Теоретическая и прикладная экология

1995-43012618-8406

10.25750/1995-4301-2026-2-129-136

Other

Амфифильные свойства почвенного органического вещества в первые годы после рубки древостоя

Amphiphilic properties of soil organic matter in the first years after stand cutting

Старцев

В. В.

Startsev

V. V.

vik.startsev@gmail.com

https://orcid.org/0000-0002-6425-6502

Дымов

А. А.

Dymov

A. A.

https://orcid.org/0000-0002-1284-082X

Institute of Biology of Komi Science Centre of the Ural Branch of the Russian Academy of SciencesSyktyvkarRussia

Институт биологии ФИЦ Коми научного центра УрО РАНСыктывкарРоссия

25062026

2129136

http://envjournal.ru/ari/v2026/v2/26212.pdf

В работе представлены данные по амфифильности органического вещества подзолистых почв (Retisols) после сплошнолесосечной рубки с применением многооперационных комплексов харвестер/форвардер. Исследование проводилось на разных технологических элементах вырубки: пасечный участок и волока (3П - три прохода лесозаготовительной техники, 10П - десять проходов, 10Р - с последующим выравниванием). Для изучения амфифильных свойств почвенного органического вещества (ПОВ) был использован метод хроматографии гидрофобного взаимодействия. Установлено, что для всех участков наблюдается высокое содержание гидрофильных фракций ПОВ, отличающихся высокой миграционной и реакционной способностью, как в подстилках, так и в минеральных горизонтах. Их доля увеличивается в процессе лесовозобновления. Гидрофобные фракции, состоящие из лигнинсодержащих соединений, имеют высокую степень корреляции с общим содержанием углерода в почве (r = 0,69-0,77, p < 0,05), общим содержанием азота (r = 0,66-0,79, p < 0,05) и водорастворимой фракцией углерода (r = 0,45-0,74, p < 0,05). Показано, что органическое вещество чутко реагирует на антропогенную нагрузку на уровне содержания амфифильных фракций, поскольку они существенно различаются от исходных показателей после сплошнолесосечной рубки. Происходит накопление гидрофобных лигнинсодержащих фракций, образующихся в результате разложения растительных остатков, в почвах волоков вследствие механического перемешивания верх-них минеральных горизонтов с подстилкой после прохождения тяжёлой колёсной техники.

The cutting industry is one of the factors that makes a significant contribution to the disruption of forest ecosystems. The aim of the work is to study the hydrophilic and hydrophobic components of organic matter in soils after cutting. The paper presents data on amphiphilicity of organic matter of podzolic soils (Retisols) after clear-cutting with the use of multi-operational harvester/forwarder complexes. The study was conducted on different technological elements of clearcutting: apiary plot and drags (3P - three passes of harvesting equipment, 10P - ten passes, 10P - followed by leveling). Hydrophobic interaction chromatography was used to study the amphiphilic properties of soil organic matter (SOM). It was found that for all sites there is a high content of hydrophilic fractions characterized by high migration and reactivity, both in litter and mineral horizons. Their share increases in the process of reforestation. There is an accumulation of hydrophobic lignin-containing fractions formed as a result of decomposition of plant residues in the soils of windrows. It was found that hydrophobic fractions consisting of lignin-containing compounds have a high degree of correlation with total soil carbon (r = 0.69-0.77, p < 0.05), total nitrogen (r = 0.66-0.79, p < 0.05) and water-soluble carbon fraction (r = 0.45-0.74, p < 0.05). It is shown that organic matter reacts sensitively to anthropogenic load at the level of amphiphilic fractions content, as it significantly differs from the initial indicators after clear-cutting. The accumulation of hydrophobic lignin-containing fractions, formed as a result of decomposition of plant residues, occurs in the soils of windrows as a result of mechanical mixing of the upper mineral horizons with the litter as a result of the passage of heavy wheeled machinery.

сплошная рубкахроматография гидрофобного взаимодействияподзолистые почвы

continuous cuttinghydrophobic interaction chromatographyRetisols

Работа выполнена в рамках ГБ темы «Почвы и почвенные ресурсы европейского Северо-Востока России в условиях современных климатических изменений, антропогенного пресса и социально-экономических вызовов» (№ 125021902454-1).

1. Крышень А.М. Растительные сообщества вырубок Карелии. М.: Наука, 2006. 262 с.

2. Лукина Н.В., Полянская Л.М., Орлова М.А. Питательный режим почв северотаежных лесов. М.: Наука, 2008. 341 с.

3. Дымов А.А. Влияние сплошных рубок в бореальных лесах России на почвы (обзор) // Почвоведение. 2017. № 7. С. 787–798. doi: 10.7868/S0032180X17070024

4. Долгая В.А., Бахмет О.Н. Свойства лесных подстилок на ранних этапах естественного лесовозобновления после сплошных рубок в средней тайге Карелии // Лесоведение. 2021. № 1. С. 65–77. doi: 10.31857/S0024114821010022

5. Карпачевский Л.О. Динамика свойств почвы. М.: ГЕОС, 1997. 170 с.

6. Kuuluvainen T., Gauthier S. Young and old forest in the boreal: critical stages of ecosystem dynamics and management under global change // For. Ecosyst. 2018. V. 5. Article No. 26. doi: 10.1186/s40663-018-0142-2

7. Дымов А.А. Сукцессии почв в бореальных лесах Республики Коми. М.: ГЕОС, 2020. 336 с. doi: 10.34756/GEOS.2020.10.37828

8. Милановский Е.Ю. Гумусовые вещества почв как природные гидрофобно-гидрофильные соединения.М.: ГЕОС, 2009. 185 с.

9. Умарова А.Б. Преимущественные потоки влаги в почвах: закономерности формирования и значение в функционировании почв. М.: ГЕОС, 2011. 265 с.

10. Дымов А.А., Милановский Е.Ю. Изменение органического вещества таежных почв в процессе естественного лесовозобновления растительности после рубок (средняя тайга Республики Коми) // Почвоведение. 2014. № 1. С. 39–47. doi: 10.7868/S0032180X14010043

11. Старцев В.В., Дымов А.А. Амфифильные свойства и водорастворимые компоненты органического вещества почв Приполярного Урала // Поч-воведение. 2021. № 12. С. 1492–1505. doi: 10.31857/S0032180X21120121

12. Чупрова В.В., Люкшина И.В., Белоусов А.А., Швабенланд И.С. Запасы и динамика легкоминерализуемой фракции органического вещества в почвах Средней Сибири // Вестник КрасГАУ. 2003. Вып. 3. С. 65–74.

13. Власенко О.А. Динамика углерода подвижного гумуса в агрочерноземе при возделывании яровой пшеницы с помощью ресурсосберегающих технологий // Вестник КрасГАУ. 2015. № 9. С. 60–66.

14. Дымов А.А., Старцев В.В., Горбач Н.М., Севергина Д.А., Кутявин И.Н., Осипов А.Ф., Дубровский Ю.А. Изменения почв и растительности при разном числе проездов колесной лесозаготовительной техники (средняя тайга, Республика Коми) // Почвоведение. 2022. № 11. С. 1426–1441. doi: 10.31857/S0032180X22110028

15. Богатырев Л.Г. Образование подстилок – один из важнейших процессов в лесных экосистемах // Почвоведение. 1996. № 4. С. 501–511.

16. Богатырев Л.Г., Демин В.В., Матышак Г.В., Сапожникова В.А. О некоторых теоретических аспектах исследования лесных подстилок // Лесоведение. 2004. № 4. С. 17–29.

17. Startsev V.V., Severgina D.A., Dymov A.A. Dynamics of water-soluble carbon and nitrogen content in soils in the first years after clearcutting // Eurasian Soil Sc. 2024. V. 57. No. 6. P. 903–916. doi: 10.1134/S1064229324600064

18. Ogorodniaia S.A., Butylkina M.A., Krasikov S.R., Dymov A.A. Physical properties upper mineral soil horizons in a cutover area of the middle boreal forest in the Komi Republic // Moscow Univ. Soil Sci. Bull. 2024. V. 79. No. 2. P. 91–100. doi: 10.3103/S014768 7424700108

19. Osipov A.F., Startsev V.V., Dymov A.A. Influence of clear felling on СО2 emission from surface of podzolic soil of coniferous–deciduous forest (Middle Taiga, Komi Republic) // Eurasian Soil Sc. 2024. V. 57. No. 5. P. 806–813. doi: 10.1134/S1064229323603700

20. Кутявин И.Н., Манов А.В., Старцев В.В., Дымов А.А. Влияние лесозаготовительной техники на динамику естественного возобновления леса после рубки хвойно-лиственного насаждения средней тайги // Теорeтическая и прикладная экология. 2024. № 3. C. 123–132. doi: 10.25750/1995-4301-2024-3-123-132

21. Дымов А.А., Низовцев Н.А. Амфифильные свойства почвенного органического вещества преобладающих хвойных деревьев средней тайги // Теоретическая и прикладная экология. 2015. № 1. С. 62–68. doi: 10.25750/1995-4301-2015-1-061-068

22. Карманов А.П., Кочева Л.С. Целлюлоза и лигнин – свойства и применение. Сыктывкар: Коми науч. центр УрО Российской АН, 2006. 246 с.

23. Зайдельман Ф.Р. Процесс глееобразования и его роль в формировании почв. М.: Изд-во Моск. ун- та, 1998. 316 с.

24. Kovaleva N.O., Kovalev I.V. Transformation of lignin in surface and buried soils of mountainous landscapes // Eurasian Soil Sc. 2009. V. 42. No. 11. Р. 1270–1281. doi: 10.1134/S1064229309110106

25. Ведрова Э.Ф., Решетникова Т.В. Масса подстилки и интенсивность её разложения в 40-летних культурах основных лесообразующих пород Сибири // Лесоведение. 2014. № 1. С. 42–50.

26. Vesterdal L., Schmidt I.K., Callesen I., Nilsson L.O., Gundersen P. Carbon and nitrogen floor and mineral soil under six common European tree species //Forest Ecology and Management. 2008. V. 255. P. 35–48. doi: 10.1016/j.foreco.2007.08.015

1. Kryshen A.M. Plant communities of clearcuts in Karelia. Moscow: Nauka, 2006. 262 p. (in Russian).

2. Lukina N.V., Polyanskaya L.M., Orlova M.A. Nutrient regime of soils of northern taiga forests. Moskva: Nauka, 2008. 341 p. (in Russian).

3. Dymov A.A. The impact of clearcutting in boreal forests of Russia on soils: a review // Pochvovedenie. 2017. No. 7. P. 787–798 (in Russian). doi: 10.7868/S0032180X17070024

4. Dolgaya V.A., Bakhmet O.N. Forest litter layer properties on the early stages of natural regrowth after clear cuts in Karelian middle taiga // Lesovedenie. 2021. No. 1. P. 65–77 (in Russian). doi: 10.31857/S0024114821010022

5. Karpachevsky L.O. Dynamics of soil properties. Moskva: GEOS, 1997. 170 p. (in Russian).

7. Dymov A.A. Soil successions at boreal forests of the Komi Republic. Мoskva: GEOS, 2020. 336 p. (in Russian). doi: 10.34756/GEOS.2020.10.37828

8. Milanovsky E.Yu. Humic substances of soils as natural hydrophobic-hydrophilic compounds. Мoskva: GEOS, 2009. 185 p. (in Russian).

9. Umarova A.B. Predominant moisture flows in soils: regularities of formation and importance in soil functioning. Мoskva: GEOS, 2011. 265 p. (in Russian).

10. Dymov A.A., Milanovsky E.Yu. Changes in organic matter of taiga soils in the process of natural reforestation of vegetation after logging (middle taiga of the Komi Republic) // Pochvovedenie. 2014. No. 1. P. 39–47 (in Russian). doi: 10.7868/S0032180X14010043

11. Startsev V.V., Dymov A.A. Amphiphilic properties and water-soluble organic matter of the soils of the Subpolar Urals // Pochvovedenie. 2021. No. 12. P. 1492–1505 (in Russian). doi: 10.31857/S0032180X21120121

12. Chuprova V.V., Lukshina I.V., Belousov A.A., Shvabenland I.S. Stocks and dynamics of easily mineralizable fraction of organic matter in the soils of Central Siberia // Vestn. KrasGAU. 2003. No. 3. P. 65–74 (in Russian).

13. Vlasenko O.A. The dynamics of mobile humus carbon in agrochernozem in the spring wheat cultivation with the use of resource-saving technologies // Vestn. KrasGAU. 2015. No. 9. P. 60–66 (in Russian).

14. Dymov A.A., Startsev V.V., Gorbach N.M., Severgina D.A., Kutyavin I.N., Osipov A.F., Dubrovsky Y.A. Changes in soil and vegetation with different number of passes of wheeled forestry equipment (Middle Taiga, Komi Republic) // Pochvovedenie. 2022. No. 11. P. 1426–1441 (in Russian). doi: 10.31857/S0032180X22110028

15. Bogatyrev L.G. Formation of forest litter as one of the major processes in forest ecosystems // Pochvovedenie. 1996. No. 4. P. 501–511 (in Russian).

16. Bogatyrev L.G., Demin V.V., Matyshak G.V., Sapozhnikova V.A. On some theoretical aspects of studying forest litters // Lesovedeniye. 2004. No. 4. P. 17–29 (in Russian).

18. Ogorodniaia S.A., Butylkina M.A., Krasikov S.R., Dymov A.A. Physical properties of upper mineral soil horizons in a cutover area of the middle boreal forest in the Komi Republic // Moscow Univ. Soil Sci. Bull. 2024.V. 79. No. 2. P. 91–100. doi: 10.3103/S0147687424700108

20. Kutyavin I.N., Manov A.V., Startsev V.V., Dymov A.A. The logging equipment effect on the dynamics of natural reforestation of after cutting mixed coniferous-deciduous stand in the middle taiga // Theoretical and Applied Ecology. 2024. No. 3. P. 123–132 (in Russian). doi: 10.25750/1995-4301-2024-3-123-132

21. Dymov A.A., Nizovtsev N.A. Amphiphilic properties of soil organic matter of predominant coniferous trees of the middle taiga // Theoretical and Applied Ecology. 2015. No. 1. P. 62–68 (in Russian). doi: 10.25750/1995-4301-2015-1-061-068

22. Karmanov A.P., Kocheva L.S. Cellulose and lignin – properties and application. Syktyvkar: Komi nauch. tsentr UrO Rossiyskoy AN, 2006. 246 р. (in Russian).

23. Zaidelman F.R. Gleyzation and its role in soil formation. Moskva: Moscow University Press, 1998. 316 р. (in Russian).

25. Vedrova E.F., Reshetnikova T.V. Litter mass and intensity of litter decomposition in 40-year old plantations of the main forest forming species of Siberia // Lesovedenie. 2014. No. 1. P. 42–50 (in Russian).

26. Vesterdal L., Schmidt I.K., Callesen I., Nilsson L.O., Gundersen P. Carbon and nitrogen floor and mineral soil under six common European tree species // Forest Ecology and Management. 2008. V. 255. P. 35–48. doi: 10.1016/j.foreco.2007.08.015

Авторы выражают благодарность Броваровой Д.А. за помощь в проведении химического анализа.