Диссертация (Субстратно-фитоценотические характеристики участков самозарастания и рекультивации карьерно-отвальных комплексов), страница 9

Морфологические и вещественные характеристики почвыдетерминированы растительным сообществом, интенсивностью жизнедеятельностимикробного компонента, а также климатическими условиями. Таким образом, сложнопредставить себе существование почвы вне существования растительного сообщества.Растительный покров, бесспорно оказывает значительное влияние на почвенныехарактеристики.

Так, например, снижается амплитуда колебаний температуры в течении34сезона, что в свою очередь смягчает неблагоприятные последствия воздействия жары ихолода на почвенную биоту (Онипченко, 1998). Температурный режим зависит как отсвойств субстрата (наибольшие перепады в случае высокой пористости и низкойтеплопроводности), так и от видового состава растительного покрова. Логично, что виды,способные пересыхать в сухой период (например, мхи и лишайники) нагреваютсязначительно сильнее, чем сосудистые растения (Онипченко, 1998). Стратегически важноевлияние на температурный режим почв оказывает моховой покров и подстилка, их рольможно представить в качестве теплоизоляционного покрова препятствующего обменутепла между почвой и атмосферой.

Именно поэтому так остро стоит проблема нарушениямохового покрова в высоких широтах. Мощность подстилки оказывает влияние науровень многолетнемерзлого слоя в континентальных регионах (Facelli and Pickett, 1991).Помимо влияния на температурный режим растения также способны значительновлиять и на перераспределение осадков.

Растительность может перехватывать большоеколичество осадков, которое не будет достигать поверхности почвы, также они способныстекать по стволам деревьев, что будет создавать большую гетерогенность условийувлажненностивверхнихгоризонтахпочвы.Естественно,чторазныевидыперехватывают разное количество осадков. Согласно литературным данным, наибольшееколичество осадков способны перехватить сфагновые мхи, кроме того, интересно, чтохвойные леса способны задержать на 10 % больше осадков, чем лиственные (Лархер,1978). Возможно, что именно сток по стволам деревьев создает большую гетерогенностьусловий среды, что в свою очередь определяет гетерогенность напочвенного покрова. Удеревьев с горизонтальными ветвями сток за сезон на одно дерево достигает 4-5 л, у видовс более вертикально расположенными ветвями эта величина почти в 2 раза выше – 15-22 л(Мина, 1965).

Очень интересный и более сложный вопрос касается влияния растений наминеральные свойства почв, причем не только путем прямого поглощения корнями, атакже путем абсорбционной способности листьев впитывать вещества, находящиеся вводе, меняя состав катионов и анионов поступающих в почву. Данное явление былоизучено на примере некоторых мохообразных (Tamm, 1950) и высших сосудистыхрастений (Anderson et al., 1991).Для аридных регионов тип растительности и ее наличие также особенно сильносказывается на водном режиме почв. Способность растений осаждать воду из туманов иусиливать конденсацию широко известно, этот вопрос изучался рядом авторов (Вальтер,1968; Holdsworth and Mark, 1990). Отметим только, что это явление имеет принципиальноважное значение в регионах с аридным климатом, при этом древесная растительностьспособна конденсировать большее количество воды по сравнению с травянистой.35Растения оказывают влияние на уровень расположения грунтовых вод: они способны какулучать условия аэрации и способствовать осушению территории за счет увеличениятранспирации (Berendse, Aerts, 1984), так и увеличивать влажность прилегающейтерритории путем подтягивания жидкости с влагоносных горизонтов за счет длинныхкорней почти до 70 м (Caldwell, 1990; Canadel et al., 1996).

Явление гидравлическоголифта широко распространено, описано у многих видов растений, принципиально важно взасушливых регионах (Dawson, 1993; Caldwell et al., 1998). На открытых территориях, ккоторым относятся карьеры, растения способны влиять на увлажненность территориипутем затенения, значительно снижая физическое испарение с поверхности (Онипченко,2011; Joffre and Rambal, 1988). Растительность влияет и на снеговой режим, что приводитк изменению как температурного режима почвы, так и влажности, при этом разные видыимеют разный уровень воздействия (Rosen, 1982).Растительные сообщества также способны изменять рельеф территории, который всвою очередь перераспределяет множество других факторов (Онипченко, 2011), правда,происходит это как правило уже в случае развитых растительных сообществ, а не напервых этапах сукцессии.

В условиях восстановления нарушенных экосистем наличиерастений благоприятно сказывается на закреплении подвижного субстрата корнями,предотвращение эрозии. Существует интересный пример изменения гранулометрическогосостава вблизи некоторых пустынных видов. Некоторые виды поселяются изначально вусловиях очень тонкодисперсных почв, но при этом они задерживают переносимыеветром более крупные частицы почвы, накапливая их под собой, и готовя условия дляпоселения других видов, в этом случае также изменяется как гранулометрический составпочвы, так и микрорельеф (Vasek and Lund, 1980).Широко известно, что воздействие растений на солевой режим почв играет важнуюроль в аридных условиях (Работнов, 1992; Bertness, 1991).

Листья мохообразныхулавливают катионы из поступающей на них влаги, отдавая взамен H+, вследствие чего,почва вблизи куртинок мха может значительно подкисляться (Онипченко, 2011).Известно, что одним из результатов разложения органических веществ являетсяобразование и накопление в почве гуминовых кислот, вследствие этого, логично ожидать,что под растениями реакция рН будет снижаться. Разные виды в разной степени способныподкислять почву.

Принято считать, что наиболее сильно снижает величину рН опадхвойных пород и вересковых кустарничков. При развитии сообществ с доминированиемданных видов кислотность верхних горизонтов почв может быть ниже на 4 порядка, чем уподстилающей материнской породы (Burrows, 1990; Trudgill, 1988). Физиологияпроцессов корневого питания растений также способствует локальному подкислению36почвы. Зачастую, для увеличения фосфорного питания, корни выделяют большоеколичество протонов, фосфатаз и хелатирующих агентов (Marschner and Romheid, 1983;Skene, 1998). Влияние растений на содержание питательных элементов в почве на многосложнее, чем кажется на первый взгляд. Установлено, что связь далека от ожидаемой, чемесли бы растения только потребляли питательные вещества из почвы и возвращали ихобратно при отмирании. Растения также влияют на микробиологическую минерализациюазота и нитрификацию.

Как правило, типичные для богатых почв виды способнызначительно усилить нитрификацию и минерализацию (van der Krift and Berendse, 2001).Виды, которые типичны для бедных почв и потому более характерны для первых этаповзарастания карьеров, имеют гораздо меньшую способность усиливать перечисленныепроцессы, но кроме того, они могут снижать уровень минерализации азота в почве(Онипченко, 2011). Для установления того на сколько различные виды способныоказывать влияние на свойства почв, был проведен ряд интересных экспериментов смонокультурами различных растений.

В результате было установлено, что виды в разнойстепени меняют химический состав почвы и кислотность (Макаров и др., 1999;Onipchenko et al., 2001). Данные результаты с одной стороны открывают перспективныевозможности подбирать видовой состав растений для рекультивации земель, с другой –проливают свет на возможность расхождения растений по разным экологическим нишам,вследствие их геохимической специализации (Tilman, 1982).Для того чтобы изучить каким образом растительность изменяет структуру почвы,определить повышает или понижает она почвенную неоднородность, как правило,применяют 2 варианта эксперимента: добавление экспериментальных растений всообщество или выращивание растений на естественной почве в лабораторных условиях(Bell and Lechowicz, 1991).

Было показано, что пересадка древесных видов оказываетсильное влияние на изменение структуры почвы, что можно явно наблюдать к концувегетационного сезона (Patrel and Wilson, 2002). Пространственная гетерогенность почвыпод травянистой растительностью значительно ниже (Wilson and Kleb, 1996; Kleb andWilson, 1997). Поселение растений и смыкание покрова может приводить как кувеличению неоднородности, так и к увеличению уровня гомогенности почв. Например,злаковые сообщества пронизывают корнями весь верхний слой почвы, наибольшаяплотность корней наблюдается на наиболее плодородных участках, быстрое поглощениеэлементов минерального питания приводит к быстрому истощению данных участков иувеличению уровня гомогенности (Jackson and Caldwell, 1996).Сукцессионная смена или развитие растительного сообщества на карьерахпроисходит постепенно, начинаясь с появления отдельных вклинивающихся деревьев, с37увеличением их эдафического влияния происходят закономерные изменения в почвенномслое.Вместесосменойфитоценозапроисходиттрансформациябиогенно-аккумулятивного слоя, в первую очередь в процессе вытеснения луговой растительности ипоявлениялеснойразрушаетсядерниналуговоподобныхмолодыхпочв,подэкземплярами хвойных пород формируется маломощный подзолистый горизонт.Отмечено, что микроценозы в молодых экосистемах не имеют ярко выраженныхдоминатов, что типично для ранних этапов развития экосистемы, а также нестабильныхсообществ (Арчегова, 2013).