Исследования были проведены в Пушкинском и Орехово-Зуевском лесхозах Московской области.
В Лепешкинском лесничестве Пушкинского лесхоза опыт с рубками ухода был заложен Н. П. Георгиевским в 1939 г. в сосновых культурах 14 лет. Тип насаждений — сосняк переходный от брусничного к кисличному, тип местообитания В2-3. Бонитет II. Почва дерновая, слабоподзолистая супесчаная на древнеаллювиальных песках. Заложены две пробные площади с рубками различной интенсивности (секции В и С) и третья — контрольная, т, е. без рубок ухода (секция А). На секции С вырублено по массе 24%, на секции В — 17%.
В Орехово-Зуевском лесхозе исследования были проведены в Городищенском лесничестве в типе насаждения сосняк брусничный на дерновых среднеподзолистых супесчаных почвах на флювио-гляциальных песках. Бонитет II, тип местообитания В2. Здесь имелись опыты с рубками ухода, заложенные в двух точках Прокудина бора в 1934 г. Исследования проведены в 1940 г.
Первая пара пробных площадей заложена в кв. 63 в сосняке 21 г. На секции с рубками ухода было вырублено по массе 14,5%, вторая секция — контрольная (без рубок ухода).
Другая пара пробных площадей была заложена в кв. 29. Возраст 26 лет. На секции с рубками ухода было выбрано по массе 21,1%.
Для учета влияния рубок ухода на развитие напочвенного покрова были составлены картограммы травяно-мохового покрова опытных и контрольных секций в масштабе 1:100 с последующим подсчетом площадей, занятых мертвой подстилкой, лишайниками, мхами, травяным покровом.
В Пушкинском лесхозе повторное составление картограмм травяно-мохового покрова проводили ежегодно с 1939 по 1941 г. включительно. Если принять площадь, занятую в 1939 г. (до проведения рубок ухода) за 100, то в 1940 г. на секции А (без рубок ухода) в результате возросшего затенения почвы площадь, занятая мертвым покровом, возросла до 130%, а на секции В (вырублено 17%) в результате осветления сократилась до 80%, на секции С (вырублено 24%) — до 70%. Мхи на исследованных секциях занимали небольшую площадь (менее 3%), и сокращение площади мертвой хвоевой подстилки было вызвано исключительно увеличением площади, занятой травянистой растительностью. Если принять общую массу сухого органического вещества, даваемого травяно-моховым покровом до рубок ухода (в 1939 г.) за 100, то в 1940 г. она составит для секции А (контрольной) 125%, секции В — 243%, С — 283%, в 1941 г. для секции А — 56%, В — 131%), С — 111%. Эти числа показывают, что хотя общая масса создаваемого травяно-моховым покровом органического вещества изменялась по годам в зависимости от погодных условий и развития крон деревьев, влияющих на затенение почвы, действие рубок ухода проявлялось вполне отчетливо. Во всех случаях рубки ухода обеспечивали значительное увеличение массы травяного покрова по сравнению с контрольной секцией.
В Орехово-Зуевском лесхозе через шесть лет после проведения рубок ухода установлено значительное сокращение площади мертвого покрова и соответствующее увеличение площади, занятой мохово-лишайниковым и травяным покровом. Соотношение в процентах от общей площади было следующим.
Соотношение площадей мохового, мохово-лишайникового и травяного покровов на контрольной и вырубленной секциях
Более сухие условия местообитания в Орехово-Зуевском лесхозе обусловили значительно большее развитие мохово-лишайникового покрова, чем в Пушкинском, и соответственно меньшую долю участия травяного покрова.
Существенного изменения качественного состава лесной подстилки и перехода грубого перегноя в мягкий, возможность которого предполагали многие лесоводы, не было обнаружено. По-видимому, степень изменения травяно-мохового покрова и продолжительность воздействия возросшего участия травянистой растительности были недостаточными, чтобы вызвать изменения в строении лесной подстилки, заметные по внешним признакам. Аналитические исследования обнаружили некоторые изменения в свойствах лесных подстилок и почв, вызванные проведением рубок ухода.
В Орехово-Зуевском лесхозе на участках с мертвой хвоевой подстилкой было отмечено под влиянием рубок ухода уменьшение водоудерживающей способности подстилки при одинаковом ее запасе. Это указывало на возросшую плотность сложения мертвой лесной подстилки в результате проведения рубок ухода. Лишайниково-моховой покров, наоборот, приводил к значительному увеличению влагоемкости этого слоя, особенно на секциях с рубками ухода. По-видимому, оказывало влияние большее разрастание мохового и лишайникового покровов в результате осветления.
Влагоемкость мертвого, мохово-лишайникового и кустарникового покровов на контрольной и вырубленной секциях
Поскольку на секции с рубками ухода обладающая большой влагоемкостью мохово-лишайниковая подстилка занимает и большую площадь, то общее увеличение влагоемкости подстилко-мохового покрова на этой секции достигает 50% по сравнению с контрольной.
В Орехово-Зуевском лесхозе отмечено небольшое увеличение объемного веса и понижение скважности (на 3—4%) в перегнойно-аккумулятивном горизонте (A1) на секции с рубками ухода. Это согласуется с уже описанным понижением на этих секциях величины влагоемкости. В Пушкинском лесхозе этих изменений не было обнаружено, что можно объяснить малым сроком (один год), прошедшим со времени проведения рубок ухода. Понижение скважности на секции с рубками ухода можно поставить в связь с уменьшением рыхлящего действия древесных корней в результате вырубки значительного количества деревьев.
Проведенные в Пушкинском и Орехово-Зуевском лесхозах в 1940 г. наблюдения за изменением влажности почвы показали, что запас воды в мае-июне был больше на секциях без рубок ухода, а во второй половине лета (июль-сентябрь) — на секциях с рубками ухода. Можно высказать предположение, что меньшее содержание в почве влаги во второй половине лета на секции без рубок ухода могло быть обусловлено ее расходом на транспирацию большим числом деревьев, имевшимся на этой площади. Труднее объяснить различия во влажности в первую половину лета.
Режим влажности почвы в значительной степени зависит от погодных условий. Поэтому на основании данных одного года преждевременно делать обобщающие выводы. Ранее в исследованиях Гансена уже была отмечена противоречивость влияния рубок ухода на влажность почвы в различные годы.
Учет опада в Пушкинском лесхозе показал, что под влиянием проведения рубок ухода происходит в первые годы заметное уменьшение поступления опада. Это определяет и снижение поступления с опадом азота и зольных элементов.
Поступление опада в опыте с рубками ухода в Пушкинском лесхозе
Следует отметить значительно большую массу опада на секции без рубок по сравнению с сосняками того же возраста Мордовского заповедника, где наблюдения проведены в 1946—1948 гг. Это расхождение можно объяснить влиянием засушливых лет перед началом наблюдений в Пушкинском лесхозе.
Влияние рубок ухода на поступление с опадом элементов питания (Пушкинский лесхоз)
При проведении рубок ухода происходит существенное нарушение природного течения биологического круговорота в лесу. Это нарушение выражается в одновременном поступлении в почву при проведении рубок ухода значительных количеств органического вещества с порубочными остатками и корневыми системами вырубленных деревьев. Одновременно имеет место вывоз органического вещества и заключенных в нем элементов питания с удаляемой из леса для хозяйственного использования стволовой частью вырубленных деревьев.
На основании материалов по изучению биологического круговорота в сосняках Мордовского государственного заповедника было вычислено влияние рубок ухода на круговорот азота и зольных элементов.
Влияние рубок ухода на круговорот азота и зольных элементов в сосняках (в кг на 1 га)
При рубках ухода в сосняках со стволовой частью деревьев удаляют из леса сравнительно небольшое количество азота и зольных элементов питания, приблизительно равное годовому потреблению остающегося древостоя. С порубочными остатками и корнями поступает в почву азота, калия и фосфора в 1,5—2 раза больше годового потребления этих элементов древостоем. Следует отметить небольшое поступление кальция с порубочными остатками и корнями.
Рубки ухода оказали некоторое влияние и на химический состав лесной подстилки. В Пушкинском и Орехово-Зуевском лесхозах лесная подстилка на секциях с рубками ухода была беднее азотом и богаче зольными элементами. Анализ опада и травяно-мохового покрова не обнаружил различия в содержании азота между секциями.
Химический анализ не обнаружил существенных изменений в содержании азота, кальция, магния, фосфора в составе растений напочвенного покрова под влиянием рубок ухода. Можно лишь говорить об увеличении содержания калия в напочвенном покрове секций после проведения рубок ухода в Пушкинском лесхозе. В химическом составе опада закономерных изменений обнаружено не было.
Данные химического анализа растений напочвенного покрова (в % на высушенное при 100° вещество)
Качество лесной подстилки зависит не только от состава опада, но и от состава почвенно-подстилочных животных и микроорганизмов, обусловливающих разложение мертвого органического вещества и синтез почвенного перегноя. В бедных фауной грубоперегнойных лесных подстилках особенно велика роль микрофлоры в разложении мертвого органического вещества. Проведенными исследованиями было установлено богатое развитие грибной флоры, особенно к концу лета. Значительным было и содержание бактерий. По методу С. Ваксмана было найдено 30—40 млн. на 1 г почвы. Существенных различий между секциями опыта обнаружено не было.
Учитывая, что сосна из всех элементов питания берет из почвы наибольшее количество азота, было проведено более подробное изучение влияния рубок ухода на азотный режим почвы.
В Пушкинском лесхозе в первый год (1940) после проведения рубок ухода закономерных различий между секциями опыта по величине аммонификационной способности обнаружено не было, но на второй год (1941) отмечено заметное увеличение аммонификационной активности. Образцы подстилки с контрольной секции при компостировании накапливали через 20 дней до 70 мг аммонийного азота на 1 кг почвы, с рубками ухода 90—130; и перегнойно-аккумулятивном горизонте А1 накапливалось соответственно 10 и 16—26 мг. Более энергичной аммонификацией можно объяснить некоторое понижение содержания общего азота в лесной подстилке на секциях с рубками ухода.
Методом жидких культур и посевом на кремневых пластинках (по С. Н. Виноградскому) во всех исследованных объектах (т. е. Пушкинском и Орехово-Зуевском лесхозах) не удалось обнаружить нитрификаторов. Тем не менее подстилки и почвы Пушкинского лесхоза обладали слабее выраженной нитрификационной способностью. Очень небольшое количество нитратов (меньше 1 мг азота нитратов на 1 кг подстилки или почвы) можно было обнаружить на всех секциях и во все сроки. При компостировании в продолжение 20—25 дней наблюдалось небольшое накопление азота нитратов (до 3—5 мг). На секциях с рубками ухода отмечена более высокая нитрификационная способность. Почвы Орехово-Зуевского лесхоза совсем не обладали нитрификационной способностью, она не была вызвана и рубками ухода. Следовательно, сосна развивалась исключительно в условиях аммонийного питания.
Изучение динамики накопления подвижной фосфорной кислоты (по методу Труога) показало заметное повышение ее содержания на секциях с рубками ухода.
Таким образом, рубки ухода внесли ряд изменений в свойства лесных подстилок и перегнойно-аккумулятивных горизонтов, характерных для дернового процесса почвообразования. Однако масштаб этих изменений был очень небольшим и не мог оказать заметного воздействия на улучшение лесорастительных свойств почв. Это можно поставить в связь со слабым развитием дернового процесса, обусловленного под пологом леса разреженным травяным покровом.