ВЛИЯНИЕ ДЕГРАДАЦИИ ПОЧВЫ НА РОСТ И РАЗВИТИЕ ДЕРЕВЬЕВ (НА ПРИМЕРЕ ЛИСТВЕННИЦЫ И БЕРЁЗЫ)

IMPACT OF SOIL DEGRADATION ON TREE GROWTH AND DEVELOPMENT (A CASE STUDY OF LARCH AND BIRCH)

Atajan Yergibay

student, Department of Ecology and Biology, Toraigyrov University,

RK, Pavlodar

Ulzhan Burkitbaeva

scientific supervisor, PhD, associate professor, Toraigyrov University,

RK, Pavlodar

АННОТАЦИЯ

Почвенные условия играют решающую роль в поддержании здоровья и продуктивности лесных экосистем. Их физические, химические и биологические свойства напрямую влияют на рост, развитие и устойчивость древесных растений [1].

Однако в последние десятилетия всё большую тревогу вызывает деградация почв — это ухудшение физических, химических и биологических свойств почвы. Эти изменения, обусловленные как природными, так и антропогенными факторами, ведут к снижению жизнеспособности лесной растительности и дестабилизации экосистем.

Особую важность данная проблема приобретает в северных широтах, где основными лесообразующими породами являются лиственница (Larix) и берёза (Betula). В данной статье рассматривается влияние деградационных процессов почвы на рост и адаптацию этих двух основных лесообразующих видов.

ABSTRACT

Soil conditions play a crucial role in maintaining the health and productivity of forest ecosystems. Their physical, chemical, and biological properties directly affect the growth, development, and resilience of woody plants [1].

However, in recent decades, soil degradation — the deterioration of the soil’s physical, chemical, and biological properties — has become an increasing concern. These changes, driven by both natural and anthropogenic factors, lead to a decline in forest vegetation viability and destabilization of ecosystems.

This issue is particularly significant in northern latitudes, where larch (Larix) and birch (Betula) are the dominant forest-forming species. This review article examines the impact of soil degradation processes on the growth and adaptation of these two key forest species.

Ключевые слова: деградация почвы, лесные экосистемы, лиственница, берёза, адаптация деревьев, эрозия, фотосинтез, водный режим, питательные вещества, устойчивость древесных пород.

Keywords: soil degradation, forest ecosystems, larch, birch, tree adaptation, erosion, photosynthesis, water regime, nutrients, tree species resilience.

По данным Продовольственной и сельскохозяйственной организации Объединённых Наций (далее — FAO), на сегодняшний день 33 % почв в мире находятся в состоянии средней или высокой степени деградации [2, 3, 4].

Согласно данным Европейского центра данных о почвах (далее — ESDAC), ежегодно теряется около 2,8 тонны почвы с каждого гектара [3]. Ветровая эрозия особенно актуальна в засушливых регионах, что приводит к разрушению структуры почвы и ухудшению питания растений. В лесных экосистемах содержание питательных веществ в почве напрямую влияет на рост и развитие деревьев. Например, снижение уровней азота и фосфора в лесных почвах приводит к уменьшению площади листовой поверхности деревьев и снижению интенсивности фотосинтеза [5].

Рисунок 1. Прирост по высоте, диаметру прикорневой шейки и биомассе сеянцев берёзы и лиственницы в условиях засухи и при хорошем увлажнении [5]

Длительные засухи, связанные с изменением климата, уменьшают способность почвы удерживать влагу. Деградация и эрозия почв ухудшают её структуру и водоудерживающие свойства. Это особенно сильно влияет на лесные экосистемы: замедляется рост молодых деревьев и снижается их устойчивость к засухе.

Человеческая деятельность является одной из главных движущих сил деградации почв. По данным FAO, под воздействием антропогенных факторов деградации подверглись 34 % сельскохозяйственных земель в мире. Интенсивное земледелие способствует эрозии почв, снижению содержания питательных веществ и увеличению засоления. В странах Африки южнее Сахары находится 20 % деградированных земель, в Южной Америке — 17 %. В Северной Америке и Южной Азии доля деградированных территорий составляет по 11 %, при этом наиболее пострадавший регион — Южная Азия, где деградировано 41 % сельскохозяйственных земель [6].

Берёза известна как экологически пластичный вид, встречающийся от арктической тундры до умеренного пояса и субтропиков. Она легко заселяет территории, где происходят вторичные сукцессии, включая заброшенные сельскохозяйственные земли. Лучше всего берёза растёт на песчаных и умеренно увлажнённых минеральных почвах, однако также может встречаться на сухих эоловых участках, ледниковых и водно-ледниковых отложениях, влажных аллювиальных и торфяных почвах. Благодаря хорошей переносимости кислых почв, берёза редко встречается на известняковых участках.

Лиственница также адаптируется к разнообразным типам почв, однако предпочитает хорошо дренированные, плодородные участки с хорошим солнечным освещением. Она способна переносить избыточную влажность, но не выносит длительного заболачивания. По сравнению с берёзой, лиственница обладает большей устойчивостью к холоду и продолжает расти даже в суровых климатических условиях [7, 8].

Исследования показывают, что засуха по-разному влияет на фотосинтетическую активность берёзы и лиственницы. Согласно данным, опубликованным в журнале New Zealand Journal of Forestry Science, в условиях дефицита влаги скорость фотосинтеза у берёзы может снижаться на 30–40 %, тогда как у лиственницы этот показатель составляет лишь 10–20 %. Это отражает различия в механизмах их адаптации: берёза гораздо более чувствительна к нехватке влаги, снижая темпы роста и фотосинтетическую активность, тогда как лиственница способна сохранять стабильный уровень фотосинтеза даже в стрессовых условиях. Кроме того, у берёзы под воздействием засухи наблюдается значительное снижение биомассы (на 35,4 %) и жизнеспособности, в то время как лиственница, благодаря эффективному водному режиму, сохраняет стабильные показатели роста [9].

Опад лиственницы оказывает положительное влияние на свойства почвы: за 365 дней разложения он увеличивает содержание общего углерода на 2,6 %, азота — на 6,1 %, а фосфора — на 5,3 %. Однако при сочетании опада лиственницы с опадом A. elata наблюдается ещё более выраженный эффект: улучшается доступность минерального азота и фосфора, увеличивается микробная биомасса и ферментативная активность почвы. Наиболее выраженный положительный эффект наблюдался при применении опада A. elata, что указывает на его высокую эффективность в улучшении почвенных свойств. Поэтому для восстановления деградированных почв рекомендуется использовать смешанные варианты подстилок, которые комплексно улучшают химические и биологические характеристики почвы [10].

Рисунок 2. Активность почвенных ферментов после 365-дневной инкубации подстилки лиственницы (L) и A. elata (A) [10]

Установлено, что при достаточном водоснабжении рост и биомасса сеянцев лиственницы и берёзы увеличиваются. Однако стратегии поиска питательных веществ у этих двух видов различны. Сеянцы берёзы демонстрируют высокую точность поиска азота и морфологическую пластичность мелких корней, особенно при неравномерном распределении питательных веществ в почве. Однако при улучшении водоснабжения берёза теряет эффективность усвоения азота. Напротив, сеянцы лиственницы хотя и не демонстрируют высокой точности в поиске азота, но способны эффективно его усваивать при увеличении влажности. Таким образом, берёза лучше адаптирована к условиям с неравномерным распределением питательных веществ, тогда как лиственница эффективнее использует азот при достаточном уровне влаги.

В гетерогенной питательной среде корневая система берёзы лучше приспособлена к накоплению азота, тогда как физиологическая пластичность лиственницы в таких условиях ограничена. В условиях засухи у сеянцев лиственницы наблюдается повышение концентрации азота в корнях, однако эти изменения не оказывают значительного влияния на строение растения. У берёзы, напротив, засуха приводит к снижению биомассы и, как следствие, к увеличению концентрации азота в стебле. При достаточном водоснабжении оба вида эффективнее используют азот, но лиственница в этих условиях усиливает морфологическую и физиологическую гибкость, что повышает её способность усваивать азот и способствует росту [5].

Деградация почв оказывает серьёзное воздействие на лесные экосистемы, особенно в условиях эрозии, снижения содержания питательных веществ и засух. Хотя такие основные лесообразующие виды, как лиственница и берёза, применяют различные стратегии адаптации, их темпы роста и устойчивость остаются зависимыми от качества почвы. Поэтому предотвращение деградации почв и реализация мер по охране лесов являются важными элементами обеспечения устойчивости экосистем.

Список литературы:

1. Ковда В.А., Розанов Б.Г. Почвоведение. — М.: Издательство МГУ, 1988. –  405 с.
2. FAO, 2020. FAO Soils Portal Key definitions. Food and Agricultural Organization of the United Nations (FAO). Accessed 19 October 2020. https://openknowledge.fao.org/server/api/core/bitstreams/bb2a86db-7f53-4e70-91ca-35ceb9d777db/content
3. European Soil Data Centre (ESDAC). Biodiversity factor in soil erosion (2018). https://esdac.jrc.ec.europa.eu/themes/soil-biodiversity-and-soil-erosion
4. UNDRR. Soil Degradation (2020) https://www.undrr.org/understanding-disaster-risk/terminology/hips/en0005
5. Tan L, Fan R, Sun H, Guo S (2021) Root foraging of birch and larch in heterogeneous soil nutrient patches under water deficit // PLoS ONE. – 2021. 16 (8):- P. 1-17
6. ФАО. 2022. Состояние лесов мира 2022. Лесохозяйственные стратегии развития как инструмент экологически сбалансированного восстановления и создания инклюзивной, жизнестойкой и устойчивой экономики. Рим, ФАО https://doi.org/10.4060/cb9360ru
7. Jerzy Jonczak , Urszula Jankiewicz , Marek Kondras , Bogusława Kruczkowska , Lidia Oktaba, Jarosław Oktaba , Izabella Olejniczak ,Edyta Pawłowicz, Nora Polláková, Thomas Raab, Edyta Regulska, Sandra Słowińska, Magdalena Sut-Lohmann. The influence of birch trees (Betula spp.) on soil environment // Forest Ecology and Management. – 2020. –  V.477-485
8. Лесная энциклопедия: В 2-х т., т.2/Гл.ред. Воробьев Г.И.; Ред.кол.: Анучин Н.А., Атрохин В.Г., Виноградов В.Н. и др. - М.: Сов. энциклопедия, 1986. –  631 с.
9. Gao, R., Shi, X. & Wang, J.R. Comparative studies of the response of larch and birch seedlings from two origins to water deficit // N.Z. j. of For. Sci. 2017. –  47(14).  – V.11
10. Gao, P., Zhu, J., Yan, Q. et al. The amelioration of degraded larch (Larix olgensis) soil depends on the proportion of Aralia elata litter in larch-A. elata agroforestry systems. // J. For. Res. 2023. – 34. -  V.1065–1076