Лекция 7.

ЛЕС И ПОЧВА

1.Лесоводственное значение почвы.

2.Азотное и зольное питание леса. Химические элементы в жизни древесных растений.

3.Круговорот минеральных веществ.

4.Влияние леса на почву. Основные положения.

5.Лесохозяйственные приемы улучшения почв.

Врамках определенного климата почва оказывает различное влияние на лесные сообщества при различных горной породе, рельефе, животном населении, возрасте и вытекающих отсюда физических, химических и микробиологических особенностях самой почвы. Влияние почвы трудно отделить от влияния климата и, наоборот, влияние климата неотделимо от влияния почвы.

Деревья часто распространяют корневую систему на 5…10 и более м (до 30) в глубину, поэтому весь данный слой почвы получает заметные изменения. Более правильно этот слой следует называть «почво-грунт».

От почвы зависят состав, продуктивность и быстрота роста древостоев, прирост запаса древесины на единицу площади, технические качества древесины, формы корневой системы деревьев и степень устойчивости леса против вредных факторов, а значит долговечность лесов в значительной мере зависит от характера почвы, на которой они растут.

Спочвой приходится считаться при лесовосстановлении, проведении рубок, очистке вырубок, устройстве лесных дорог.

1. Лесоводственное значение почвы

Разные почвы в одном и том же климатическом поясе несут на себе печать различных материнских горных пород. Так, Марийская низменность вдоль Волги, сформированная древнеаллювиальными песками, достигающими мощности 30 и более метров предопределяет здесь существование сосновых насаждений. Для Засурья, как отмечает М. Е. Ткаченко (1953), чистые сосновые боры также приурочены к мощным (2,5…12 м и более) песчаным отложениям.. В местах выходов на дневную поверхность мергелей и глин нижнемеловой и юрской формаций появляются лиственные смешанные леса из дуба и его спутников — вяза, липы, клена.

Влияние почвы на цвет древесины, еѐ плотность, прочность, количество дубильных веществ, товарность, отмечается издавна. М. Е. Ткаченко (1953) указывает, что совместное влияние почвы и климата на технические качества древесины выражаются в следующем:

1) на песчаных, более легких почвах и в теплых районах при большом количестве осадков стволы хорошо очищаются от сучьев;

50

2)на таких же почвах в теплых районах при малом количестве осадков наблюдается большая суковатость;

3)на суглинистых почвах в холодных районах при большом количестве осадков древесина относительно более суковата, чем при небольших осадках.

Если в пределах одного и того же района сравнивать древостой на песчаных и суглинистых почвах, то во втором случае стволы хуже очищаются от сучьев и кроны опускаются ниже по стволу. Высокопроизводительные и высокотоварные сосновые древостои с липой во втором ярусе растут, как правило, на мощных супесях. Удельный вес и сопротивление сжатию древесины дуба с лесного суглинка выше, чем

удревесины с солонцеватого суглинка.

Более высокие показатели технических качеств древесины дуба обнаруживаются на лучших почвах в Татарстане, Ульяновской области, Чувашии, Тульских засеках и в Шиповом лесу Воронежской области. Наиболее прочная древесина у дуба получается на деградированных черноземах, темносерых суглино-супесях, серых суглинках поволжских дубрав. Древесина дуба с низким сопротивлением сжатию формируется на аллювиальных почвах Шипова леса (Воронежская область) и серых лесных землях Тульских засек.

Сосна на бедных сухих песчаных почвах даѐт древесину высоких технических качеств, и на более богатых суглинках по причине быстрого роста рыхлую (мяндовую).

Быстрый рост сосны и ели на богатых почвах, развившихся на карбонатных материнских горных породах, ухудшает технические качества древесины этих пород. На таких почвах ель особенно сильно поражается гнилями.

Количество таннидов в коре ели на подзолистых суглинистых почвах увеличивается с ухудшением почвы: на почвах II бонитета оно равно 10%, на почвах IV бонитета -12,7%.

Таким образом, почва, оказывая мощное влияние на рост древостоев, влияет и на технические качества древесины и корья.

Богатые почвы способствуют развитию относительно более коротких корней с богатыми мочками. На бедных почвах корневая система удлиняется, а количество мочек на единице длины уменьшается. Это явление установлено не только для лесов умеренных широт, но также и для тропических лесов.

Бересклет бородавчатый развивает корневую систему в длину тем сильнее, чем беднее почва. У него в возрасте до 15 лет площадь горизонтальной проекции корней захватывала на темном суглинке 0,7 м2, на супеси 2,2 м2, а на светлом оподзоленном суглинке 3,4 м2.

51

Малоплодородные почвы способствуют развитию мало разветвляющихся, но длинных распространяющихся корней, в то время как на плодородных почвах корни короче, но сильнее разветвлены.

2. Азотное и зольное питание леса. Химические элементы в жизни древесных растений

Почвенное питание растений условно можно подразделить на азот-

ное и зольное.

Азотное питание

Роль азота для растений неоценима. Д. Н. Прянишников говорил: "...без азота нет белка, без белка нет жизни".

Азот в растении остается в виде свободного иона NO3- и включается

ворганические соединения - в белки, нуклеиновые кислоты, вторичные вещества и т.д. В растениях азот является важным компонентом протоплазмы и ферментов.

Азот необходим на всех этапах роста - от проростков до взрослых деревьев. Недостаток азота при наличии воды лимитирует рост растений.

Одним из наиболее общих признаков дефицита азота является бледная или пятнистая окраска листьев в результате недостаточного синтеза хлорофилла. Другие признаки недостатка азотного питания: слабый или карликовый рост, отсутствие роста и склероморфизм; отношение побеги / корни сдвинуто в пользу корней; преждевременное пожелтение более старых листьев.

Местами преимущественного накопления азота являются молодые побеги, листья, почки, семена, запасающие органы.

Количество азота в листве яблони и в хвое сосны достигает всего 1...1,2% сухой массы, а в древесине его намного меньше. В листве может находиться свыше 40% общего содержания азота в деревьях. Перед опадением листвы значительная часть азота и других элементов возвращается в побеги и ветви. Это передвижение имеет важное значение, поскольку в противном случае большая доля азота растений терялась бы, по крайней мере, на время, при листопаде. Отток из листьев колеблется у разных пород от 1/3 до 2/3 содержания в них азота.

Ватмосфере свободного азота 78%, но растения, буквально купаясь

внем, его не используют. Источником же азота служит для растений почва. Связанный запас азота в почве представлен органическими соединениями и нитратами. Форма, в которой поглощается азот, - ионы

NO3- и NH4+.

52

Почти треть всего азота, необходимого молодым деревьям, и около 1/5 годовой потребности более старых деревьев поступает в плоды и уносится при сборе урожая. По мере старения деревьев относительно меньше азота накапливается в плодах и большая доля от общего азота используется на рост корней и надземных частей. В семенные годы у деревьев мало запасается азота, а уже имеющиеся запасы значительно или полностью истощаются. В результате уменьшается вегетативный рост и подавляется образование цветочных почек в течение данного и даже следующего года. Иногда для полного возвращения к норме требуется более года. Такие последствия обильного плодоношения напоминают его действие на содержание запасных углеводов.

Физиологи считают, что большинство зеленых растений не может использовать атмосферный азот для своего питания из-за недостаточности свойственной им системы ферментов. Однако экспериментально показано, что растения из семейства бобовых при помощи специальных бактерий используют для питания азот воздуха. Ольха также способна симбиотически усваивать азот.

Древесные породы способны усваивать азот в форме нитратов, нитритов, солей аммония, органических соединений азота (например, мочевина).

Большая часть азота поглощается в виде нитрата или аммония. Грубогумусные почвы могут быть богаты азотом, но он здесь мине-

рализован до аммонийных солей.

Д. Н. Прянишников показал, что в среднем с одного гектара растения полей потребляют в год от 100 до 400 кг, а леса 50...100 кг азота.

Источниками азота являются сами растения. Именно они своим опадом (подстилкой), гумусом поставляют азот в почву.

По Н. П. Ремезову, лесные почвы содержат различное количество азота: в сухих почвах - 1000 кг/га; супесчаных свежих - 2000 кг/га; свежих суглинистых - 4500 кг/га.

Существуют и дополнительные источники азота:

1)связанный азот в осадках в форме аммиака и окислов азота, образующихся при электрических разрядах и производственной деятельности человека (от ~5...10 кг/га в год);

2)симбиотическая фиксация азота клубеньковыми бактериями у бобовых и некоторых небобовых растений (белая акация, люпин, ольха черная, древесные и кустарниковые растения рода Betulaceae,

Elegnaceae, Coriariaceae, Rubiaceae);

3)азотфиксирующие бактерии, симбиотически не связанные с растениями (~7...10 кг/га в год);

53

4)азот, связываемый при химической нитрофикации с помощью катализаторов (окислы Zn, Al, Cd);

5)азот, усваиваемый растительностью без стадий образования нитратов, а непосредственно из органического вещества при помощи микоризы.

Минеральное (зольное) питание леса

Кроме азота, в почвенном питании леса участвуют различные минеральные элементы. Каждый из них имеет своѐ определенное значение в структурных компонентах растительных тканей, катализаторов, регуляторов осмотического давления, компонентов буферных систем и регуляторов проницаемости мембран.

Почва является единственным источником таких жизненно важных минеральных элементов, как P, K, Ca. Другие элементы, в том числе Fe, Cu, Zn требуются в очень небольших количествах, но они необходимы, поскольку входят в состав ферментных систем. Такие элементы, как Mn, Mg функционируют в качестве активаторов или ингибиторов ферментных систем.

Некоторые элементы, например B, Cu, Zn, необходимые в очень небольших количествах, в более высоких концентрациях являются очень ядовитыми.

В больших количествах (~1 мг на 1 г сухой массы растений) необходимы N, P, K, которые называют макроэлементами.

Кмикроэлементам относят Fe, Mn, Zn, Cu, B, Mo, Cl

Культрамикроэлементам относят Ra (радий), U (уран), T (торий)

Макроэлементы: N, P, K, Са, Mg, S

Фосфор (P) регулирует энергетический обмен и синтезы органических веществ, входит в их состав, в том числе и в сложные белки клеточных ядер. Недостаток фосфора подавляет ассимиляцию СО2, происходит нарушение репродуктивных процессов в виде задержки цветения, наблюдаются отсутствие роста, бронзово-фиолетовая окраска листьев и стеблей.

В основном накапливается в репродуктивных органах, в меньшей степени в вегетативных. Связанный запас в почве в виде органических соединений: фосфаты Ca-, Fe-, Al-. Поглощается в форме HPO4-, H2PO4-. Микробиологическое пополнение в почве незначительно.

Калий (К) в растениях представлен почти исключительно в ионной форме (K+). Недостаток калия приводит к нарушению водного баланса (засыхание верхушек и снижение морозоустойчивости), изгибанию краев листьев (состояние завядания), снижению интенсивности синтеза са-

54

харов. Накопление происходит в зонах клеточного деления, молодых тканях, паренхиме коры, местах активного синтеза.

Кальций (Са) в растении малоподвижен (в отличие от К). Он влияет на образование митохондрий, оказывает положительное действие на рост корней.

Магний (Mg) - в растении служит активатором ферментных процессов. Он является составной частью хлорофилла и оказывает прямое влияние на фотосинтез. При недостатке магния сокращаются ассимиляция СО2, синтез белков. Вместе с калием и кальцием магний определяет коллоидное состояние плазмы и белков. Накапливается в листьях. В почве содержится в виде карбонатов (доломит), силикатов (оливин), сульфаты, хлориды. В кислых почвах проявляется его нехватка. Недостаток магния проявляется в виде слабого роста, межжилкового хлороза более старых листьев.

Сера (S) - в растениях является компонентом протоплазмы и ферментов. Накапливается в листьях и семенах. В почве содержится в виде органических соединений, сульфидных минералов, Ca-, Mg-, Naсульфатов. Симптомы нехватки серы сходны с симптомами азотной недостаточности.

Микроэлементы: Fe, Mn, Zn, Cu, B, Mo, Cl

Железо (Fe) - в растениях находится в металлоорганических соединениях, компонентах ферментов. Функция в растениях - энергетический обмен (окислительно-восстановительные реакции), азотный обмен. Накапливается в листьях. В почве содержится в виде сульфидов, окислов, фосфатов, силикатов. В карбонатных почвах переходит в труднодоступную форму. Доступны растениям сорбированное и мобилизованное железо. Недостаток железа проявляется внешне в виде межжилкового хлороза до обесцвечивания молодых листьев, при этом жилки остаются зелеными.

Марганец (Mn) - в растениях находится в металлоорганических и комплексных соединениях; компонент ферментов. Функция в растениях - энергетический обмен, азотный обмен. Накапливается в листьях. В почве содержится в виде аморфных окислов, карбонатов; в силикатах. Сорбированного больше, чем растворимого. Более доступен в кислых почвах, накапивается при восстановительных условиях. Внешнее проявление недостатка марганца - угнетенный рост, некрозы.

Цинк (Zn) - в растениях входит в состав комплексных соединений. Активизирует ферменты, энергетический обмен, расщепление бел-

ков, образование ростовых веществ. Накапливается в корнях и побегах. В почве содержится в виде фосфатов, карбонатов, сульфидов, окислов, в

55