Вариативность химического состава растений и почв в лесах Печоро-Илычского и Висимского заповедников
Лесные экосистемы всего мира достаточно быстро реагируют на основные маркеры глобальных климатических изменений (повышение температуры, изменение характера осадков, увеличение доступности питательных веществ, повышение атмосферного CO2 и т.п.). Однако экологический отклик разных видов растений и условия их произрастания часто неоднозначны, что представляет серьезную проблему для прогнозирования реакции сообществ на изменение окружающей среды. Зачастую следствием реакции экосистем, в том числе и лесных, на природные и антропогенные изменения является изменение циклов химических элементов, которое напрямую зависит от биоразнообразия напочвенного покрова. Поэтому для дальнейшего прогнозирования этих изменений, требуется лучшее понимание функциональной роли отдельных видов растений как древесного, так и напочвенного ярусов в круговороте химических элементов.
Данное исследование было нацелено на оценку вариативности химического состава растений напочвенного покрова лесов в зависимости от 1) периода вегетации (весна, лето), 2) типа леса (чернично-зеленомошный и высокотравный пихто-ельники), 3) географического положения (северная и средняя тайга) и его взаимосвязи с химическим составом почв. В качестве объектов исследования были выбраны пихто-ельники Северного и Среднего Урала (территория Печоро-Илычского и Висимского заповедников). В каждом заповеднике было выбрано по 2 пробные площадки (площадью 1 га), на которых отбирали почвенные монолиты (всего n = 150) на глубину корнеобитаемого слоя. Из каждого монолита выбирали живые растения всех видов трав, кустарничков и мохообразных, определяли их видовую принадлежность. На этих же пробных площадках закладывали почвенные разрезы (по 3 участка), из которых отбирали смешанный образ из каждого горизонта. Подготовку отобранных проб растений и почвы к химическим анализам проводили по стандартной методике (Kalra, Maynard, 1991). В полученных образцах измеряли концентрацию Na, Mg, Al, Si, P, S, K, Ca, Ti, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, Pb, Si методом рентгено – флуоресцентного анализа.
В Висимском заповеднике в двух типах леса было проведено сравнение химического состава весеннего и летнего напочвенного покрова. Характерная особенность весеннего биоразнообразия – массовое развитие эфемероидов, которые составили основную массу растений, а в летнее время (август) биоразнообразие в основном было представлено неморальными видами, с заметной ролью папоротников и высокотравья. Выявлено, что в течении всего периода вегетации в надземной части растений больше концентрируется К, S, P, Cl, Br, Rb, а в подземной – Fe, Al, Mg, Ba, Ti, Mn, Cr, Zn. При этом в течение периода вегетации происходит перераспределение из подземной в надземную части растений напочвенного покрова элементов Ba, Sr, Br, Mn, Rb, Cr.
На примере химического состава Chamaenerion angustifolium (L.) Scop., Equisetum sylvaticum L., Gymnocarpium dryopteris (L.) Newman., Orthilia secunda (L.) House, Oxalis acetosella L., Vaccinium myrtillus L. и Vaccinium vitis-idaea L. в двух типах леса Печоро-Илычского заповедника показано, что в бореально-высокотравном пихто-ельнике во всех изученных видах было выше содержание K, Al, P, Cl, а в чернично-зеленомошном – Mn, S, Cr, Rb, Sr. Можно предположить, что содержание в изученных растениях Ca, Mg, Fe и Zn определялось в большей мере видовой принадлежностью, чем местом произрастания.
На примере Aconitum septentrionale, Calamagrostis obtusata, Chamaenérion angustifolium, Gymnocarpium dryopteris (L.) Newman, Luzula pilosa (L.) Willd., Maianthemum bifolium (L.) F.W. Schmidt, Óxalis acetosélla, Stellaria nemorum L. было проведено сравнение химического состава растений в разных типах леса Печоро-Илычского и Висимского заповедников (северная и средняя тайга соответственно). Выявлено, что содержание Ca, K, S, Mg, P, Cl, Sr было примерно одинаковым в растениях одного вида, произрастающих в разных типах леса и географических районах. А элементы Al, Rb, Zn, Fe, Mn и Cr показали очень высокую вариабельность в пределах вида с наибольшими концентрациями у растений, произрастающих на Среднем Урале (Висимский заповедник).
В Висимском заповеднике нами был диагностирован один тип почв – буроземы грубогусовые, а в Печоро-Илычском заповеднике в пихто-ельнике чернично-зеленомошном выявлена подзолистая почва, а в пихто-ельнике бореально-высокотравном – бурозем. Характер распределения изученных элементов в профиле изученных почв показал сильные различия как в пределах одного типа леса, так и между регионами. В профиле почв пихто-ельников в Висимском заповеднике Mg, Al, Si, K, Ti и Fe имели элювиальный тип распределения, Mn, P, S, Ca, Zn и Pb – аккумулятивный тип. В почвах пихто-ельников Печоро-Илычкого Ca, Mg, K, Mn, Zn, P и S распределяются в почвенном профиле по аккумулятивному типу, а Fe и Al – по элювиальному. При сравнении химического состава подстилки (горизонт О) изученных типов леса выявлено, что в буроземах на 50 % выше в ней содержание Ca, Mg, K, Zn, P и S, а в подзолах – Al и Fe. Таким образом, можно предположить, что обогащению верхних горизонтов подзолов Ca, Mg, K, Zn, P и S происходит за счет увеличения их концентрации в растениях напочвенного покрова.
