В лесном хозяйстве нередко применяют сельскохозяйственное пользование на раскорчеванных лесосеках. Чаще всего по фону сплошной обработки почвы в первые 1—2 года сеют просо, затем рожь, картофель или другие корнеплоды. Обычно после 3 лет сельскохозяйственного пользования на песчаных и супесчаных почвах, после 5 лет на глинистых почвах, закладывают лесные культуры, а в их междурядьях продолжают сельскохозяйственное пользование до тех пор, пока посадочные ряды вырастут и сделают дальнейшее применение сельскохозяйственных культур неэффективным.
Исследования Г. Бургера на швейцарской лесной опытной станции показали, что оголение лесной площади и раскорчевка ее с дальнейшим сельскохозяйственным пользованием сильно ухудшают физические свойства лесной почвы. Бургер писал: «На плоскогорье Бигленвальда можно и теперь установить отрицательное влияние сельскохозяйственного пользования, хотя посадки ели и пихты имеют уже 40 лет», т. е. прошло 40 лет с тех пор, как оно прекратилось. В Тростянецком опытном лесхозе Сумской области, богатом старыми культурами разного происхождения, есть такие, которым предшествовало сельскохозяйственное пользование разной длительности: от 1 до 5 лет (краткосрочное), от 5 до 10 лет (длительное) и более 10 (долгодлительное). К последней категории относятся все так называемые «старопахоти» — поляны, на которых в течение десятилетий применялось сельскохозяйственное пользование.
П. К. Фальковский, пользуясь методикой Бургера-Копецкого, произвел исследования физических свойств почвы в разных условиях, в частности — после сельскохозяйственного пользования разной длительности. Особенное внимание было обращено на величину некапиллярной скважности (или «воздухоемкости», по Копецкому), т. е. на объем крупных пор, которые даже после полного насыщения водой остаются наполненными воздухом. Почвы — темно-серые лесные суглинки на возвышенных плато, покрытых дубравами.
Изменение физических свойств лесных почв под влиянием сельскохозяйственного пользования (по П. К. Фальковскому, 1929)
Данные показывают, что наибольшей некапиллярной скважностью (воздухоемкостью) — 20,9% отличается почва под старой дубравой, никогда не знавшая сельскохозяйственного пользования. У нее же наибольшая водопроницаемость верхнего горизонта — 10-сантиметровый слой воды входит в почву в течение 2 мин. За ней идут средневозрастные насаждения и естественный молодняк; их показатели воздухоемкости несколько ниже (17,4 и 13,4%), они — результат временного оголения почвы при рубке сплошными лесосеками.
Распахивание лесной целины резко сокращает воздухоемкость. После 3-летнего пользования она падает до 9,8%, после 8-летнего — до 6,4%, после 13-летнего — до 5%. Соответственно изменяется скорость впитывания влаги поверхностным слоем почвы — от 2 мин на целине под старой дубравой до 19 мин на 3-летней пашне и 75 мин — на 13-летней. Отсюда следует, что водопроницаемость верхнего почвенного слоя может быть с успехом использована в качестве быстрого, простого, удобного и достаточно точного метода общей оценки физических свойств почвы.
Падение воздухоемкости и водопроницаемости происходит вначале быстро, а затем замедляется. Уровень воздухоемкости, равный 5%, становится предельной величиной, знаменующей наихудшие физические качества верхнего горизонта темно-серой лесной почвы. Во всех случаях распаханная почва теряет свои лесные черты, приобретая свойства обычной пашни.
После прекращения пахоты и заложения лесной посадки почва уплотняется в аналогичном темпе: сначала быстро, а после смыкания культур медленнее. 3-летняя пашня имеет 9,8% воздухоемкости, а под пологом 15-летних лиственных культур она падает до 6,3%, в 25 лет — 5,8%, в 35—40 лет — 5,2%.
Следовательно, в лесных культурах, созданных на распаханной лесной почве, недостает какого-то фактора, который присутствует в почвах естественных лесов, не знавших сельскохозяйственного пользования, фактора, формирующего и восстанавливающего крупные поры и некапиллярную скважность. Очевидно, это специфическая почвенная фауна, которая при распашке уменьшается в числе и в видовом составе. Истребленная частично или полностью во время пахоты и не восстановившаяся или восстанавливающаяся медленно и в малом числе, она не в состоянии противостоять процессу оседания и уплотнения пахотного горизонта, структурные отдельности которого разрушены пахотой.
Именно уроном, который нанесен почвенной фауне сельскохозяйственным пользованием, объясняется поразительная долговечность посадочных плужных борозд, сохранявшихся в старых лесных культурах по сельскохозяйственному пользованию в течение десятилетий. А. И. Зражевский отмечает медленность заселения целинной почвенной фауной участков взрослых культур, которым предшествовало сельскохозяйственное пользование.
Примесь лиственницы в 50-летних культурах дуба после временного сельскохозяйственного пользования (участки 15 и 17) подымает воздухоемкость и водопроницаемость на тот уровень, который свойствен целинной лесной почве под молодняками (участок 3). Примесь ели увеличивает капиллярную скважность и общую рыхлость почвы, однако почти не восстанавливает воздухоемкости. Следовательно, данные П. К. Фальковского подтверждают для дубравных почв вывод Пеншука о полезной роли лиственницы, «разрыхляющей» почву, и неспособности ели оказывать подобное же влияние. Лиственница увеличивает скважность даже и в более глубоких горизонтах почвы, она подымает их скважность даже на более высокий уровень, чем в целинной лесной почве под старой дубравой.
Временное сельскохозяйственное пользование производит значительное изменение в химическом составе почвы, в составе и численности микрофлоры и интенсивности микробиологических процессов. При распашке лесной почвы количество гумуса уменьшается, и тем сильнее, чем продолжительнее распашка: от 9% в верхнем горизонте целинной почвы старой дубравы (уч. 1) до 3,6% под 40-летпей культурой на бывшей поляне (уч. 13).
В таблице дана краткая сводка данных влияния сельскохозяйственного пользования на химический состав верхнего горизонта лесных почв и интенсивность микробиологической деятельности в ней, связанной с балансом азота.
Влияние сельскохозяйственного пользования на химический состав и микрофлору верхнего горизонта лесных почв
Данные, касающиеся песчаных почв, взяты нами из работ Д. Д. Лавриненко. Это — участки 1—4, относящиеся к свежим борам и представляющие ступени последовательного нарастания длительности сельскохозяйственного пользования, от целинной мелкодерновой песчаной почвы с подстилкой до той же почвы, подвергавшейся 3-лстнему сельскохозяйственному пользованию (уч. 2), и, наконец, уч. 3 и 4 — песчаные почвы, пребывавшие недолго под сельскохозяйственным пользованием, а в промежутках — под залежью. Это — настоящие пустыри, и последний из них — 4-й участок — наиболее долгосрочный в этом отношении, утративший свое плодородие настолько, что сосновые культуры на нем не могут расти сколько-нибудь удовлетворительно. В связи с этим участки пустырей 3 и 4 показаны как боровые.
Для дубравной серии на высокоплодородных почвах Тростянецкого лесхоза мы располагаем анализами нашей лаборатории (З. М. Корецкая и С. А. Патук): участок 5 — целинная дубравная почва, 6 — та же почва после 3-летнего сельскохозяйственного пользования, 7 — почва поляны, заросшей косимыми травами.
Из рассмотренных данных и сопоставления с предшествующими вытекает, что при значительном и неблагоприятном изменении физических свойств верхнего почвенного горизонта в первые годы пахоты в нем увеличивается подвижность ряда питательных элементов. Количество гумуса в первые годы падает незначительно, кислотность снижается, появляется наиболее продуктивный азотфиксатор — азотобактер и увеличивается количество другого азотфиксатора — клостридия. Повышается количество валового азота и интенсивность нитрификации, увеличивается подвижность фосфора и калия. Эти изменения происходят, видимо, в связи с большим доступом тепла и влаги на лесосеке, увеличением дисперсности почвы, являющимся результатом распыления почвы механической обработкой, быстрой минерализацией той части гумуса, которая наиболее легко поддается разложению в полевых условиях, и, возможно, изменением также и состава микрофлоры из-за лучших условий для бактерий и худших для грибов.
Однако благоприятные условия длятся не более 3 лет, и их положительное влияние может сказаться лишь на приживании только что заложенных культур. Да и создающиеся здесь благоприятные условия в большей мере обязаны сохранению подлесных почвенных условий, нежели частичным сдвигом их в лучшую сторону под влиянием рубки и сельскохозяйственного пользования. Далее происходит уменьшение количества подвижных элементов на уровень более низкий, чем в исходных лесных условиях. Особенно резко это сказывается на песчаных пустырях, где рост сосны падает, хвоя ее уменьшается в размере, желтеет. Анализы и опыт с удобрением показали в первом минимуме азот и высокую эффективность внесения его в органической форме (Д. Д. Лавриненко, 1960).
Что касается богатых дубравных почв, то в них не происходит крайних степеней обеднения. Даже почвы, давно вышедшие из-под леса, не обедняются в такой степени, чтобы они могли выйти из группы D — наиболее плодородных почв. Однако происходит сдвиг в сторону соседней группы С (судубрав), и можно ожидать, что на старопахотных вариантах лесостепных суглинков удовлетворительно будут расти только дуб и липа, а спутники дуба, особенно такие требовательные, как ясень и ильмовые, отстанут в росте, уйдут во второй ярус и выпадут. Рядовые культуры дуба и липы с подлеском лещины при воспитании ступенчатой структуры полога, а также специальные мероприятия по восстановлению почвенной мезофауны и микрофлоры могут ускорить восстановление утраченного почвенного плодородия и высокой продуктивности.
По исследованиям П. К. Фальковского (1929), на дубравных почвах культуры лучше всего растут в первые годы после краткосрочного (3-летнего) сельскохозяйственного пользования, оставляя позади культуры, заложенные на нераскорчеванных лесосеках. Сильно отстают в первые годы от всех других культуры на полянах — старопахотах. Однако с 15 до 25-летнего возраста прирост на всех трех участках сравнивается. В 35 лет культуры на нераскорчеванной лесосеке обгоняют соседей, текущий прирост по высоте у них в это время в среднем 46 см в год, а в культурах после временного сельскохозяйственного пользования — всего 18 см, т. е. в 2,5 раза меньше. Прирост по диаметру пропорционален приросту по высоте, а прирост по объему в 25-летнем возрасте у культур после временного сельскохозяйственного пользования и на поляне приостанавливается.
По мнению П. К. Фальковского, превышение роста культур после сельскохозяйственного пользования в течение первого десятилетия их жизни объясняется накоплением влаги с помощью сельскохозяйственных культур. Нам думается, что едва ли в данном случае какая-либо из описываемых культур имеет преимущество над другими, так как все участки в течение первых лет после рубки получали примерно одинаковое количество влаги. Анализы почв показывают, в чем заключается ведущая причина этого явления.
Подводя итоги своим исследованиям, П. К. Фальковский приходит к выводу, что применяемое временное сельскохозяйственное пользование в дубравах препятствует восстановлению сложных дубрав с участием спутников дуба — ясеня, клена, ильмовых в первом ярусе. П. К. Фальковский подчеркивает, что подлесочные породы в таких участках не заселяются. Они могут встречаться лишь в опушках, прилегающих к соседним естественным насаждениям. По-видимому, в контуре площадей, где преобладает временное сельскохозяйственное пользование, необходимо оставлять участки «лесной целины» — нераспаханные полосы первичных лесных почв. Такие участки станут центрами сохранения, а в дальнейшем и расселения исчезнувших при сельскохозяйственном пользовании важных элементов фауны и флоры, с помощью которых можно быстрее восстановить утраченные почвой лесные свойства.
Заключая свою обширную работу «Физические свойства лесных и полевых почв» (1922), швейцарский лесовод Г. Бургер писал: «Следует быть довольным, если почва, будучи закультивированной после временного сельскохозяйственного пользования, сможет восстановить свое плодородие до степени природного луга в течение одного оборота рубки. Для поднятия плодородия до степени хорошей лесной ей необходимо, по меньшей мере, две генерации».