Влияние длительного периодического внесения удобрений на структуру древостоя и напочвенного покрова в условиях среднетаежных сосняков брусничных (Республика Карелия)

УДК

631.8

DOI:

10.37482/0536-1036-2020-2-35-50

Аннотация

В статье приведены результаты изучения влияния последействия периодического внесения азотных (N) и комплексных (NPK) удобрений на структуру древесного яруса и напочвенного покрова. объектами исследования послужили культуры сосны на бедных песчаных почвах в условиях сосняков брусничных (Карельский таежный район, средняя тайга). на момент обследования возраст культур составлял 53 года, последнее внесение удобрений было 30 лет назад. на каждой пробной площади проводилось геоботаническое описание, определялись таксационные характеристики древостоя, картировались растительные микрогруппировки. внесение комплексного удобрения привело к увеличению средних значений диаметра и высоты культур сосны при более интенсивном изреживании древостоя по сравнению с контролем и вариантом опыта с внесением азотного удобрения. По общему количеству видов напочвенного покрова варианты опыта и контроль не различаются между собой. в то же время отмечены достоверные отличия в соотношении проективных покрытий мхов и лишайников. на всех участках с внесением удобрений обилие мхов более чем в 2 раза выше, чем лишайников, в то время как на контроле покрытие мхов практически не отличается от такового у лишайников, а местами даже ниже. вероятно, это связано с реакцией зеленых мхов на повышенное содержание углерода и азота в верхних горизонтах почвы. Из таксационных характеристик древостоя только средний диаметр достоверно и однозначно связан со структурой напочвенного покрова: при большем значении среднего диаметра отмечается и большее проективное покрытие зеленых мхов. в целом четырехкратное (с периодом 5 лет) внесение минеральных удобрений в культурах сосны на песчаных почвах проявляется в структуре древесного яруса и напочвенного покрова даже через 30 лет после последнего внесения. на опытных участках увеличенное содержание азота и углерода наблюдается только в подстилке и подподстилочном горизонте почвы. Это объясняется тем, что азот в незначительных количествах закрепляется в фитоценозе и возвращается с опадом только в самые верхние почвенные горизонты, влияя на структуру мохово-лишайникового яруса и приводя к преобладанию зеленых мхов (Pleurozium schreberi, Hylocomium splendens) над кустистыми лишайниками рода Cladonia в напочвенном покрове.
Финансирование: Из средств федерального бюджета на выполнение государственного задания КарнЦ РАн (Институт леса КарнЦ РАн).

Сведения об авторах

Н.В. Геникова, канд. биол. наук, ст. научн. сотр.; ResearcherID: M-2052-2013, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-6475-8396
В.А. Харитонов, научн сотр.; ORCID: https://orcid.org/0000-0003-0703-3473
А.М. Крышень, д-р биол. наук, директор, ст. науч. сотр.; ResearcherID: E-1898-2012,ORCID: https://orcid.org/0000-0003-1964-2073
Институт леса Карельского научного центра РАн, ул. Пушкинская, д. 11, г. Петрозаводск, Респ. Карелия, Россия, 185910; e-mail: genikova@krc.karelia.ru, haritonov@krc.karelia.ru, kryshen@krc.karelia.ru

Ключевые слова

минеральные удобрения, культуры сосны, напочвенный покров, видовой состав, песчаные почвы, Республика Карелия

Для цитирования

Геникова н.в., харитонов в.А., Крышень А.М. влияние длительного периодического внесения удобрений на структуру древостоя и напочвенного покрова в условиях среднетаежных сосняков брусничных (Республика Карелия) // Изв. вузов. лесн. журн. 2020. № 2. с. 35–50. DOI: 10.37482/0536-1036-2020-2-35-50

Литература

1. Антропогенные леса восточной Фенноскандии: целевое назначение, динамика и ресурсный потенциал: отчет о нИР / внтИЦентр; рук. А.И. соколов. № ГР 01201353234; инв. № 02201352213. Петрозаводск, 2015. 147 с. [Anthropogenic Forests of Eastern Fennoscandia: Purpose, Dynamics and Resource Potential. Research Report. Guided by A.I. Sokolov. Petrozavodsk, 2015. 147 p.].
2. Беляева Н.В., Грязькин А.В., Ковалев Н.В., Фетисова А.А., Кази И.А. сравнительная оценка структуры живого напочвенного покрова после рубок ухода и комплексного ухода за лесом в сосняках брусничных // Вестн. МГУЛ – лесн. вестн. 2012. № 6. С. 193–199. [Beliaeva N.V., Gryazkin A.V., Kovalev N.V., Fetisova A.A., Kasi I.A. The Comparative Estimation of Natural Solid Cover after Improvement Cutting and Complex Care in Cowberry Pine Forest. Vestnik Moskovskogo gosudarstvennogo universiteta lesa – Lesnoy vestnik [Forestry Bulletin], 2012, no. 6, pp. 193–199].
3. Василевич В.И. Очерки теоретической фитоценологии. Л.: наука, 1983. 247 с. [Vasilevich V.I. Essays in Theoretical Phytocenology. Leningrad, Nauka Publ., 1983. 247 p.].
4. Гаврилова О.И., Кищенко И.Т. влияние минеральных удобрений на рост культур сосны обыкновенной на песчаных почвах южной Карелии // Изв. вузов. Лесн. журн. 2003. № 6. С. 7–15. [Gavrilova O.I., Kishchenko I.T. Influence of Mineral Fertilizers on Scots Pine Growth on South Karelia Sand Soils. Lesnoy Zhurnal [Russian Forestry Journal],  2003, no. 6, pp. 7–15]. URL: http://lesnoizhurnal.ru /upload/iblock/39c / 39c4fd9e098303 207e6431b88d82373b. pdf
5. Геникова Н.В., Харитонов В.А. Последействие многолетнего внесения минеральных удобрений на видовой состав и структуру напочвенного покрова в культурах сосны на песчаных почвах // Изв. вузов. Лесн. журн. 2018. № 1. С. 18–28. [Genikova N.V., Kharitonov V.A. The Aftereffects of Long-Term Mineral Fertilization on the Species Composition and the Ground Cover Structure of Pine Crops on Sandy Soils. Lesnoy Zhurnal [Russian Forestry Journal], 2018, no. 1, pp. 18–28]. DOI: 10.17238 \issn0536–1036.2018.1.18, URL: http://lesnoizhurnal.ru / upload / iblock / 97d / 18_28. pdf
6. Дылис Н.В. Основы биогеоценологии. М.: Изд-во МГУ, 1978. 152 с. [Dylis N.V. The Basics of Biogeocenology. Moscow, MGU Publ., 1978. 152 p.].
7. Ипатов В.С. Некоторые вопросы теории организации растительного покрова // Ботан. журн. 1970. Т. 55, № 2. С. 184–195. [Ipatov V.S. Certain Problems Pertaining to the Theory of Organization in the Vegetational Cover. Botanicheskii Zhurnal, 1970, vol. 55, no. 2, pp. 184–195].
8. Карпов В.Г. Экспериментальная фитоценология темнохвойной тайги. Л.: наука, 1969. 336 с. [Karpov V.G. Experimental Phytocenology of Dark Coniferous Taiga. Leningrad, Nauka Publ., 1969. 336 p.].
9. Ковалева Н.М., Собачкин Р.С. влияние азотного удобрения на формирование нижних ярусов в сосняках Красноярской лесостепи // лесоведение. 2016. № 1. С. 25–33. [Kovaleva N.M., Sobachkin R.S. The Effect of Nitrogen Fertilizer on the Development of Lower Stories of Pine Forests in Krasnoyarsk. Lesovedenie [Russian Journal of Forest Science], 2016, no. 1, pp. 25–33].
10. Концепция интенсивного использования и воспроизводства лесов. СПб.: СПбНИИЛХ, 2015. 16 с. [The Concept of Intensive Use and Regeneration of Forests. Saint Petersburg, SPbNIILH Publ., 2015. 16 p.].
11. Крышень А.М. К методике изучения фитогенных полей деревьев // Ботан. журн. 1998. Т. 83, № 10. С. 133–142. [Kryshen A.M. On the Methods of Tree Phytogenic Fields Study. Botanicheskii Zhurnal, 1998, vol. 83, no. 10, pp. 133–142].
12. Кузьмин И.А. Применение удобрений и гербицидов в культурах сосны на супесчаных почвах // Повышение эффективности лесовосстановительных мероприятий на Севере. Петрозаводск: Карел. фил. АН СССР, 1977. с. 88–92. [Kuzʼmin I.A. Application of Fertilizers and Herbicides in Pine Plantations on Sandy Loam Soils. Improving the Efficiency of Reforestation in the North. Petrozavodsk, Karelʼskiy filial AN SSSR Publ., 1977, pp. 88–92].
13. Ронконен Н.И. вырубки и естественное лесовозобновление на них // лесовосстановление в Карельской АССР и Мурманской области. Петрозаводск: Карел. фил. АН СССР, 1975. С. 36–65. [Ronkonen N.I. Fellings and Their Natural Reforestation. Reforestation in the Karelian ASSR and Murmansk Region. Petrozavodsk, Karelʼskiy filial AN SSSR Publ., 1975, pp. 36–65].
14. Cоколов А.И., Пеккоев А.Н., Неронова Я.А., Харитонов В.А. влияние удобрений на рост Pinus sylvestris (Pinaceae) на гарях // Растительные ресурсы. 2018. Т. 54, № 2. C. 235–245. [Sokolov A.I., Pekkoev A.N., Neronova Ya.A., Kharitonov V.A. Fertilization Effects on Pinus Sylvestris (Pinaceae) Growth on the Burnt Areas. Rastitelnye Resursy, 2018, vol. 54, no. 2, pp. 235–245].
15. Солодовников А.Н., Федорец Н.Г., Соколов А.И. Последействие минеральных удобрений на свойства почв и продуктивность насаждений в долгосрочном эксперименте в среднетаежной подзоне Карелии // тр. КарНЦ РАН. 2017. № 5. С. 45–51. [Solodovnikov A.N., Fedorets N.G., Sokolov A.I. Mineral Fertilizersʼ After-Effect on Soil Properties and Stand Productivity in a Long-Term Experiment in Karelian Middle Taiga. Trudy KarNC RAN [Transactions of Karelian Research Centre of the Russian Academy of Sciences], 2017, no. 5, pp. 45–51]. DOI: 10.17076 / eb490
16. Степаненко И.И. Повышение продуктивности сосновых насаждений в результате внесения минеральных удобрений // Изв. вузов. Лесн. журн. 2005. № 4. С. 61–69. [Stepanenko I.I. Increasing Productivity of Pine Stands by Mineral Fertilizers Application. Lesnoy Zhurnal [Russian Forestry Journal], 2005, no. 4, pp. 61–69]. URL: http://lesnoizhurnal.ru / upload / iblock / dd5 / dd587c7ae966221659e1543c8dee6188. pdf
17. Степаненко И.И. Изменения в живом напочвенном покрове в опытах с минеральными удобрениями в разных типах леса // вестн. МГУЛ – лесн. вестн. 2006. № 6. С. 4–12. [Stepanenko I.I. The Changes on Plant Community for Experiments with Mineral Fertilizers in Pine Stands of Different Forest Types. Vestnik Moskovskogo gosudarstvennogo universiteta lesa – Lesnoy vestnik [Forestry Bulletin], 2006, no. 6, pp. 4–12].
18. Шапченкова О.А., Ковалева Н.М., Иванов В.В., Собачкин Р.С., Собачкин Д.С., Петренко А.Е. Влияние азотных удобрений на свойства подстилки и живой напочвенный покров в сосновых насаждениях Красноярской лесостепи // лесоведение. 2015. № 1. С. 44–51. [Shapchenkova O.A., Kovaleva N.M., Ivanov V.V., Sobachkin R.S., Sobachkin D.S., Petrenko A.E. Effect of Nitrogen Fertilizers on the Ground Cover and the Properties of a Forest Floor in Pine Stands in Krasnoyarsk Forest-Steppe. Lesovedenie [Russian Journal of Forest Science], 2015, no. 1, pp. 44–51].
19. Шубин В.И., Гелес И.С., Крутов В.И., Морозова Р.М., Соколов А.И. Повышение производительности культур сосны и ели на вырубках. Петрозаводск: Карел. НЦ АН СССР, 1991. 172 с. [Shubin V.I., Geles I.S., Krutov V.I., Morozova R.M., Sokolov A.I. Productivity Improvement of Pine and Spruce Plantations in Fellings. Petrozavodsk, Karelʼskiy nauchnyy tsentr AN SSSR Publ., 1991. 172 p.].
20. Шумаков В.С. Достижения и проблемы применения минеральных удобрений в лесном хозяйстве СССР // Агрохимия. 1972. № 7. С. 145–153. [Shumakov V.S. Achievements and Problems of Mineral Fertilizers Application in Forestry of the USSR. Agrohimia, 1972, no. 7, pp. 145–153].
21. Шутов И.В., Маслаков Е.Л., Маркова И.А., Полянский Е.В., Бельков В.П., Гладков Е.Г., Головчанский И.Н., Рябинин Б.Н., Морозов В.А., Шиманский П.С. Лесные плантации (Ускоренное выращивание ели и сосны). М.: лесн. пром-сть, 1984. 248 с. [Shutov I.V., Maslakov E.L., Markova I.A., Polyanskiy E.V., Belʼkov V.P., Gladkov E.G., Golovchanskiy I.N., Ryabinin B.N., Morozov V.A., Shimanskiy P.S. Forest Plantations (Fast Growing of Spruce and Pine). Moscow, Lesnaya promyshlennostʼ Publ., 1984. 248 p.].
22. Bergh J., Nilsson U., Allen H. L., Johansson U., Fahlvik N. Long-Term Responses of Scots Pine and Norway Spruce Stands in Sweden to Repeated Fertilization and Thinning. Forest Ecology and Management, 2014, vol. 320, pp. 118–128. DOI: 10.1016 / j. foreco. 2014.02.016
23. Boonstra R., Krebs C.J., Cowcill K. Responses of Key Understory Plants in the Boreal Forests of Western North America to Natural versus Anthropogenic Nitrogen Levels. Forest Ecology and Management, 2017, vol. 401, pp. 45–54. DOI: 10.1016 / j. foreco. 2017.06.065
24. Kellner O., Mårshagen M. Effects of Irrigation and Fertilization on the Ground Vegetation in a 130-Year-Old Stand of Scots Pine. Canadian Journal of Forest Research, 1991, vol. 21(5), pp. 733-738. DOI: 10.1139 / x91–104
25. Kellner O., Redbo-Torstensson P. Effects of Elevated Nitrogen Deposition on the Field-Layer Vegetation in Coniferous Forests. Ecological Bulletins, 1995, no. 44, pp. 227–237.
26. Mäkipää R. Sensitivity of Forest-Floor Mosses in Boreal Forests to Nitrogen and Sulphur Deposition. Water, Air, and Soil Pollution, 1995, vol. 85, iss. 3, pp. 1239-1244. DOI: 10.1007 / BF00477151
27. Mälkönen E., Aro-Heinilä V., Kellomäki S. Lannoituksen ja kastelun vaikutus männikön pintakasvillisuuteen [Effect of Fertilization and Irrigation on the Ground Vegetation of a Scots Pine Stand]. Silva Fennica, 1982, vol. 16, iss. 1, pp. 27–42. DOI: 10.14214 / sf. a15072 28. Manninen O., Stark S., Kytöviita M., Lampinen L., Tolvanen A. Understorey Plant and Soil Responses to Disturbance and Increased Nitrogen in Boreal Forests. Journal of Vegetation Science, 2009, vol. 20, iss. 2, pp. 311–322. DOI: 10.1111 / j. 1654-1103.2009.05529. x
29. Olsson B.A., Kellner O. Long-Term Effects of Nitrogen Fertilization on Ground Vegetation in Coniferous Forests. Forest Ecology and Management, 2006, vol. 237, iss. 1–3, pp. 458–470. DOI: 10.1016 / j. foreco. 2006.09.068
30. Rowe E.C., Healey J.R., Edwards-Jones G., Hills J., Howells M., Jones D.L. Fertilizer Application during Primary Succession Changes the Structure of Plant and Herbivore Communities. Biological Conservation, 2006, vol. 131, iss. 4, pp. 510–522. DOI: 10.1016 / j. biocon. 2006.02.023
31. Strengbom J., Nordin A. Commercial Forest Fertilization Causes Long-Term Residual Effects in Ground Vegetation of Boreal Forests. Forest Ecology and Management, 2008, vol. 256, iss. 12, pp. 2175–2181. DOI: 10.1016 / j. foreco. 2008.08.009
32. Strengbom J., Nordin A., Näsholm T., Ericson L. Slow Recovery of Boreal Forest Ecosystem Following Decreased Nitrogen Input. Functional Ecology, 2001, vol. 15, iss. 4, pp. 451–457. DOI: 10.1046 / j. 0269-8463.2001.00538. x
33. Sullivan T.P., Sullivan D.S. Old-Growth Characteristics 20 Years after Thinning and Repeated Fertilization of Lodgepole Pine Forest: Tree Growth, Structural Attributes, and Red-Backed Voles. Forest Ecology and Management, 2017, vol. 391, pp. 207–220. DOI: 10.1016 / j. foreco. 2017.02.021

Ссылка на английскую версию:

The Effect of Long-Term Periodic Fertilization on the Structure of the Stand and the Ground Cover in the Cowberry Pine Forests of Middle Taiga (Republic of Karelia)

THE EFFECT OF LONG-TERM PERIODIC FERTILIZATION ON THE STRUCTURE OF THE STAND AND THE GROUND COVER IN THE COWBERRY PINE FORESTS OF MIDDLE TAIGA (REPUBLIC OF KARELIA)

N.V. Genikova, Candidate of Biology, Senior Research Scientist; ResearcherID: M-2052-2013, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-6475-8396
V.A. Kharitonov, Research Scientist; ORCID: https://orcid.org/0000-0003-0703-3473
A.M. Kryshen’, Doctor of Biology, Director, Senior Research Scientist; ResearcherID: E-1898-2012, ORCID: https://orcid.org/0000-0003-1964-2073
Forest Research Institute of the Karelian Research Centre of the Russian Academy of Sciences, ul. Pushkinskaya, 11, Petrozavodsk, Republic of Karelia, 185910, Russian Federation; e-mail: genikova@krc.karelia.ru, haritonov@krc.karelia.ru, kryshen@krc.karlia.ru

The results of research on studying the influence of after-effects of periodic nitrogen (N) and complex fertilizer (NPK) treatments on the structure of the tree layer and ground cover are reported. The study objects were pine plantations growing on poor sandy soils in the cowberry pine forests (Karelian taiga district and middle taiga). At the time of survey, the plantations were 53 years old; fertilizers were last applied 30 years ago. A geobotanical relevé was carried out, stand valuation characteristics were determined, and microphytocoenoses were mapped at each sample plot. The NPK fertilization resulted in an increase in the average diameter and height of the pine plantations with more intensive thinning of the stand in comparison to the control and nitrogen fertilizer treatments. The fertilizer and control treatments are the same according to the total number of species in the ground cover. At the same time, significant differences were observed in the ratio of projective covers of mosses and lichens. In all fertilized plots, the abundance of mosses was twice or even more higher than the abundance of lichens, whereas the moss cover at the control site was almost the same as the lichen cover, and locally even lower. This pattern is probably associated with the response of true mosses to elevated carbon and nitrogen content in upper soil horizons. The only stand valuation  characteristic reliably and unambiguously correlating with the ground cover structure is the average diameter: the larger the value of the average diameter, the larger the projective cover of true mosses. Generally speaking, four-time mineral fertilization with 5 year intervals of pine plantations growing on sandy soils continue to exert an effect on the structure of the tree layer and ground cover even 30 years after the last treatment. In the fertilized sample plots, elevated nitrogen and carbon levels are observed only in the forest floor and the soil horizon directly underlying the floor. This is due to the fact that trace amounts of nitrogen are fixed in the phytocenosis and released back with litter fall only into the topmost soil horizons; influencing the structure of the moss-and-lichen layer towards the prevalence of true mosses (Pleurozium schreberi, Hylocomium splendens) over fruticose lichens of the genus Cladonia in the ground cover.
For citation: Genikova N.V., Kharitonov V.A., Kryshenʼ A.M. The Effect of Long-Term Periodic Fertilization on the Structure of the Stand and the Ground Cover in the Cowberry Pine Forests of Middle Taiga (Republic of Karelia). Lesnoy Zhurnal [Russian Forestry Journal], 2020, no. 2, pp. 35–50. DOI: 10.37482/0536-1036-2020-2-35-50
Funding: The research is federally funded within the framework of the state assignment of the KarRC RAS (Forest Research Institute).

Keywords: mineral fertilizers, pine plantations, ground cover, species composition, sandy soils.

Поступила 01.06.19 / Received on June 1, 2019