Для жизнедеятельности растений все почвенные факторы равнозначны и незаменимы.
Равнозначность факторов заключается в том, что для растений они все в равной степени необходимы, хотя и в разных количествах. Жизнь растений прекращается как в случае полного отсутствия какого-либо фактора, так и при значительном его избытке (вода, кислород).
Запасы элементов питания оценивают с позиций потенциального и эффективного плодородия: учитывают непосредственный, ближний, потенциальный и общий резервы элементов, которые определяют по содержанию элементов в агрохимических вытяжках, илистой фракции, фракции пыли и их валовым запасам соответственно.
Химические свойства почв оказывают непосредственное влияние на состав и продуктивность лесных насаждений. Например, в лесных экосистемах при благоприятных для определенной породы деревьев климатических условиях продуктивность древостоя зависит только от режима поступления к нему необходимых для данной породы химических элементов. Поэтому при посадке новых насаждений для ускоренного укоренения и развития хорошей корневой системы, способной поглощать почвенные растворы с большей площади и больших глубин, надо вносить в лунки смесь удобрений и, по возможности, микоризу.
Практически плодородие лесных почв определяется главным образом химическими показателями. На почвах с оптимальным содержанием химических элементов, т. е. с хорошими лесорастительными условиями, древесные породы лучше переносят погодные аномалии, меньше подвержены воздействию вредителей, лучше восстанавливают свою жизнедеятельность после повреждений.
Высшей продуктивности древесные насаждения достигают при следующих условиях: сбалансированном и устойчивом обеспечении необходимыми для растений элементами питания и водой; хорошей аэрации почвы, при которой корни деревьев не испытывают кислородного голодания; достаточной проточности внутрипочвенной влаги, обеспечивающей непрерывный приток питательных веществ к корням и удаление от них продуктов метаболизма; отсутствии в почве токсичных химических соединений или любых соединений в концентрациях, токсичных для растений и негативно влияющих на их рост и развитие.
Для успешного ведения лесного хозяйства необходимо знание как свойств почв, так и требований, которые предъявляют древесные породы к почвам.
Прямое взаимодействие древесных пород с почвами осуществляется через корневые системы. Чем больше (глубже) корнеобитаемый слой почвы, тем мощнее корневая система дерева и выше дерево, лучше его снабжение водой и элементами питания, механическое закрепление в почве, выше устойчивость против ветра. Корни многих древесных пород могут приспосабливаться к почве, изменяя свое строение в зависимости от ее свойств.
Так, для сосны в благоприятных почвенных условиях характерна глубокая и мощная корневая система. В почвах же на бедных элементами питания кварцевых песках и при неглубоком залегании грунтовых вод у сосны более развита поверхностная составляющая корневой системы. Близкое залегание грунтовых вод препятствует росту корней в глубину. Горизонтальное развитие корневой системы сосны наблюдается и в почвах с низким содержанием продуктивной влаги, особенно в условиях засушливого климата.
Ухудшение водного и пищевого режимов корнеобитаемого слоя почвы во всех описанных случаях приводит к снижению класса бонитета древесных растений. Чтобы оценить способность почвы обеспечивать деревья доступными элементами питания, необходимо учитывать следующие физиологические особенности растений:
- масса ежегодно создаваемой листвы (хвои) существенно возрастает в первые годы роста, а в дальнейшем изменяется довольно слабо;
- колебания в потреблении лесом элементов питания зависят в основном от величины годичного прироста всей массы органического вещества (ствола, ветвей, корней и листвы);
- годичный прирост с возрастом постепенно повышается до достижения максимальной величины, характерной для данного типа леса, затем начинается крутое, а потом — более постепенное снижение прироста;
- размер потребления элементов питания изменяется также с возрастом древостоя в соответствии с годичным приростом (максимум потребления всех элементов у сосняков, ельников и дубняков наблюдается в возрасте 20—40 лет, березняков — около 10 лет);
- лесообразующие породы характеризуются устойчивой избирательной по отношению к питательным элементам поглотительной способностью.
Система управления плодородием лесных почв (Sупр) состоит из трех подсистем: оптимизации естественного плодородия (Sопт), оперативного управления плодородием (Sопер) и расширенного воспроизводства плодородия (Sвоспр).
Схема управления плодородием лесных почв
Разработка системы управления плодородием почв опирается на следующие положения:
- плодородие почв для лесных культур — это взаимосвязанное сочетание постоянного воспроизводства условий роста в каждом годовом цикле развития и на всем протяжении жизненного цикла деревьев;
- по мере изменения возраста каждая древесная порода предъявляет к плодородию почвы разные требования, ухудшение эффективного плодородия в критическую фазу развития древостоя может привести к невосполнимым потерям продуктивности;
- плодородие почв и рост лесных насаждений находятся в диалектической взаимосвязи — лесной биоценоз участвует в формировании почвенного плодородия;
- лес (лесная экосистема) является элювиально-устойчивым растительным сообществом.
Каждая из подсистем управления плодородием почв предусматривает мониторинг развития древесных растений и всего биоценоза, в состав которого входят деревья; оперативный контроль за параметрами плодородия почвы; разработку управляющих воздействий и технологий их применения вплоть до достижения планируемого уровня продуктивности древостоя.
Система управления плодородием лесных почв
| Система | Цели | Управляемые (решающие) параметры плодородия | Управляющие воздействия человека |
| Sопт | Оптимизация потенциального плодородия; снятие факторов, ограничивающих продуктивность древостоя | Избыточное увлажнение, кислотность, токсичность, физические условия, дефицит элементов питания | Приведение в движение почвенной влаги, оптимизация окислительно-восстановительных условий, интенсификация жизнедеятельности микроорганизмов, известкование |
| Sопер | Создание условий роста и развития растений, обеспечивающих качество и высокую продуктивность древостоев | Почвенные режимы: водный, воздушный, пищевой, биохимический, биологический | Регулирование почвенных режимов |
| Sвоспр | Устойчивое повышение плодородия почвы с учетом общих потребностей выбранной древесной породы, исходя из траектории развития почв | Лесная подстилка, сложная структура почвенного покрова, запасы элементов пищевого режима, биологическая активность | Оптимизация биологического круговорота, поддержание баланса минеральных удобрений и микроэлементов, создание оптимального для почвы биоценоза, повышение биологической активности микроорганизмов |
Существуют следующие основные способы повышения плодородия лесных почв таежной зоны:
- оптимизация пищевого режима и физико-химических условий путем создания смешанных насаждений (введение в хвойный лес лиственных пород обогащает химический состав подстилки основаниями и азотом, ускоряет процесс разложения органических остатков и возврат химических элементов в почву, снижает кислотность);
- улучшение водно-воздушного режима корнеобитаемой зоны избыточно увлажненных почв проведением осушительной мелиорации (понижение уровня грунтовых вод или обеспечение стока внутрипочвенных вод облегчает снабжение кислородом корневых систем, ускоряет процессы разложения органических остатков и улучшает пищевой режим растений);
- улучшение пищевого режима деревьев за счет внесения минеральных удобрений;
- нейтрализация кислотности в результате внесения извести в почву (известкование);
- повышение эффективности минерального питания деревьев за счет заражения ризосферы микоризными грибами (путем внесения материала гумусовых горизонтов);
- улучшение биологического режима почв лесопарковых территорий за счет сохранения на месте растительного опада и подстилки, что способствует формированию естественного биоценоза почвы, повышению устойчивости почв к химическому и биологическому загрязнению, сохранению и повышению эффективности естественных механизмов воспроизводства плодородия.
Большое влияние на почву и ее плодородие оказывают следующие виды хозяйственной деятельности: рубки главного пользования, рубки ухода, лесопосадки. Особо сильное воздействие на почвы производит осушительная мелиорация, которой сопутствует коренное преобразование почв и структуры почвенного покрова. На улучшение лесорастительных свойств почв направлены также внесение минеральных и органических удобрений, торфование и глинование песчаных почв, сжигание порубочных растительных остатков.
Эти мероприятия оказывают благоприятное, но ограниченное в пространстве и времени воздействие.
Влияние хозяйственной деятельности на почвы может быть прямым и косвенным. К прямым воздействиям на почву относится нарушение почвенного профиля и почвенного покрова при лесозаготовках. В почвенном покрове появляются не свойственные природе линейные формы почвенных ареалов. При нарушении поверхностных горизонтов в местах прохода техники возможно развитие эрозионных процессов в условиях пересеченного рельефа. На ровных участках формируются техногенный микрорельеф и соответствующие ему нарушения почвенного профиля. В почвенном покрове появляются контуры скальпированных (со снятым органогенным горизонтом) и погребенных почв. Особенно значительные нарушения почв и почвенного покрова наблюдаются при сплошных рубках, проводимых в летнее время на избыточно увлажненных почвах водораздельных пространств.
Косвенные воздействия на почвы проявляются в результате изменения некоторых факторов почвообразования, всегда сопутствующих лесохозяйственной деятельности. В частности, сплошная рубка приводит к изменению элементов водного баланса почв. Резко уменьшается расход влаги на транспирацию, большее количество осадков достигает поверхности почвы. Как правило, происходит перераспределение в почвенном покрове поверхностного стока.
Сплошным рубкам леса нередко сопутствует заболачивание. Заметно меняется тепловой режим почв. Он становится более контрастным.
Зимой почвы могут глубже промерзнуть, а летом сильнее прогреваются. Это может способствовать ускорению процессов минерализации растительных остатков и высвобождению элементов минерального питания.
Еще одна существенная сторона косвенного влияния на почвы рубок леса — резкое изменение биологического круговорота веществ. С вывозом древесины из экосистемы безвозвратно изымаются огромные объемы биомассы, содержащие большие запасы минеральных элементов, поглощенных деревьями из почвы.
При естественном лесовозобновлении на смену хвойным породам часто приходят мелколиственные. Параметры биологического круговорота при этом существенно изменяются. Почвы вступают в неустойчивую фазу развития, что отражается на росте и развитии деревьев. Противоречивый, как правило, характер воздействия лесохозяйственной деятельности на почвы, их лесорастительные свойства, необходимо учитывать при разработке систем управления плодородием лесных почв.