WWW.ДЕНЬСИЛЫ.РФ

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА - Медицина

 

Pages:   || 2 | 3 |

Влияние низовых пожаров на органическое вещество почвы в криолитозоне центральной эвенкии

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Богданов Вячеслав Владимирович

ВЛИЯНИЕ НИЗОВЫХ ПОЖАРОВ НА ОРГАНИЧЕСКОЕ ВЕЩЕСТВО ПОЧВЫ В КРИОЛИТОЗОНЕ ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЭВЕНКИИ

Специальность 03.02.08 – экология (биология)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Красноярск – 2010

Работа выполнена в лаборатории лесоведения Института леса им. В.Н. Сукачева Сибирского отделения РАН.

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор

Прокушкин Станислав Григорьевич

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, доцент Сорокина Ольга Анатольевна

доктор биологических наук, профессор

Безкоровайная Ирина Николаевна

Ведущая организация ГОУ ВПО Сибирский государственный

технологический университет

Защита состоится « 21 » января 2010 г. в 13.00 часов на заседании диссертационного совета Д 220.037.04 при ФГОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет» по адресу:

660049, г. Красноярск, пр. Мира, 90.

Тел/факс 8(391)227-36-52

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет»

Автореферат разослан « » декабря 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор биологических наук, профессор Г.А. Демиденко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Пожары в лесах бореальной зоны – один из основных факторов, дестабилизирующий лесные экосистемы и регулирующий формирование новых послепожарных биогеоценозов (Абаимов и др., 1997; Софронов и др.,2000). Только в криолитозоне Средней Сибири ежегодно действию низовых пожаров подвергаются около 320 тыс. га (Абаимов, 1996; Иванова, 1996; Софронов, Волокитина, 1998). В результате их действия нарушается естественная динамика развития биогеоценозов и вносятся существенные изменения в запасы органического вещества и потоки углерода в пирогенный и постпирогенный периоды. Кроме того, они коренным образом влияют на гидротермические и эдафические условия, что сказывается на биологической и биохимической активности почв и, как следствие, изменение в ней количественного и качественного состава органического вещества (Цветков и др., 1998; Абаимов, 2004; Софронов и др., 2000). Влияние пирогенного фактора на эти свойства почв в криолитозоне Средней Сибири мало изучены. В связи с этим, выяснение экологической роли низовых пожаров в трансформации органического вещества в криогенных почвах имеет актуальное значение, как с научной, так и с практической точки зрения.

Цель работы: оценить влияние низовых пожаров на количественный и качественный состав почвенного органического вещества (ПОВ) и его трансформацию в послепожарных сукцессиях в условиях криолитозоны Центральной Эвенкии.

Задачи. Для решения этой проблемы были поставлены следующие задачи:

  1. Определить запасы почвенного органического вещества в лиственничных насаждениях, его потери и восстановление в послепожарный период.
  2. Выявить особенности трансформации почвенного органического вещества в лиственничниках послепожарной генерации.
  3. Оценить динамику восстановления количественного и качественного состава почвенного органического вещества в постпирогенных лиственничниках на склонах разной экспозиции.

На защиту выносятся следующие положения:

  1. Исследованы запасы живого напочвенного покрова и подстилок в лиственничниках разного возраста и определены их потери при низовых пожарах, а также изучено их послепожарное восстановление.
  2. Во фракционном составе почв пирогенных лиственничников криолитозоны происходит увеличение гуминовых кислот, в то время как содержание водоэкстрагируемого органического углерода (ВЭОУ) в почвах снижается, однако к возрасту 56 – летней давности он достигает допожарных величин.
  3. Низовые пожары изменяют качественный состав органического вещества подстилок и почв, в лиственничниках криолитозоны.
  4. Экспозиции склонов влияют на количественный и качественный состав почвенно – органического вещества в криолитозоне Средней Сибири.

Научная новизна. Впервые для Центральной Эвенкии выявлено влияние пирогенного фактора на количественный и качественный состав почвенного органического вещества и отмечен период его послепожарного восстановления в условиях криолитозоны.

Практическое значение. Изучение трансформации органического вещества в зависимости от действия пирогенного фактора в исследуемом регионе позволяет выяснить их регионально-локальную специфичность и понять сущность процессов и их экологическую роль в трансформации органического вещества в мерзлотных почвах. Кроме того, впервые получены данные о количественном и качественном составе ПОВ в постпирогенных лиственничниках в криолитозоне Центральной Эвенкии.

Апробация работы. Результаты исследований были представлены: на конференции молодых ученых, прошедшей на английском языке в Институте леса СО РАН, «Исследование компонентов лесных экосистем Сибири», вып. 9, Красноярск, 2008; на всероссийской конференции, посвященной 100-летию со дня рождения профессора Н.П. Курбатского, «Пожары в лесных экосистемах Сибири» Красноярск, 2008; на конференции молодых ученых в Институте леса СО РАН «Исследование компонентов лесных экосистем Сибири», вып.10, Красноярск, 2009. По изучаемому вопросу была опубликована статья в Вестнике КрасГАУ «Влияние низовых пожаров на подвижность органического вещества почвы в лиственничниках криолитозоны Средней Сибири» - Красноярск 2009.



Публикации. По теме диссертации опубликовано четыре работы, в том числе одна из них в журнале, рекомендуемом ВАК Российской Федерации для опубликования результатов исследования.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, списка литературы. Работа изложена на 136 страницах, включает 6 таблиц, 38 рисунков. Список использованной литературы включает 170 наименований, в том числе 42 - на английском языке.

Личный вклад автора. Обзор литературных данных, сбор полевых материалов и их лабораторные анализы, математическая обработка, анализ полученных данных и их обоснование проводились непосредственно автором.

Благодарности. Автор искренне благодарен руководителю д.б.н., профессору. С.Г. Прокушкину за общее методическое руководство в ходе выполнения работы. Автор признателен к.б.н., с.н.с. зав. лабораторией биогеоценологии А.С. Прокушкину за ценные консультации и содействие в выполнении работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Органическое вещество почвы и роль пожаров в его трансформации

Данная глава носит обзорный характер, в ней дано понятие «почвенное органическое вещество» (ПОВ) в лесных экосистемах. Рассмотрены его запасы, формы, классификация и трансформация под влиянием низовых пожаров. Показана их роль как основного фактора коренных изменений естественной динамики развития бореальных лесов Сибири. В лиственничных насаждениях Сибири, занимающих около 40% лесопокрытой площади лесов России, сосредоточено почти половина всего запаса углерода лесных экосистем страны (Абаимов и др. 1997; Плешиков и др. 2002). Органическому веществу почв принадлежит одно из главных мест в формировании практически всех типов почв. Первичным и основным источником ОВ в почвах являются наземный опад растений, их экзометаболиты и сапролины, остатки почвенных беспозвоночных и микроорганизмов (Тюрин, 1965; Александрова 1981). Влияние огня на важнейший компонент леса – почву чрезвычайно сложно, неоднозначно и зависит от множества факторов: характеристик пожара, особенностей растительности и почвы (Мелехов, 1983; Бузыкин, 1975). Следствием лесных пожаров является их влияние на потоки углерода в региональных и глобальных масштабах, обусловленное пирогенными и постпирогенными эмиссиями углерода в атмосферу. Вместе с тем существенный интерес вызывает трансформация количественных и качественных параметров органического вещества почв, сохраняющегося после пирогенного воздействия.

Глава 2. Природно-климатические условия, объекты и методы исследований

Климатические условия изучаемого района, в силу его географического положения на севере внутренних областей континента, крайне суровы и в то же время весьма разнообразны, что обусловлено многообразием ландшафтных комплексов и их геоморфологических особенностей. В целом, район исследований характеризуется континентальным климатом, что проявляется как в значительных сезонных температурных колебаниях, так и в количестве и распределении осадков по территории (Герасимов, 1964). Леса представлены лиственницей Гмелина (Larix gmelini) с преобладанием кустарниково-мохово-лишайниковой группы типов леса. Для них свойственны низкорослость, тонкомерность, небольшие запасы древесины. Почвенный покров представлен палео-подбурами (верхние склоны плато), криоземами гомогенными (склоны), палевыми гранулоземами, криоземами тиксотропными (террасовые поверхности) (Ершов, 1998).

Исследования проводились в течение 2007-2009 гг. на постоянных и временных пробных площадях Эвенкийского опорного пункта Института леса СО РАН, расположенных в бассейне среднего течения р. Нижняя Тунгуска (центральная часть Среднесибирского плоскогорья, координаты 64о18’ с.ш., 100о11’ в.д.). Для оценки последствий пожаров в качестве объектов исследования в этих насаждениях, включая склоны разной экспозиции, были выбраны гари разного возраста – 1 (2005), 12(1993), 13 (1994), 17 (1990), 25 (1981) и 56 (1951) годов и, соответственно, не пройденные пожаром контрольные лиственничники. На всех выбранных пробных площадях были заложены трансекты (20х1м), где фиксировали элементы микрорельефа, и далее в 3 – 5 - кратных повторностях были заложены учетные площадки (20 х 25 см) на буграх пучения и в западинах. На выбранных учетных площадках был проведен учет запасов живого напочвенного покрова (ЖНП) и подстилки. Образцы почвы брали буром (100 см) по горизонтам: 0-5, 5-10 см. непосредственно под собранной подстилкой в двукратной повторности. Содержание общего углерода в подстилках и почвах определяли на элементном анализаторе Elementar Vario EL (Германия). Определение содержания водоэкстрагируемого органического углерода (ВЭОУ) в почве и подстилке проводили в водной вытяжке, при соотношении 1:10 (образец : вода) по методике И.С. Кауричева и др, 1977. Полученные растворы фильтровали через нитроцеллюлозный фильтр диаметром пор 0.22 мкм. Углерод определяли по методу И.В. Тюрина, выпаривая фильтрат. Кислотность почв и подстилок определяли в водной вытяжке на иономере - кондуктометре Анион-7051 (г. Новосибирск, Россия).





Определение качественного состава гумуса проводили по методике Тюрина в модификации Пономоревой – Плотниковой. Для чего полученные растворы фильтровали через нитроцеллюлозный фильтр диаметром пор 0.22 мкм.

В подстилках и почвах определяли также содержание ОВ по потере массы при прокаливании. Исследования термического воздействия на подстилки и почвы проводили в диапазоне температур 150, 200, 250,300,400,500 – 6000 С. Для этого образцы выдерживали в муфельной печи SNOL – 1100 (Латвия) при каждой из указанных температур в течение двух часов. Предварительно образцы в двукратной повторности высушивали до а.с. массы с точностью до 0,1 мг. и взвешивали для определения изменения массы ( с точность 0.1 мг).

Глава 3. Влияние низовых пожаров на запасы напочвенного покрова и углерода в послепожарных лиственничниках Центральной Эвенкии

3.1. Послепожарная динамика восстановления живого напочвенного покрова в лиственничниках

В условиях Центральной Эвенкии биомасса живого напочвенного покрова в большинстве лиственничников равна или превышает запасы древесного яруса, достигая 40 – 120 т га-1 (Каджимото, 1999, Прокушкин и др., 2001). В связи с этим роль ЖНП в формировании и накоплении углерода в почвах лиственничников послепирогенной генерации очень велика, так как в зависимости от характера низовых пожаров происходит почти полное его уничтожение (рис.1). При этом на участках с невыраженным микрорельефом происходит равномерное прогорание и уничтожение более 90 % нижних ярусов фитоценозов, что приводит затем к формированию так называемых «черных гарей». В то же время при выраженном микрорельефе, который в большинстве случаев хорошо развит в криолитозоне, бугристо-западинные и грядово-западинные формы микрорельефа предопределяют почти полное сохранение ЖНП в пониженных элементах, что способствует быстрому восстановлению послепожарной структуры растительного покрова (Бугаенко, 2002).

В зоне распространения многолетней мерзлоты периодически повторяющиеся низовые пожары являются важным дестабилизирующим фактором, вносящим значительные коррективы в количественные характеристики живого напочвенного покрова.

Проведенные исследования живого напочвенного покрова показали что его запасы в зависимости от возраста гари увеличиваются от 66,3 в первый год после пирогенного воздействия до 1065,9 г/м-2 - на гари 56 – летней давности (рис.1)

 Запас живого напочвенного покрова на гарях разного возраста, г м-2-0

Рис. 1. Запас живого напочвенного покрова на гарях разного возраста, г м-2 а.с.м.

При проведении анализа накопления ЖНП в зависимости от микрорельефа, выявлено, что его запасы на гарях в микроповышениях несколько меньше, чем в микропонижениях, и варьируют от 24,1 - на гари первого года после сильного беглого низового пожара до 768,2 г/м-2 - на гари 56 – летней давности, а в микропонижениях - от 108,4 до 1363,8 г/м-2 соответственно. Микрорельеф криолитозоны, оказывая существенное влияние на гидротермический режим и эдафические условия экотопа, предопределяет характер послепожарных изменений растительности. Бугристо – западинные и грядово – западинные формы микрорельефа предопределяют сохранение на пониженных формах микрорельефа элементов допожарной синузиальной структуры и способствует быстрому восстановлению структуры растительных сообществ после пожаров. В местообитаниях с мелкокочковатым микрорельефом этот процесс замедляется, поскольку складываются условия для беспрепятственного прохождения огня. При этом слабый низовой пожар не разрушает полностью структуру сообщества, что способствует более быстрому восстановлению растительности, в то время как после сильного беглого низового пожара вертикальная структура пирогенной ассоциации формируется через 20 и более лет после пирогенного воздействия. В результате выполненных исследований отмечено преимущество применения микроэкосистемного подхода при оценке действий и последствий пожаров в лиственничниках мерзлотной зоны.

3.2. Послепожарная динамика восстановления подстилки в лиственничниках

Рассматривая влияние пирогенного фактора на запас подстилки в послепожарных лиственничниках на гарях разного возраста, отмечено, что их запасы изменяются по сравнению с контролем от 487,7 до 1756,6 г/м2, а для гарей от 267,2 – 1693,5 г/м2 (рис. 2). Выполненные исследования позволили охарактеризовать динамику восстановления подстилок с возрастом гарей. В целом, динамика ее послепожарной аккумуляции на гарях идет достаточно интенсивно и ее восстановление до исходного уровня достигается уже через 56 лет.

Рис. 2. Запас подстилки на гарях и контрольных насаждениях, г м-2 а.с.м.

А на гари 25 – летней давности в лиственничнике кустарничково – зеленомошном в результате слабого восстановления мохово-лишайникового яруса аккумуляция подстилки произошла незначительно.

Таким образом, разрушение лесной подстилки в результате пожаров средней и сильной интенсивности приводит к существенному снижению ее запасов. При этом накопление массы подстилки зависит не только от возраста гари и сложившихся гидротермических условий, но и от особенностей восстановления видового состава, в частности, от степени возобновления древостоя и его густоты.

3.3.1. Содержание общего углерода в подстилках постпирогенных лиственничников



Pages:   || 2 | 3 |
 


Похожие работы:







 
2013 www.деньсилы.рф - «МЕДИЦИНА-ЛЕЧЕНИЕ-ОЗДОРОВЛЕНИЕ»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.