Пространственная структура лесной подстилки в еловых экосистемах северной подзоны тайги

• Автор: Волков, Алексей Геннадьевич
• Шифр специальности: 03.02.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Архангельск
• Количество страниц: 130 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ЛЕСНАЯ ПОДСТИЛКА, ЕЕ РОЛЬ В ЭКОСИСТЕМЕ И

СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ПОЗНАНИЯ

ГЛАВА 2. ПРИРОДНО-КЛИМАТИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ РАЙОНА

ИССЛЕДОВАНИЯ

ГЛАВА 3. МЕТОДИКА И ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

3 Л. Полевые и лабораторные исследования

3.2. Статистический анализ

3.3. Геостатистический анализ

3.4. Характеристика объектов исследования
ГЛАВА 4. ПРОСТРАНСТВЕННАЯ СТРУКТУРА ЛЕСНОЙ ПОДСТИЛКИ
4.1. Вариабельность лесной подстилки
4.2. Пространственная неоднородность лесной подстилки
ГЛАВА 5. ВЗАИМОСВЯЗЬ ЛЕСНОЙ ПОДСТИЛКИ И КОМПОНЕНТОВ
ЭКОСИСТЕМЫ
5.1. Парцеллярное строение лесной экосистемы и лесная подстилка
5.1.1. Влияние парцеллярной структуры напочвенного покрова
на лесную подстилку
5.1.2. Геостатистическое моделирование парцеллярной структуры еловой экосистемы
5.2. Влияние рельефа на свойства лесной подстилки
5.3. Влияние лесной подстилки на почвенный покров
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ А
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
ПРИЛОЖЕНИЕ В
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность и степень разработанности темы исследования.
Лесная подстилка является важнейшим компонентом лесных экосистем и во многом определяет не только генезис почв, но и продуктивность лесных насаждений. Изучением отдельных свойств лесных подстилок в северотаежных еловых экосистемах занимались Н.И. Казимиров (1971, 1973), II.И. Базилевич (1993), II. Яиезз (1996), Т.В. Решетникова (2011) и др.
В настоящее время повышенный интерес проявляется к изучению структуры и пространственной неоднородности отдельных компонентов экосистем, в том числе лесной подстилки (Попова, 2000; Соломатова, 2004; Рыжова, 2008; Сорокин, 2009; Ильина, 2009; Подвезенная, Рыжова, 2009). Назрела необходимость перехода от качественного к количественному их изучению и пространственному анализу структурно-функциональных связей между ними (Карпов, 1969; Санников, 1985, 2012), что позволит подойти к созданию различных моделей функционирования экосистем (Усольцев, 2014).
Работ по анализу пространственной структуры лесных подстилок в ельниках черничных северной подзоны тайги мало (Красильников, 2007; Соломатова, 2004, 2006, 2007). Не полными являются и детальные сведения о пространственной неоднородности различных свойств лесной подстилки, их взаимовлиянии и влиянии на другие компоненты экосистемы.
Цели и задачи исследования.
Цель исследования - оценить структурно-функциональную вариабельность и пространственную неоднородность свойств лесной подстилки в еловых экосистемах северной подзоны тайги с помощью методов геостатистики и ГИС-технологий.

Задачи исследования:
1. Определить закономерности варьирования свойств лесной подстилки и ее отдельных подгоризонтов в еловых экосистемах.
2. Оценить пространственную неоднородность свойств лесной подстилки и се с труктурных элементов.
3. Установить пространственные особенности влияния рельефа и живого напочвенного покрова на лесную подстилку и ее структурные элементы.
4. Выявить пространственную неоднородность влияния лесной подстилки и её подгоризонтов на свойства (реакцию среды) почвенного покрова.
5. Разработать алгоритм расчетов и построения картографических материалов и дать сравнительную оценку общепринятых и геостатистических методов изучения неоднородности компонентов экосистемы (на примере лесной подстилки).
Научная новизна.
Впервые для еловых экосистем северной подзоны тайги с помощью методов геостатистики и ГИС-технологий проанализированы вариабельность и пространственная неоднородность свойств лесной подстилки и её подгоризонтов. Показана структурно-функциональная роль и дана количественная оценка взаимосвязей свойств компонентов лесной подстилки и связей ее свойств с другими компонентами экосистемы. Выявлена и количественно охарактеризована неоднородность влияния на лесную подстилку рельефа и живого напочвенного покрова. Установлен характер неоднородности влияния лесной подстилки и сё подгоризонтов на почвенный покров. Впервые для исследования неоднородности взаимосвязи компонентов лесных экосистем научно-обоснован и применен метод географически взвешенной регрессии.
Теоретическая н практическая значимость работы.
Полученные результаты исследования дополняют уже существующие немногочисленные данные по структурной и пространственной неоднородности лесной подстилки в еловых экосистемах. Установленные нами особенности пространственного варьирования свойств лесной подстилки, необходимы для решения задач моделирования процессов в еловых экосистемах. С практической точки зрения результаты исследования дают возможность более точной оценки

Элементарные..., 1992). Так, формирование текстурно-дифференцированных и альфегумусовых почв во многом происходит при участии органических кислот, основным источником которых является лесная подстилка (Тонконогов, 1992; Черняховский, 1994; Роде, 2008; Зайдельман, 2009). Наряду с микроорганизмами лесной подстилки, функцией регулирования воздушного, окислительно-восстановительного режима, органические кислоты обуславливают процесс глееобразования (Зайдельман, 1974; 1998). В ряде почв тундры и арктической зоны лесная подстилка может полностью заменять почву, фактически беря на себя функции обеспечения плодородия (Васильевская, 1980; Кариачевский, 1994), а в южных районах выступает в роли барьера для почвенной эрозии (Рыбакова, 1993; Ивошш, 2013).
Основными показателями, характеризующими лесную подстилку, являются запас и мощность, а также агрохимические свойства: реакция среды, содержание углерода, питательных элементов и т.д. (Методические рекомендации..., 1979; Карпачевский, 1981).
Традиционно считается, что увеличение запасов лесной подстилки происходит с юга на север, что связано с замедлением процессов гумификации и минерализации в холодных и влажных условиях гумидного климата, при этом хвойные леса накапливают существенно большие запасы лесной подстилки, чем лиственные, в связи с большей скоростью разложения лиственного опада (Базилевич, Титлянова, 1978; Базилевич, Гребенщиков, 1986; Богатырев, Свентицкий, 1998).
Так, ельники лесотундровой зоны накапливают от 42 до 78 т/га лесной подстилки, при этом доля слоя L составляет 5-10%, I*' - 73-76%, а II - 13-20% (Ведрова, 2002). Однако для ельников той же зоны в Северной Америке запас лесной подстилки составляет 50-52 т/га, с долей листового слоя 15-20%, ферментативного - 19%, а гумусированного - 61-74% (Weber, 1981).
С продвижением на юг, по данным П.И. Базилевич (1993), запасы лесной подстилки в зоне северной тайги составляют для ельников — от 8 до 45 т/га. При этом в той же лесорастительной зоне исследования R. Ruess ct. all (1996) выявили значительно большие значения запасов лесной подстилки, составляющие в еловых экосистемах 80-115 т/га. Исследования Т.В. Решетниковой (2011) показали, что