Почвенная мезофауна участков сосновых лесокультур Казахского мелкосопочника

В статье приведены сведения о беспозвоночных, обитающих в почвах разновозрастных участков со­сновых лесокультур Казахского мелкосопочника. Определена общая численность педобионтов, доми­нирующие трофические группы и фоновые виды. Показана динамика почвенной влажности и темпе­ратуры почвенных горизонтов. Выявлена взаимосвязь почвенно-растительных условий и экологиче­ских преферендумов. Предложены рекомендации для закладки посадочных площадей сосны на дерново-лугово-лесных почвах.

Исследования почвенной фауны как техногенных, так и природных ландшафтов за последние 15-20 лет подтвердили, что комплекс видов педобионтов может быть успешно использован для вы­яснения общих закономерностей сукцессионных процессов, происходящих в биоценозах. Реакция почвенных животных определяется длительностью воздействия факторов и особенностями экологи­ческой ниши, которую занимает выбранная группа педобионтов, что, в конечном счете, определяет их значение как биоиндикаторов. Наиболее удобны для исследований почвенные животные, которые постоянно обитают на одном и том же участке, малоподвижные, с относительно длинным периодом индивидуального развития, при этом численность их должна быть значительной (дождевые черви, насекомые, многоножки, некоторые панцирные клещи).

Создание стабильно функционирующих биоценозов лесных культур, оценка их состояния и, со­ответственно, сохранение потенциала почв, отводимых под лесопосадочные площади, остаются дос­таточно актуальными в лесовосстановительной практике Казахстана. Поэтому привлечение данных почвенно-зоологического анализа представляет интерес для оценки общей направленности сукцесси-онных процессов, возможной нагрузки на биоценоз лесных культур и мер необходимого ухода, ха­рактеристики почвообразования. Особенно важна такая информация для заповедников и националь­ных парков.

Целью нашей работы являлось изучение биогеоценозов, образованных посадками сосновых культур в Баянаул-Каркаралинской группе реликтовых лесных оазисов, для определения перспектив восстановления.

Лесовосстановительные работы в Казахском мелкосопочнике связаны с трудностями поселения и произрастания сосны в аридном климате, на границе своего южного ареала распространения. Суро­вый климат обусловливает неблагоприятные лесорастительные условия для сосны. Летом часты су­ховеи, которые нарушают водный баланс растений. Зимние ветры сдувают снег с открытых мест, в результате чего почва промерзает на большую глубину, что губительно сказывается на состоянии корневой системы. Грозовые явления в летнее время, особенно после длительной засухи, приводят к возникновению лесных пожаров. Естественное возобновление сосны незначительно, особенно на вы­рубках и гарях, быстро зарастающих степными дерновинными злаками. В области гранитных интру­зий позиции сосны, приживающейся на поверхности выветривающихся гранитов, еще более ослабле­ны [1].

Закладка новых посадочных площадей в Казахском мелкосопочнике предупреждает деградацию плодородных лесных почв в межгорных долинах и горных лесных черноземов. Немаловажно и зна­чение лесовосстановления для уменьшения аридизации климата.

Материалы и методы исследования

В геологическом отношении территория Казахского мелкосопочника входит в состав Урало-Монгольского геосинклинального пояса. Сложена сильно дислоцированными метаморфическими сланцами, кварцитами, песчаниками и известняками палеозоя, местами прикрытыми мезо-кайно-зойскими отложениями; до 60 % площади занимают интрузивные и эффузивные породы. Район вхо­дит в «континентальную степную западносибирскую зону» [2], называемую также «континентальной степной казахской зоной» [3]. Климат континентальный, с резко возрастающей к югу засушливостью. Средние температуры января от -14° до -18 °С, июля 20-24 °С. Зимой морозы достигают -40 °C, а летом дневные температуры поднимаются до 35 °С и более. Годовое количество осадков 200-300 мм (до 370 мм в северных горных массивах). Снежный покров маломощный. Летом часты засухи. Одна­ко вследствие приподнятости гранитных низкогорий над уровнем окружающей местности континен-тальность климата здесь смягчена.

Через Казахский мелкосопочник проходит водораздел бассейна Иртыша и область внутреннего стока Средней Азии. Наиболее крупные реки — Ишим (бассейн Иртыша), Нура, Сарысу. Режим сто­ка очень неравномерен. Реки питаются главным образом за счёт весеннего таяния снега, отчасти грунтовыми водами, имеют весеннее половодье, летом сильно мелеют. Зимой реки замерзают, мел­кие промерзают до дна. На территории мелкосопочника много озёр. Самое крупное, но неглубокое — солёное озеро Тенгиз.

Северная часть Казахского мелкосопочника относится к степной зоне с разнотравно-типчаково-ковыльной растительностью на южных чернозёмах, частично распаханных; средняя — к сухостепной зоне с типчаково-ковыльной растительностью на темно-каштановых (тоже частью распаханных) и каштановых почвах. Южная и восточная части мелкосопочника входят в зону полупустыни, где соче­таются степные (дерновинно-злаковые) и пустынные (полынные и солянковые) растительные сооб­щества и господствуют светло-каштановые почвы; юго-восточная часть у озера Балхаш входит в пус­тынную зону.

Леса здесь проходят прерывистой полосой с северо-запада на юго-восток, начинаясь с Кокше-тауской и Акмолинской областей, продолжаясь небольшими массивами частью в Карагандинской, частью в Павлодарской областях и заканчиваясь в горном кряже Калбинского хребта. В основном коренными насаждениями являются сосняки. В разнотравно-ковыльной подзоне степной зоны сосна почти повсюду связана с гранитами. В типчаково-ковыльной подзоне степной зоны сосна связана ис­ключительно лишь с гранитными низкогорьями и за их пределами отсутствует. Поскольку условия для обитания сосны недостаточно благоприятны, здесь она находится на пределе своего географиче­ского и экологического ареала. В лесных оазисах Баянаул-Каркаралинской группы наряду с сосно­выми лесами встречаются своеобразные аридно-петрофитные сосновые редколесья; последние в не­которых оазисах даже превосходят по площади сосновые леса [1]. Большая часть мелколиственных древостоев представлена производными типами леса.

Островные боры Казахстана — остатки некогда сплошной полосы хвойных лесов, простирав­шихся от Урала до Алтая. Мнение о реликтовом характере островных боров Казахстана и их фауни-стических комплексов, древней связи с югом Сибири разделяют многие исследователи [4-7]. С мио­цена по плиоцен растительность этой территории приобрела характер хвойного леса, сложились бла­гоприятные условия для проникновения в мелкосопочник бореальных элементов флоры из северной части Западно-Сибирской равнины, с Алтая и Южного Урала [8].

На протяжении последних 200 лет в результате рубок, лесных пожаров, а отчасти и выпаса скота площадь сосновых боров в Казахском мелкосопочнике уменьшилась, а в некоторых небольших мас­сивах сосна была почти полностью истреблена.

Почвенно-зоологические исследования проведены в июне-августе под посадками сосны 7-8 лет и 25-30 лет. Количественные сборы выполнены по общепринятой методике [9]. Размер почвенных проб 50x50x40 см. Почва разбиралась ручным способом, по слоям 10 см. Число проб при каждом об­следовании было не менее 12 (июнь-сентябрь). Общее количество взятых почвенных проб 80. Изме­рения температуры проводили коленчатыми термометрами Соренсена и лабораторными термометра­ми ТЛ-2. Влажность почвенных образцов определялась термовесовым методом. В работе использо­ваны статистические методы и методы синэкологического анализа.

Результаты и их обсуждение

Посадки сосны занимают примерно 15 % площади сосновых лесов мелкосопочника. Из них на долю 7-15-летних приходится 9 %. Посадочные площади располагаются на склонах и их шлейфах, где сосновые насаждения соседствуют с кустарниковой типчаково-таволговой степью, частично смешиваясь с березняками.

Почвы под посадками дерново-лугово-лесные, аллювиальные, часто оглеенные. Слой почвы почти полностью покрывает поверхность, выходы гранитных глыб редки. Увлажнение местами не­равномерное, происходит за счет притока влаги с более высоких частей гранитных низкогорий, вы­клинивания трещинных вод и атмосферных осадков.

Стационарные площади I.

Древостой из сосны. Средняя высота древостоев 0,8 м, возраст 7-8 лет. Кустарниковый ярус не выражен. Травяной ярус развит довольно хорошо (проективное покрытие до 40-45 %). АО (0-2 см). Подстилка из хвои, корней травянистых растений.

AI (2-10 см). Темно-серый легкий суглинок, обильны корни деревьев, кустарников, трав.

АВ (10-20 см). Буровато-темно-серый средний суглинок, уплотненный, примесь гранитной дресвы. Светло-бурый, равномерно окрашенный легкий суглинок с обильной дресвой, пылеватый, много корневых остатков.

ВС (20-45 см). Бурый средний суглинок.

Стационарные площади II.

Древостой из сосны с незначительной примесью березы (9С1 Б), сомкнутость крон 50-70 %. Вы­сота древостоя 8-10 м, возраст 25-30 лет.

Кустарниковый ярус развит умеренно, средняя высота 1-1,5 м, покрытие 50-60 %, состоит из Cotoneaster melanocarpa, Rosa spinossima, Spiraea hypericifolia, Rosa laxa, Ribes saxatile. Травяной по­кров густой (покрытие 60-80 %), ксеромезофильного характера, богатый по видовому составу: Fili-pendula vulgaris, Thalictrum foetidum, Fragaria viridis, Hieracium virosum, Libanotis sibirica, Galium verum, Phlomis tuberosa, Achillea nobilis и др.

АО (0-5 см). Подстилка из хвои и кусочков коры, листьев трав, разложившаяся, с обильным ми­целием.

А! (5-15 см). Средний суглинок темно-бурой окраски, задернованный, содержит корни деревьев.

AB (15-26 см). Более плотный, с выраженной ореховатой структурой, переплетен древесными корнями.

ВС (26-60 см). Слоистый, с прослойками тяжелого суглинка и супеси, местами мелкой дресвы. Корней немного. На глубине 55-60 см ржавые пятна, глубже — сизые прослойки.

При проведении почвенных раскопок на стационарных площадях I численность педобионтов была 58-70 экз/м2. Общее число видов 70-76. Доля хищных форм 54 %, доля фитосапрофагов — 46 %. Обычны полужесткокрылые (Hemiptera). Преобладают жесткокрылые (Coleoptera), состав­ляющие 47 % почвенной фауны (рис. 1). Выявлено резкое доминирование некоторых видов, что, по-видимому, является результатом влияния дефицита влаги в почве. Например, среди жужелиц (Carabidae) доминирует эвритопный вид Calathus melanocephalus (55 %), предпочитающий дерновые солоди. Из щелкунов (Elateridae) особенно многочислен вид Selatosomus latus (38 %). Это вид свой­ствен открытым пространствам. При переходе почв от степных условий к условиям леса его проник­новение под полог объясняется хорошим прогреванием невысоких древостоев. Основная масса щел­кунов на протяжении лета сосредоточена в подстилке. Преобладающие виды устойчивы к понижен­ным температурам.

Вертикальные перемещения личинок жесткокрылых зависят от режима влажности и температу­ры почвы. Основное количество личинок (50 %) найдено на глубине 0-5 см.

Процентное соотношение отрядов педобионтов в сосновых биоценозах стационарных площадей I и II 

Рисунок. Процентное соотношение отрядов педобионтов в сосновых биоценозах стационарных площадей I и II

Для сезонной динамики температур этих стационарных площадей характерен максимум темпе­ратуры в середине июня-июля (+28,5 °С), минимумы отмечены в июне и конце августа. Среднепрофильные величины температуры с июня по август +18,2-18,4 °С. Значительна разница максимальных температур в подстилке и горизонте АЦ где она достигает 12 градусов.

В режиме влажности отмечены значительные колебания. Минимальное содержание почвенной влаги наблюдается с конца июня по июль (максимум испарения), с некоторым повышением в августе, когда атмосферных осадков было больше. Среднепрофильное содержание влаги в почве в этот период 52,8 %.

В посадках сосны 25-30-летнего возраста на площадках II режим увлажнения более благопри­ятный. Здесь численность почвенного населения повышается до 127,2 экз/м2. Преобладают жестко­крылые (Coleoptera) — 43 %. Двукрылые (Diptera) и дождевые черви (Lumbricidae) составляют 20 % и 28 % соответственно (рис.). Среди Coleoptera доминируют личинки долгоносика Poludrosus mollis. Возрастает численность хрущика рыжего Serica brunnea, обычного для лесной и лесостепной зон Се­верного Казахстана и Южной Сибири. Взрослые жуки этого вида обгрызают листья деревьев и кус­тарников. Личинки живут в почве, питаясь корнями растений.

Коэффициент обилия полужесткокрылых (Hemiptera) 1,08. Из двукрылых преобладают личинки сем. Bibionidae (47 %). Наиболее заселен слой 0-5 см, где сосредоточено 43 % беспозвоночных. В подстилке обитает 30 % животных, а в слое на глубине 5-15 см — 21 %.

В условиях длительного сохранения влажности подстилки и почвенных горизонтов в почвах участков II обитают дождевые черви двух морфо-экологических типов: подстилочные — Den-drodrilus rubidus tenuis, Dendrobaena octaedra; и собственно-почвенные — Aporrectodea caliginosa caliginosa, Eisenia nordenskioldi pallida. Общая численность червей 36 экз/м2. Доминирует лесной вид D. оctaedra (19,8 экз/м2), широко распространенный в бореальных областях. В мелкосопочнике вид не встречается вне лесных ценозов. Субдоминант — D. rubidus tenuis (12,2 экз/м2). Это космополитный вид монотипического рода Dendrodrilus, являющийся одним из фоновых в равнинных районах евро­пейской части России и населяющий естественные природные ценозы. Значительно меньше числен­ность почвенных видов червей (4 экз/м2). Как правило, зарегистрирована встречаемость под комлем дерева, тогда как в подкроновых пространствах распределение лимитировано условиями мозаичной влажности. Подобная сопряженность подстилочных видов характерна для кустарниковых сосняков мелкосопочника. Во влажных лиственных лесах встречается близкое соотношение доминантных ви-дов-гумусообразователей. Однако во вторичных заболоченных березняках черви встречаются только в подстилке, а доминирование переходит к D. rubidus tenuis.

Таким образом, в условиях биоценозов сосновых посадок II значительно изменилось соотноше­ние трофических групп почвенных беспозвоночных животных, где доля фитосапрофагов и сапрофа-гов составляет две трети общей численности.

В сезонной динамике температур максимум приходится на июль (24,5 °С). Среднепрофильные температуры с июня по август 15,2-15,4 °С. Регулирующая роль в теплоотдаче и теплопоглощении хорошо сформировавшейся лесной подстилки сказывается в уменьшении разницы максимальных температур (4 °С) в горизонтах АО и АГ Содержание почвенной влаги несколько уменьшается в середине июля, когда спадает приток воды с низкогорий и атмосферных осадков мало. Среднепрофильное содержание влаги в почве в этот период 76,6 %.

Общий анализ результатов исследования мезофауны на стационарных площадях разновозраст­ных насаждений сосны показал, что сформировавшийся комплекс подпологовой растительности и педобионтов отражает особенности температурного и гидрологического режима почвы каждого био­геоценоза.

Условия недостатка почвенной влаги в молодых сосняках 7-8-летнего возраста, замедленность процессов образования подстилки и гумификации характеризуются увеличением доли луговых и по­левых элементов почвенной мезофауны.

Благоприятные условия сохранения почвенной влаги, более мощная подстилка и выровненный температурный режим в сосняках 25-30-летнего возраста благоприятствуют появлению лесных эле­ментов мезофауны. Появляется сходство фауны почвенных беспозвоночных биогеоценозов, образо­ванных посадками сосновых культур, и мезофитных сосняков.

Лесные культуры оправданы только на больших, оголенных от леса площадях с условиями про­израстания, наиболее отвечающими норме реакции сосны на условия жизненной среды. Местообита­ния, не соответствующие этим требованиям, должны быть исключены из лесокультурного фонда до осуществления необходимых мелиоративных мероприятий. Таким образом, при закладке посадочных площадей на дерново-лугово-лесных почвах в условиях Казахского мелкосопочника необходим учет режима почвенной влажности и длительности процесса формирования биоразнообразия соснового биоценоза. 

 

Список литературы

  1. Горчаковский П.Л. Лесные оазисы Казахского мелкосопочника. — М.: Наука, 1987. — 159 с.
  2. АлисовБ.П. Климаты СССР. — М.: Изд-во МГУ, 1956. — 127 с.
  3. Гвоздецкий Н.А., НиколаевВ.А. Казахстан. — М.: Мысль, 1971. — 296 с.
  4. Мензбир М.А. Зоологические участки Туркестанского края и вероятное происхождение фауны последнего. — М.,— 144 с.
  5. Арнольди Л.В. Казахский мелкосопочник как особое местообитание реликтовой фауны // Биологические комплексы районов нового освоения, их реальное использование и обогащение: Материалы конф. — М., Л., 1961. — С. 121-135.
  6. Крашенинников И.М. Основные пути развития растительности Южного Урала в плейстоцене и голоцене в связи с палеогеографией Северной Евразии // Сов. ботаника. — 1939. — № 6-7. — С. 67-69.
  7. Грибанов Л.Н. К истории степных боров Западной Сибири и Северного Казахстана // Ботан. журн. — 1957. — Т. 159. — Вып. 4. — С. 556-570. 
  8. Грибанов Л.Н. Сосновые леса Казахстана и биологические основы хозяйства в них. — Свердловск, 1965. — 54 с.
  9. ГиляровМ.С. Методы почвенно-зоологических исследований. — М.: Наука, 1975. — 280 с.
Год: 2012
Город: Караганда
Категория: Биология
loading...