ОСОБЕННОСТИ ПОЧВЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОСЛЕ МАССОВОГО ВЕТРОВАЛА В ПОЛИДОМИНАНТНОМ ШИРОКОЛИСТВЕННОМ ЛЕСУ В ЭКОТОПЕ ФЛЮВИО-ГЛЯЦИАЛЬНЫХ ПЕСКОВ
Падение деревьев под действием ветра (ветровал) является частым природным нарушением. Так, по оценкам Schelhaas et al. (2003), в 19 и 20 веках ветровал являлся причиной на более чем половине общей площади естественных нарушений в лесах Европы. В последние годы частота и масштабы ветровальных нарушений увеличиваются, что показано для Западной, Центральной и Северной Европы (Seidl et al., 2014; Gregow et al., 2017), а также для територии Европейской части России (Potapov et al., 2015; Shikhov et al., 2020). Несмотря на давнее внимание ученых к этому природному явлению и его большую распространенность, оценки вкладов древесного детрита, образующегося после ветровалов, в циклы элементов, общий баланс углерода, запас органического вещества почвы весьма противоречивы (Seidl et al., 2014; Magnússon et al., 2016). Целью нашего исследования является изучение свойств почв на территории массового ветровала, который случился в результате шквалистого ветра с ливнем и градом летом 2006 г. в многовидовом широколиственном лесу в заповеднике «Калужские засеки» (Бобровский, Стаменов, 2020).
Сбор почвенных образцов проводили летом 2020 и 2021 гг. в экотопе флювио-гляциальных песков, на дерново-подзолах и дерново-подбурах. Образцы брали в зоне массового ветровала для 6 видов деревьев (Acer platanoides, Betula spp., Picea abies, Populus tremula, Quercus robur и Tilia codata), не менее, чем в трехкратной повторности из верхнего органо-минерального слоя, 0-5 см: (1) под лежащими стволами деревьев и (2) рядом с этими же стволами на почве, свободной от крупных древесных остатков. Всего было взято 62 почвенных образца на территории массового ветровала. Дополнительно, для сравнения почвенных характеристик на ветровале и вне ветровала было взято 10 смешанных образцов почвы (также в слое 0-5 см) на том же участке леса, но вне зоны массового ветровала. При сборе почвенных проб были измерены мощности (в см) свежего опада (горизонт L), ферментированного опада (F) и гумусового горизонта (A). Для валежа отмечалась его таксономическая принадлежность, диаметр на расстоянии 1.3 м от корневой шейки, диаметр и стадия разложения бревна в месте взятия почвенной пробы. В лабораториях для каждого образца были определены содержания подвижных форм фосфора и калия (P2O5 и K2O, фотометрически), углерода микробной биомассы (MBC) методом субстрат-индуцированного дыхания (Anderson, Domsch, 1978), скорость минерализации органического вещества почвы – базальное дыхание (образования СО2, газово- хроматографически) (Ananyeva et al., 2008; Ivaschenko et al., 2019), активность β-глюкозидазы – фермента, участвующего в цикле углерода, методом флюорогенно-меченых субстратов (Marx et al., 2005), а также функциональное разнообразие микробного сообщества почвы. Последнее было оценено техникой MicroRespTM, при которой регистрировались отклики микробного сообщества на внесение 14-ти разнообразных субстратов группы аминокислот, углеводородов, карбоновых и фенольных кислот (Cambell et al., 2003; Moscatelli et al., 2018). Эффективность разложения органического вещества почвы оценена через микробный метаболический коэффициент (qCO2), равный отношению базального дыхания к углероду микробной биомассы. Определено содержание углерода, азота и водорода на автоматическом CHNS-анализаторе (LECO Corp., USA). Статистический анализ выполняли путем проведения серии однофакторых дисперсионных анализов. Среди независимых факторов анализировали вид упавшего дерева, его диаметр, стадию разложения, место взятия пробы (под и рядом с валежом), мощности гороизонтов L, F, A (их рассматривали и как факторы, и как отклики). Для исследования переменных был рассчитан v-критерий (Husson et al., 2017). Расчеты выполнены в среде R с привлечением функции catdes пакета FactoMineR (Le et al., 2008).
Предварительные результаты показали, что практически все почвенные характеристики в пробах, взятых на массовом ветровале, очень сильно варьировали. Наиболее высокий процент варьирования (до 76%) наибольшего числа характеристик (более двух третей от всех рассмотренных) объяснялся видовой принадлежностью валежа. На основе литературных данных мы ожидали, что характеристики почв в образцах, отобранных непосредственно под валежом и рядом с ним, будут значимо различаться. Такие результаты были получены в исследованиях, проведенных в средне- и старовозрастных лесах с единичными вывалами деревьев (Błońska et al., 2019; Yuan et al., 2017). Наше исследование показало, что на массовом ветровале (через 14 и 15 лет после события) почвенные характеристики в целом существенно зависят от упавших видов деревьев, но свойства почвенных проб, взятых непосредственно под валежом и рядом с валежом, мало различаются (исключение составило только удельное дыхание микробного сообщества, 19 % варьирования которого объяснялось местом взятия пробы: он был значимо выше под валежом). По-видимому, это можно объяснить тем, что на массовом ветровале упавшие стволы лежат довольно близко друг к другу, и валеж, вероятно, оказывает влияние на почву на таком расстоянии. Помимо видовой принадлежности, было установлено значимое влияние на отдельные почвенные характеристики таких факторов, как мощность опада, гумусового горизонта, стадии разложения валежа. Значения всех элементов питания почвы (P2O5, K2O, C, N) вне зоны массового ветровала были значимо ниже, чем на ветровале.
