Продуктивность дубрав В связи с биогенностью их почв
Ефремов А.Л. (ИЭБ НАНБ, г.Минск, Беларусь)
The areas of oak woods, the productivity of their biogeocenoses, and also contents in these soils of organic nitrogen, nucleic acids and biomass of microorganisms naturally grow in process of advance from north by the south on the territory of Belarus.
Среди лиственных насаждений на территории Беларуси более четкой зональной перераспределенности соответствуют дубовые леса. По мере продвижения с севера на юг заметно возрастают площади лесов дубовой формации, чему способствуют геоморфологическая структура и климатические условия нашего региона, связанные с переходом от Евроазиатской хвойно-лесной к Европейской широколиственно-лесной геоботанической области.
Широколиственные леса в Беларуси занимают 227 тыс. га лесопокрытой площади, из них насаждений с преобладанием дуба 211 тыс. га. Средний возраст дубрав свыше 50 лет, они характеризуются высокой продуктивностью, где в основном преобладают насаждения I-II классов бонитета. Наибольшая концентрация дубрав характерна в Полесье. Запасы древостоя в дубовых лесах Беларуси составляют от 300 до 675 м3/га. По мере продвижения с севера на юг запасы древостоя дубовых лесов несколько увеличиваются. В северной части республики они составляют 237-285 м3/га, в центральной части – 380-470 м3/га, а в южной части от 230 до 485 (грабовые) и от 220 до 430 (пойменные) м3/га.
Важными элементами при оценке эдафических особенностей являются структура микробиоты, характер изменения биохимических процессов, оцениваемый по количеству микробных метаболитов, а также численность микроорганизмов и их биомасса, что в совокупности позволяет выявить и диагностировать признаки функционирования биогеоценозов и их фитоценотическую устойчивость в территориальном масштабе. Географические особенности местообитания естественных биогеоценозови, и в частности, дубовых лесов по их почвенно-биохимическим параметрам могут быть оценены, как по величине предельно-допустимых колебаний биологической активности в лесных подстилках, так и по биогенным ресурсам почв. Эти подходы позволяют выявить тенденцию изменения всех биохимических и микробиологических показателей, как независимо от их динамичности, так и в связи с почвенными условиями, когда на первый план выходят балансовые величины биоты, определяемые расчетом данных на единицу поверхности с учетом мощности генетических горизонтов, объемной массы и глубины почвенного профиля.
Применение таких подходов позволило выявить связь продуктивности сосновых биогеоценозов с микробной биомассой лесных почв и установить закономерность увеличения некоторых биологических компонентов в почвах сосновых лесов с севера на юг.
Содержание свободных аминокислот в подстилках дубрав в северной варьирует в пределах 143,36-213,20, в центральной 134,06-335,63 и в южной подзонах 37,84-96,05 мг/кг подстилочного материала. Наибольшее количество свободных аминокислот характерно для подстилок елово-грабовых дубрав Беловежской пущи, несколько меньше их содержится в подстилках старопойменных дубрав Верхнеберезинской низины. Наименьшее количество свободных аминокислот отмечено в подстилках некоторых типов дубрав Припятского Полесья, что видимо, связано с некоторыми гидрологическими особенностями этого региона.
Пределы колебаний количества ДНК в подстилках дубрав составляют в северной 88,63-143,66, в центральной 70,19-110,94 и в южной подзонах 72,48-129,99 мкМосн./100 г подстилочного субстрата. Содержание РНК в подстилках дубрав составляет соответственно 69,24-119,62, 56,43-97,34, 52,17-105,39 мкМосн./100 г материала подстилки. Содержание нуклеиновых кислот в подстилках дубрав закономерно снижается с севера на юг, однако в расчете на полуметровый слой эта картина противоположно изменяется.
Биомасса микроскопических грибов колеблется в подстилках дубрав: в северной от 1,96 до 3,00, в центральной – от 1,59 до 3,20 и в южной подзонах от 1,15 до 1,89 мг/г подстилочного материала. Бактериальная биомасса составляет в подстилках дубрав в северной 1,04-0,130, в центральной 0,118-0,137 и в южной подзонах 0,094-0,135 мг/кг подстилочного субстрата. Обнаружена заметная обогащенность микромицетами и бактериями подстилок елово-грабовых дубрав в Беловежской пуще.
Лесные подстилки являются важной составной частью почвенного профиля. Они впитывают в себя все фито-составляющие биогеоценоза, включая значительную часть напочвенного покрова, органическую массу древесного отпада, хвойно-лиственного опада, являются источником поступления органо-минеральных соединений в почвенные горизонты. Эти обстоятельства подтверждают, что биогенные показатели должны рассматриваться как важнейшие компоненты лесных биогеоценозов, они резко снижаются в гумусовых горизонтах и минеральных слоях по сравнению с подстилкой. Эти особенности изменения биогенности в подстилках также характерны для гумусовых и оторфованных горизонтов почв. Оценку микробиоты лесных почв по вышеизложенной характеристике биологических показателей в лесной подстилке нельзя считать всеобъемлющей. Наиболее объективный подход состоит в расчете балансовых величин биогенных ресурсов лесных почв, который позволяет выявить различия между типами эдафотопов биогеоценозов и рассчитать процентный состав составляющих почвенной микробиоты.
По биогенным ресурсам масса органического вещества в почвах дубовых лесов по геоботаническим подзонам составляет 20-23, 4-6 и 6-11 кг/м2 полуметрового профиля. По общему азоту эти величины колеблются от 0,3 до 1 кг/м2 с некоторой долей увеличения с севера на юг. Валового фосфора в почвах дубрав содержится от 100 до 225 г/м2. Количество легкогидролизуемого азота колеблется от 20 до 70 г/м2, что составляет 7-9% от общего азота.
В почвах дубрав (кисличных, черничных) подвижный фосфор варьирует от 7 до 115 г/м2, наибольшее количество характерно в почвах южной подзоны, где его доля составляет 10-50% от валового фосфора.
Таблица - Биогенные ресурсы почв дубовых лесов Беларуси
|
Биогенные ресурсы, г/м2 |
Подзоны лесов
|
||
|
[0-50 см слой почвы] |
Дубово-тёмнохвойных |
Грабово-дубово-тёмнохвойных |
Широколиственно- сосновых |
|
Сорг. |
20000 ~ 23000 |
4000 ~ 6000 |
6000 ~ 11000 |
|
Nобщ. |
590 ~ 600 |
293 ~ 657 |
573 ~ 1000 |
|
Рвал. |
190 ~ 225 |
147 ~ 182 |
100 ~ 170 |
|
Nл.-г. |
50~ 74 |
20 ~ 50 |
25 ~ 40 |
|
Р2О5 |
2 ~ 40 |
48 ~ 60 |
12 ~ 115 |
|
Биомасса грибов |
160 ~ 187 |
137 ~ 232 |
173 ~ 312 |
|
Б-са бактерий |
20 ~ 26 |
18 ~ 25 |
32 ~ 38 |
|
å биомассы |
180 ~ 213 |
155 ~ 257 |
205 ~ 350 |
|
ДНК |
49 ~ 65 |
30 ~ 50 |
68 ~ 80 |
|
РНК |
31 ~ 41 |
18 ~ 38 |
43 ~ 61 |
|
Аминокислоты |
10 ~ 11 |
4 ~ 11 |
1,4 ~ 3,2 |
|
N-аминный |
1,2 ~ 1,3 |
0,5 ~ 1,5 |
0,1 ~ 0,4 |
По содержанию свободных аминокислот богаты почвы старопойменных дубрав в северной части республики в Березинском биосферном заповеднике, бедные по содержанию аминокислот почвы пойменных припятских дубрав. Аминокислоты составляют от 3 до 11 г/м2, их доля равна до 0,04% от органического вещества, свыше 1% от общего и 12% от легкогидролизуемого азота. Аминный азот в почвах дубрав колеблется от 0,2 до 1,5 г/м2, больше его, как и свободных аминокислот, в северной части Беларуси. На долю аминного азота приходится 0,07-0,1% от общего, 1-2% от легкогидролизуемого азота и до 12% от количества свободных аминокислот.
В почвах дубрав заметна некоторая тенденция увеличения нуклеиновых кислот с севера на юг: от 30 до 90 г/м2 (ДНК), что составляет 0,5% от органического вещества, 6% от общего азота и 22% от микробной биомассы. Содержание РНК колеблется в этих почвах от 18 до 61 г/м2 (0,3% от органической массы, 6% от общего азота и 15% от микробной биомассы). Четко просматривается эта тенденция в почвах дубрав относительно увеличения биомассы микроорганизмов: грибной от 137 до 312, бактериальной – от 18 до 38 и суммарной биомассы микроорганизмов соответственно – от 155 до 350 г/м2. Бактериальная биомасса составляет 0,3% от органики почвы и 12% от суммарной микробной биомассы, а доля грибной массы составляет 2,4% от органической части и до 88% от микробной биомассы.