помощью щелочных буферных растворов (рН 8,3), предлагается рассматривать как показатель общей потенциальной кислотности, характеризующей суммарное содержание всех кислотных компонентов (Воробьева, Авдонькин, 2006). Цель данной статьи – охарактеризовать кислотность подстилки болотных березняков в пределах типологического ряда, сопряженных по влажности эдафона, выявить ведущие факторы формирования кислотных свойств, рассмотрев влияние минеральной компоненты и фракционно-группового состава органического вещества как продуктов биогеохимической трансформации растительного опада, слагающего подстилку. Такой подход позволит в некоторой степени осветить практически не изученный вопрос об изменении свойств подстилки в ходе сукцессии болотных березняков с учётом их парцеллярного строения. Район работ, материалы и методы Объектом исследования послужила мезоевтрофная часть Еловочного болота, расположенного в южнотаежной подзоне Западной Сибири. На междуречье Оби и Томи это один из самых крупных болотных массивов общей площадью 2,3 тыс. га. К настоящему времени здесь сформировалась локально обособленная внутриболотная гидрографическая сеть, стержневым элементом которой является русло р. Еловки (56°23′710′′с.ш., 84°34′043′′в.д.) и древний заторфованный тальвег в 100–140 м от русла, по вогнутой поверхности которого весной аккумулируются потоки талых вод. Вследствие естественного дренирующего влияния внутриболотной речки определён- – 206 – Т.Т. Ефремова, С.П. Ефремов… Природа кислотных свойств подстилки болотных березняков ная часть болота к настоящему времени покрыта сосновыми и берёзовыми древостоями. Объектом исследования стали насаждения берёзы пушистой (Betula pubescens Ehrh.), примыкающие к руслу. По мере удаления от береговой линии изменяется уровень почвенно-грунтовых вод, снижается их проточность, увеличивается влажность почв (рис. 1), что обусловливает соответствующую смену доминирующих растительных группировок. Чтобы охватить весь типологический спектр болотных березняков, проложили экологический профиль от русла внутриболотной речки вглубь торфяного массива (270×60 м). В его пределах выделены следующие типы леса: 0–30 м от русла – папоротниково-крапивнолабазниковый березняк, на расстоянии 30-100 м – вейниково–лабазниковый, 100140 м – вейниково-осоковый закочкаренный, 140-230 м – травяно-осоково-сфагновый, 230270 м – осоково-сфагново-мёртвопокровный. Диагностика подстилок основывалась на представлении о присущей им структурной организации и большом значении типодиагностических горизонтов (Карпачевский, 1977; Сапожников, 1984; Богатырев и др., 2004). В исследуемых болотных березняках мезо– евтрофного экогенетического ряда выделено шесть типов лесной подстилки: сильноразложившаяся, среднеразложивш (...truncated)