Дослідження процесів розкладання підстилки у природних дібровах Поділля

1 Uman National University of Horticulture, Uman, Ukraine 2 National Park "Karmelyukove Podillya", Chechelnik, Ukraine

RESEARCH OF LITTER DECOMPOSITION PROCESSES IN NATURAL OAK FORESTS OF PODILLYA

The research compares morphological characteristics and speed of litter decomposition in natural oak forests that differ by their composition. Leaf fall litter rate (LLR) or index of intensity of biological rotation is calculated for all experimental natural forest plantations of Karmelyuk Podillya National Park. The seasonal litter reduction is identified. The mean value LLR interval for the natural forests is 1-1.7. It is concluded that this index depends on the composition of the woodland, the type of the forest, the lay of the land and the weather conditions. In the plantations with English oak (Quercus robur) prevalence the accumulation of massive powerful bedding takes place. The leaf fall of wild Service tree (Sorbus torminalis) and large-leaved Lime (Tilia platyphyllos) is determined to effect the speed of the bedding decomposition in the natural forests. The introduction of these species into the English oak plantations is recommended. The organic decomposition, which is the main material for the formation of forest litter and humus and, at the same time, one of the most important parts of biological forest and soil metabolism, is explored. The formation of the airhydrological regime of the upper soil layers is revealed to depend on the type of the woodland. The determined sediment-bedding factor confirms the significant influence of lime and bereach leaf fall on the 2-3 year mineralization of litter. Therefore, in the forest cultures of English oak, the authors recommend introduction of wild Service tree and large-leaved Lime, which will contribute to the formation of highly productive Podilsky groves. To determine the dynamics of accumulation and decomposition of forest precipitates and litter, the authors determined the mass of forest litter, annual precipitation and sediment-bedding coefficients and on this basis concluded that large deviations by weight of annual precipitation and forest litter in plantations of the same age and composition were not found. However, the admixture of English oak in the composition of mixed cultures increases the intensity of decomposition of forest litter.

Keywords: leaf fall litter rate; forest litter; leaf fall; decomposition process; types of oak forest.

Вступ. Найважливішим екологічним чинником, що визначає можливість існування лісу є ґрунт. Від генетичного типу, механічного складу та інших властивостей ґрунту залежить породний склад лісу, а збалансоване надходження елементів живлення забезпечує оптимальний ріст деревних рослин. Ґрунти природних лісів відзначаються різним біологічним кругообігом, що сприяє нагромадженню поживних речовин. Вивчення питань малого біологічного кругообігу не є новим. Найбільш значні й досконалі дослідження з питань малого біологічного кругообігу, а саме в ланці споживання хімічних елементів, виконано в МГУ під керівництвом Н. П. Ремезова (1961), П. С. Погребняка (1993), де в різних вікових категоріях сосняків вивчено щорічне споживання елементів живлення та повернення їх з опадом. Досліджували залежності між ґрунтом та фітоценозом у своїх працях такі вчені: А. А. Дубіна (1972),

Н. Г. Ремезова (1961), А. П. Травлєєва (1972), Н. М. Цвєткова (1992). Органічний опад є основним матеріалом для утворення лісової підстилки і гумусу, однією із найважливіших ланок біологічного обміну речовин між лісом і ґрунтом. У наукових працях В. Р. Вільямса, Г. Ф. Морозова, С. В. Зонна, М. О. Ткаченка, як вказують, посилаючись на них, М. І. Г ордієнко, В. П. Шлапак, А. Ф. Гойчук, В. О. Рибак, В. М. Маурер, Н. М. Гордієнко, С. Б. Ковалевський (2002), висвітлено вплив лісового опаду на накопичення підстилки, характер ґрунтоутворення, ріст і продуктивність деревостанів, ґрунтозахисні властивості. На цій основі було започатковано балансовий метод оцінювання біологічного кругообігу за показниками: "взято утримано повернено". Згодом фундаментальні роботи Л. Є. Родіна, Н. П. Ремезова і Н. І. Базилевича (1968) значною мірою поглибили знання про біологічний кругообіг у різних кліматичних зонах із різними рослинними асоціаціями, зокрема і в лісах Поділля.

Для визначення динаміки нагромадження і розкладання лісового опаду і підстилки в Пристепових культурах сосни М. І. Гордієнко, В. П. Шлапак (1998) визначали масу лісової підстилки, річного опаду й опадо-підстилкові коефіцієнти в чистих і з домішкою дуба (1520 %) соснових культурах 19-, 55і 100-річного віку. Автори зробили висновок, що великих відхилень за масою річного опаду і лісової підстилки в насаджень однакового віку й складу не виявлено. Однак домішка дуба в складі культур сосни підвищує інтенсивність розкладання лісової підстилки. Як встановили В. П. Шлапак,І.І. Логвіненко (1999), величина опадо-підстилкового коефіцієнта в культурах різного віку дає уявлення про інтенсивність накопичення та розкладу лісової підстилки.

У нещодавно створеному Національному природному парку "Кармелюкове Поділля" протягом 20162017 рр. були проведені дослідження особливостей трансформації органічної речовини підстилки у природних біоценозах в умовах Південного Поділля з метою їх порівняння та виявлення відмінностей.

Як зазначив П. С. Погребняк (1993), Поділля охоплює найдальшу західну частину українського Лісостепу, що відрізняється від інших лісостепових районів значним піднесенням абсолютних височин поверхні, помірними температурними коливаннями, майже суцільним пануванням лісових ґрунтів. Чечельницьке лісництво (Вінницька обл.), на базі якого створено НПП "Кармелюкове Поділля", належить до Наддністрянського лісівничого району, південно-східного підрайону. Особливу цінність Національного природного парку "Кармелюкове Поділля" становлять лісові площі, де переважають дубово-грабові діброви природного насіннєвого походження, деревостани яких утворюють два види дуба: Quercus robur (L.) Willd і Quercus petraea Liebl. з участю Sorbus torminalis (L.) Crantz. На типологічний склад лісів тут впливають експозиційні схили, розчленовані ярами. На верхній частині схилів зустрічаємо абсолютне панування дуба скельного, у нижніх частинах схилів і ярках виявлено відсутність дуба скельного й панування дуба звичайного. Тут сформовані сірі опідзолені ґрунти та чорноземи опідзолені.

Проблема підвищення продуктивності та біологічної стійкості дібров Південного Поділля була і залишається надзвичайно важливою в нинішній екологічній ситуації. Незважаючи на значну кількість наукових розробок, вивчення питань зв'язку біологічного кругообігу поживних речовин між ґрунтом і деревостаном у сучасних екологічних умовах залишається актуальним.

Метою дослідження було визначення опадо-підстилкового коефіцієнта (ОПК) або індексу інтенсивності біологічного кругообігу для природних і штучних лісів Національного природного парку "Кармелюкове Поділля" та встановлення залежності цього показника від різних чинників.

Табл. 1 Характеристика дослідних насаджень природного походження

Обговорення отриманих результатів дослідження. У лісових масивах парку закладено шість пробних площ, по 0,25 га кожна. Вік насаджень становить 65-90 років, повнота 0,6-0,8, з перевагою ІІІ і IV категорій дерев (за Крафтом). Підстилку відбирали у весняний, літній і осінній сезони з десятикратною повторністю. Зважування та опис проб здійснювали за "Програмою і методикою біогеоценологічних досліджень" (1974) (табл. 1).

До однієї з головних характеристик біологічного кругообігу можна віднести його інтенсивність. Показником, який дає уявлення про інтенсивність, можна вважати коефіцієнт утилізації органічної речовини опадопідстилковий коефіцієнт (ОПК) (М. І. Г ордієнко, В. П. Шлапак, А. Ф. Гойчук, В. О. Рибак, В. М. Маурер, Н. М. Гордієнко, С. Б. Ковалевський, 2002, В. І. Парпан, 1977, І. В. Царик, 1977, М. І. Гордієнко, В. П. Шлапак, 1998, В. П. Шлапак, І. І. Логвіненко, 1999). Опадо-підстилковий коефіцієнт визначали як відношення кількості нерозкладеної підстилки до кількості опаду зеленої маси. Він дає можливість із певною вірогідність виміряти швидкість біокругообігу речовин у конкретному біогеоценозі, характеризує відношення запасів підстилки до запасів опаду зеленої маси. Термін, який ввів німецький учений Ебермайер у 1953 р., вживають для оцінювання швидкості розкладу мертвих органічних залишків. Цей показник об'єктивно оцінює початкову швидкість деструкції та мінералізації свіжо відмерлої фітомаси.

Швидкість розкладу органічних залишків залежить від сукупності чинників, які можна об'єднати у три групи. Перша група характеризує якісний склад рослинного опаду. Вона включає видовий і фракційний склад опаду, вік, особливості хімічного складу рослин у різних умовах існування, сезонні зміни та ін. До другої групи можна віднести діяльність живих організмів, які розкладають майже всі органічні речовини. Серед них особливої уваги заслуговують бактерії, гриби, ґрунтові безхребетні та ін. Третя група чинників показує вплив умов середовища, зокрема: температури, вологості та ін. Усі перелічені чинники впливають разом і часто зумовлюють один одного.

Тип деревостану також відіграє визначальну роль у структурі налягання листових пластин. Такі породи, як: граб, липа, берека, ясен, формують пухку підстилку, яка добре пропускає повітря та вологу, а також сприяє росту молодих паростків. Щільна підстилка дуба має клейончасту структуру. Така підстилка набагато гірше пропускає повітря до верхніх горизонтів ґрунту, погано поглинає вологу, затримуючи на своїй поверхні, що сприяє випаровуванню води і зменшенню надходжень її до ґрунту. Молодим пагонам важко пробитися крізь таку підстилку, а відсутність вологи призводить до їх всихання у літній період.

Накопичена маса є одним із важливих показників швидкості розкладання підстилки. Чим інтенсивніше буде відбуватися процес деструкції органічної речовини, тим менша маса підстилки буде на кінець сезону вегетації. Дослідженнями встановлено, що в осінній період ці показники дорівнювали 6,0-11,6 т/га. Дані для кожного насадження наведено в табл. 2.

Якщо порівняти дані ОПК, то можна відзначити, що, окрім умов місцезростання, на розкладання підстилки впливає хімічний склад опаду. Підстилка з перевагою дуба містить багато дубильних речовин, які знижують роботу мікробіоти, тому в чистих дубових насадженнях знаходиться 4-5-річний запас щорічного опаду, що відповідає загальмованому типу кругообігу. Взявши до уваги опад липи і береки, можна стверджувати, що він прискорює розкладання опаду дуба, а домішка опаду клена з ясенем сповільнюють цей процес.

Розкладання підстилки відбувається в теплий період року та проявляється у зменшенні її маси щодо початкової. Процес розкладання підстилки, з якої формується м'який перегній, характеризується певною швидкістю. Використавши дані розкладання підстилки в різних деревостанах, можна порівняти швидкість її розкладання на основі встановлених відсоткових частин мінералізованих мас підстилки за вегетаційний період (рисунок).

Таблица 2

Рис. 1 Мінералізована частка підстилки за вегетаційний період ДубовоДубовоДубовоДубовоДубовоДубоволипова ясеневоберекова грабовограбова ясенева

Як видно з рисунка, найбільша маса підстилки за вегетаційний період мінералізувалася у дубово-липовій діброві. Менша маса підстилки мінералізувалася у насадженнях, в яких у ній переважає листя дуба. Виявлено позитивний вплив на мінералізацію підстилки наявності в її складі значної кількості листя береки.

Висновки

1. Формування повітряно-гідрологічного режиму верхніх шарів ґрунту залежить від типу деревостану. Найбільш сприятливою для процесів ґрунтоутворення є грудкувато-листова структура, яку формує опад липи, береки та граба. Опад дуба розкладається найповільніше.

2. Швидкість розкладання підстилки залежить від умов місцезростання та хімічного складу опаду. Середній показник опадо-підстилкового коефіцієнта становить для природних лісів 1,0-1,7. Формування змішаних насаджень сприяє прискоренню процесу розкладання опаду дуба звичайного.

3. Визначений опадо-підстилковий коефіцієнт підтверджує вагомий вплив опаду липи й береки на мінералізацію підстилки за 2-3 роки. Тому в лісові культури дуба звичайного рекомендуємо введення цих супутніх порід, що сприятиме формуванню високопродуктивних подільських дібров.

розкладання підстилка ліс поділля

Перелік використаних джерел

1. Dubin, A. A. (1972). Forest litteras a component of natural forest biogeocenosis of the sout heast of Ukraine and the Moldovan garnets an forests. Abstract of Candidate Dissertation for Biology Sciences (03.02.07 Genetics). Donetsk, 17 p. [In Ukrainian].

2. Gordienko, M. I., & Shlapak, V. P. (1998). The near steppe pine forests of Ukraine. Lviv: Prestige Inform, 265 p. [In Ukrainian].

3. Gordienko, M. I., Shlapak, V. P., Goichuk, A. F., Rybak, V. O., Maurer, V. M., Gordiyenko, N. M., & Kovalevsky, S. B. (2002). Scots Pine (Pinus sylvestris L.) in Ukraine. Kyiv: Institute of Agricultural Economics, 872 p. [In Ukrainian].

4. Parpan, V. I. (1977). Litter, fores litter and biocorre lation of chemical elements in cultural forest biogeocenosis of the Lesser Polesye of the USS. Abstract of Candidate Dissertation for Biology Sciences (03.00.12 Plant Physiology). Donetsk, 20 p. [In Ukrainian].

5. Pogrebnyak, P. S. (1993). Forest ecology and typology. Kyiv: Naukova Dumka, 495 p. [In Ukrainian].

6. Popova, N. V. (2007). Diagnostics of Ecosystem Stability by Intensity of Organic Substance Transformation Processes. Ecological systems and devices, 5, 3-5. [In Ukrainian].

7. Remezov, N. G. (1961). Decomposition of forest litter and circulation of elements in oak forests. Soil Science, 7, 1-12. [In Ukrainian].

8. Rodin, L. E., Remezov, N. P., & Bazilevich, N. I. (1968). Methodological Instruction stothestudy of dynamics and biological cycleinphytocenoses. Leningrad. 143 p. [In Ukrainian].

9. Shlapak, V. P., & Logvinenko, I. I. (1999). The Chyhyryn pine forest. Lviv: Prestige Inform, 110 p. [In Ukrainian].

10. Travleev, A. P. (1972). The interaction of vegetation with soilsin forest biogeocenoses of the present steppes of Ukraine and Moldova. Abstract of Doctoral Dissertation for Biology Sciences (06.03.01 Forest Crops and Phytomelioration). Dnipro. 49 p. [In Ukrainian].

11. Tsarik, I. V. (1977). Accumulation and decomposition of litterin biogeocenoses of the subalpine belt of the Carpathians. Abstract of Candidate Dissertation for Biology Sciences (03.02.07 Genetics). Dnipro, 30 p. [In Ukrainian].

12. Tsvetkova, N. N. (1992). Peculiarities of migration of organo mineral substances and microelements in forest biogeocenosis of the Ukrainian steppe. Dnipro: DSU. 236 p. [In Ukrainian].

13. Vyshenska, I. G., Didukh, Ya. P., Skidanova, A. A., & Alioshkina, U. M. (2007). Comparative study of the forest bedding energy storage of coniferous and deciduous phytocoenosis. Ukrainian botanicaljournal, 64(2), 177-194. [In Ukrainian].

14. Zhitska, N. V. (2011). Investigation of the connection between the rate of decomposition of little randash precipitation in natural forest biogeocenosis. Arboriculture and agroforestry, 119, 137. [In Ukrainian].

15. Zhitska, N. V. (2013). Environmental properties of litter forest biogeocenosis (near the outskirts of the Cherkasy Region). Kyiv, 20 p. [In Ukrainian].В. П. Шлапак1, Н. П. Шпак2, Г. П. Леонтяк2, С. А. Коваль1, Е. Ю. Марно-Куца1