Physical properties of upper mineral horizons of cutting area (middle taiga, Komi Republic)

Abstract

Changes in the physical properties of podzolic soils were analysed three years after a cutting of coniferous-deciduous plantings in the territory of the middle taiga of the Komi Republic with three‒ and ten‒fold forwarder passes, as well as after leveling deep ruts formed after ten passes. The influence of different number of passes on soil density, filtration coefficient, penetration resistance is shown. An assumption about various mechanisms of soil change has been made: three forwarder passes lead to compression, ten — to compression and turbation, which was confirmed by indications of soil density and hardness. It was revealed that compression leads to an increase in density by 0.15 g×cm^‒3 and penetration resistance by 25%. Meanwhile, filtration rate did not change. Ten passes lead to turbation, which levels the possible compaction due to an introduction of forest litter into the upper mineral soil horizons. Moreover, hardness values decreased by 2‒3 times and water permeability decreased from 70 to 1 cm×day^‒1. It was revealed that leveling deep ruts causes a noticeable decrease in soil density after three years, including in comparison with the undisturbed soil. Furthermore, filtration rate increases several times. Penetration resistance is also increased. An estimation of the water retention curve approximation parameters by the van Genuchten equation made it possible to identify changes in soil of ruts compared to the a mechanically undisturbed site. A decrease in the range of mobile moisture was noted as a result of compaction after heavy equipment usage, leading to moisture stagnation in ruts.

References

1. Бахмет О.Н. Структурно-функциональная организация органопрофилей почв лесных экосистем Северо-Запада России: Автореф. дис. … докт. биол. наук. Петрозаводск, 2014. 2. Государственный доклад «О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2018 году» [электронный ресурс]: http://gosdoklad‒ecology.ru/2018/ (дата обращения 26.11.2023) 3. Дымов А.А. Влияние сплошных рубок в бореальных лесах России на почвы (обзор) // Почвоведение. 2017. № 7. https://doi.org/10.7868/S0032180X17070024 4. Дымов А.А. Почвенные сукцессии в бореальных лесах Республики Коми. М., 2020. https://doi.org/10.34756/GEOS.2020.10.37828 5. Дымов А.А., Старцев В.В., Горбач Н.М. и др. Изменения почв и растительности при разном числе проездов колесной лесозаготовительной техники (средняя тайга, Республика Коми) // Почвоведение. 2022. № 11. https://doi.org/10.31857/S0032180X22110028 6. Ильчуков С.В. Пространственная структура коренных и производных лесов таежных ландшафтов Республики Коми. Екатеринбург, 2012. 7. Карпечко А.Ю. Влияние разных технологий лесосечных работ на плотность почвы и массу корней // Сибирский лесной журнал. 2019. № 5. https://doi.org/10.15372/SJFS20190505 8. Катаров В.К., Сюнёв В.С., Ратькова Е.И. и др. Влияние форвардеров на лесные почвогрунты // Resources and Technology. 2012. № 9 (2). 9. Классификация и диагностика почв России / Авторы и составители: Л.Л. Шишов, В.Д. Тонконогов, И.И. Лебедева. и др. Смоленск, 2004. 10. Мешалкина Ю.Л., Самсонова В.П. Математическая статистика в почвоведении: Практикум. М., 2008. 11. Новаковская И.В., Патова Е.Н., Сивков М.Д. и др. Роль почвенной фототрофной биоты в зарастании оголенных субстратов (на примере трансформированных лесных и горно-тундровых ландшафтов) // Актуальные вопросы теории и практики лесного почвоведения: материалы X Всероссийской научной конференции по лесному почвоведению с международным участием. Петрозаводск, 18–22 сентября 2023. 12. Орешкина Н.С. Статистические оценки пространственной изменчивости свойств почв. М., 1988. 13. Осипов А.Ф., Тужилкина В.В., Дымов А.А. и др. Запасы фитомассы и органического углерода среднетаежных ельников при восстановлении после сплошно-лесосечной рубки // Известия РАН. Сер. биологическая. 2019. № 2. https://doi.org/10.1134/S0002332919020103 14. Телеснина В.М., Шахин Д.А. Влияние послерубочных лесовосстановительных сукцессий на лесные почвы (на примере песчаных подзолов средней тайги Западной Сибири) // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 17. Почвоведение. 1999. № 2. 15. Шваров А.П., Смагин А.В., Дембовецкий А.В. и др. Полевые методы определения физических свойств и режимов торфяных и минеральных почв: Учебное пособие к полевой практике для студентов, обучающихся по направлению подготовки 021900 Почвоведение // Под ред. Е.В. Шеина. М., 2012. 16. Шеин Е.В. Курс физики почв. М., 2005. 17. Теории и методы физики почв. / Под ред. Е.В. Шеина и Л.О. Карпачевского. М., 2007. 18. Юдина А.В., Фомин Д.С., Валдес-Коровкин И.А. и др. Пути создания классификации почв по гранулометрическому составу на основе метода лазерной дифракции // Почвоведение. 2020. № 11. https://doi.org/10.31857/S0032180X20110143 19. Cambi M., Grigolato S., Neri F., Picchio R., Marchi E. Effects of Forwarder Operation on Soil Physical Characteristics: a Case Study in the Italian Alps // Croatian J. of Forest Engineering. 2016. Vol. 37, № 2. 20. Huang X., Horn R., Ren T. Deformation and pore water pressure change during static and cyclic loading with subsequent shearing on soils with different textures and matric potentials //Soil and Tillage Research. 2021. Vol. 209. https://doi.org/10.1016/j.still.2020.104909 21. Ilintsev A., Nakvasina E., Högbom L. et al. Influence of ruts on the physical properties of Gleyic Retisols after logging machinery passage // Scandinavian Journal of Forest Research. 2022. Vol. 37, № 4. https://doi.org/10.1080/02827581.2022.2085785 22. Riggert R., Fleige H., Horn R. An Assessment Scheme for Soil Degradation Caused by Forestry Machinery on Skid Trails in Germany // Soil Sci. Soc. Am. J. 2018. 83:S1–S12. https://doi.org/10.2136/sssaj2018.07.0255 23. Scharlemann J., Tanner E., Hiederer R. et al. Global soil carbon: Understanding and managing the largest terrestrial carbon pool // Carbon Management. 2014. Vol. 5. 24. STATISTICA: Data Mining, анализ данных, контроль качества, прогнозирование, обучение, консалтинг. — URL: http://statsoft.ru (дата обращения: 04.05.2023). 25. Toivio J., Helmisaari H.‒S., Palviainen M. et al. Impacts of timber forwarding on physical properties of forest soils in southern Finland // Forest Ecology and Management. 2017. Vol. 405. https://doi.org/10.1016/j.foreco.2017.09.022 26. van Genuchten M.Th. A closed‒form equation for predicting the hydraulic conductivity of unsaturated soils // Soil Sci. Soc. Am. 1980. Vol. 44. 27. van Genuchten M.Th., Leij F.J., Yates S.R. The RETC Code for Quantifying the Hydraulic Functions of Unsaturated Soils. California, USA, 1991. 28. Wood M.J., Carling P.A., Moffat A.J. Reduced ground disturbance during mechanized forest harvesting on sensitive forest soils in the UK // Forestry: An International Journal of Forest Research. 2003. Vol. 76, № 3. https://doi.org/10.1093/forestry/76.3.345