Лесная растительность с момента образования сомкнутого древостоя активно воздействует на почву, изменяя ее свойства.
Происходящие изменения в почве связаны с видовым составом лесообразующих пород лесного биоценоза. Направление, интенсивность и устойчивость этих изменений под влиянием насаждений зависят также от многих условий: типа почвы, физико-географической среды, климатических особенностей.
Интерес к вопросу о взаимосвязях между древесной растительностью и почвами обусловлен его практическим значением. Изучение этих взаимосвязей служит обоснованием одной из средообразующих функций леса.
В недалеком прошлом почвы определяли по породному составу леса. Лучшими считались почвы на участках под широколиственными лесами, средними — под сосновыми и худшими — под кустарниками. При стихийном использовании природных богатств, особенно при подсечно-огневой системе земледелия, когда почву для возделывания сельскохозяйственных культур подготавливали путем сжигания вырубленного леса, почвы участков, расчищенных из-под леса, быстро и сильно разрушались, и даже тучные черноземы через определенный период превращались в сыпучие пески, а благодатные местности с преобладанием лесных и лесостепных ландшафтов становились пустынями.
Система «лес — почва» выполняет в биосфере наиболее важные функции, обеспечивающие само существование жизни. Среди этих функций можно отметить: непрерывно протекающий процесс биогенного накопления трансформированной и перераспределенной солнечной энергии и постоянное поддерживание на Земле общемирового круговорота химических элементов, особенно таких, как кислород, водород, углерод, азот, фосфор, сера, кальций, магний, калий и микроэлементы. Если исключить аллювиальные почвы мелководий, то почву можно рассматривать как типичный продукт живого вещества, вышедшего на сушу.
Почвообразующая способность леса проявляется в накоплении органической массы, в создании более благоприятных условий для развития почвенной фауны, в заметном улучшении физических свойств почвы. Для решения вопроса о почвообразующей роли леса, в том числе и о возможности формирования черноземных почв под ним, необходимы данные о количестве годового прироста древостоя и отпада органической массы, а также о характере процесса разложения органической массы в лесу и в открытой степи. В настоящее время уже доказано, что при прочих равных условиях лесные ландшафты характеризуются наибольшей продуктивностью, а в связи с этим они являются наиболее мощными почвообразователями.
Среди растений нет специфических «черноземообразователей», какими раньше считались ковыль, типчак и другие степные виды травянистых растений. Гумус накапливается в почве под влиянием всех наземных растений, а интенсивность его накопления зависит от их продуктивности. На лесных участках образуется мощный гумусовый горизонт почвы, аналогичный гумусовому горизонту настоящих черноземов. При этом процессы накопления гумуса и формирования гумусового горизонта почвы происходят под всеми лесными насаждениями. Типы почв на лесных и степных участках в лесостепной зоне аналогичны. Образование таких почв на различных породах (на песке, глине, граните и пр.) обусловлено тем, что они «растут вверх» за счет накопления минерального материала и органической массы ежегодного опада. Поэтому при прочих равных условиях мощность лесных почв больше, чем степных. С применением новых методов исследования (радиоуглеродной хронологии, спорово-пыльцевого анализа) установлено, что образование и накопление минерального субстрата современных почв не связано с эпохами оледенений, а происходит в настоящее время за счет отложений продуктов эрозии. Средняя скорость его накопления за период продолжительностью 10—12 тысячелетий составляет примерно 0,1 мм в год.
Эти сведения о почвообразовательном процессе являются подтверждением формирования черноземных почв под лесом и убедительным доказательством того, что черноземные почвы лесных ландшафтов более мощные по сравнению с почвами открытых степных ландшафтов.
Все почвенные разности, в том числе и черноземные, образовались при комплексном воздействии на минеральный субстрат древесной, кустарниковой и травянистой растительности, а также почвенной фауны и микроорганизмов. Чисто степных или чисто лесных почв в природе нет. Однако лесная фаза почвообразования была наиболее длительной и сложной. Под влиянием лесной растительности за 50—100 лет обыкновенные черноземы в своем развитии приближаются к мощным черноземам, а южные — к обыкновенным, темно-каштановые почвы — к южным черноземам, светло-каштановые — к каштановым, бурые легкосуглинистые и супесчаные — к светло-каштановым. Мощность гумусового горизонта почвы на участках лесных насаждении по сравнению с открытыми степными в зоне обыкновенных черноземов в культурах увеличивается в среднем на 1 см за 10 лет, а содержание гумуса на 0,01—0,03% в год.
Влияние лесной растительности сказывается и на физических свойствах почвы, которые являются не только важнейшим условием, но и непосредственно действующим, а часто и решающим экологическим фактором плодородия почвы. Лесная растительность, развивая мощную корневую систему в поверхностных горизонтах почв, создает лучшие условия для аэрации водопроницаемости, изменяет влагоемкость, улучшает структуру и другие свойства почвы. Изменение физических свойств почв происходит под действием изменяющихся в связи с составом насаждений обмена веществ между почвой и лесом, характера распространения и количества корней, заселенности дождевыми червями и другими представителями почвенной фауны.
По литературным данным, направление изменений некоторых физических свойств почв в результате изменения видового состава древесного полога неодинаково. Отрицательное воздействие березняков на плотность и скважность дерново-подзолистой почвы в Подмосковье по сравнению с влиянием ельников отмечено В. С. Шумаковым. По наблюдениям автора, 30-летнее произрастание березы на месте елового древостоя привело к значительному уплотнению верхнего 20-сантиметрового слоя (плотность увеличилась на 0,13 г/см3), снижению на 4% общей скважности и на 5% эффективной порозности.
Изменения физических свойств почв под березняками, сменившими ельники, в Татарской АССР носят положительный характер: в горизонте A1 под пологом березняка плотность почв на 0,17 г/см3 ниже, чем в еловом лесу. Отмечено улучшение физических свойств почв при поселении березы на месте сосняков. На большое рыхлящее и оструктуривающее влияние березы на почву обращает внимание С. В. Зонн.
Примесь березы к ели в количестве 0,2 от общего запаса улучшает структуру почвы. В. С. Шумаков констатирует положительное влияние березы в составе хвойного древостоя на водопрочность и состав почвенных агрегатов, если количество стволов березы в насаждении составляет более 1/3 общего их числа.
В почвообразовательном процессе лес принимает непосредственное участие, так как способствует накоплению органического вещества на поверхности почвы и внутри ее. Корни его деревьев глубоко проникают в почву, увеличивая с возрастом радиус круговорота питательных веществ, улучшая физические свойства гумусовых горизонтов и надежно удерживая почву от размывов в горных условиях. На физические свойства различных почв в разных типах леса наиболее отчетливо влияет видовой состав насаждений.
В настоящее время все очевиднее становится тот факт, что состояние почвенного покрова и его качество теснейшим образом связаны с наблюдающимися уже сегодня изменениями баланса кислорода и углекислоты в атмосфере, уменьшением запасов биологически чистой воды и эвтрофикацией водоемов. В этом проявляется особая планетарная роль почвенного покрова Земли. Поэтому задачи охраны и повышения почвенного плодородия в нашей стране с первых дней существования социалистического государства приобрели первостепенную важность.
В «Основах земельного законодательства Союза ССР и союзных республик», принятых Верховным Советом СССР в 1968 г., записано, что Земля — важное богатство советского общества — является главным средством производства в сельском хозяйстве и пространственным базисом размещения и развития всех отраслей народного хозяйства. Научно обоснованное, рациональное использование всех земель, охрана и всемерное повышение плодородия почв являются общенародной задачей.
При современном уровне знаний и технических возможностей среди главных компонентов биосферы только почва представляет собой наиболее управляемый компонент. Поэтому в настоящее время, применяя различные формы агротехники, удобрения и мелиораций, в первую очередь следует искать пути к повышению биологической продуктивности каждого участка земли, вовлекаемого в хозяйственную деятельность в лесном и сельском хозяйствах.
Почва является непременным соучастником всех основных функций проявления жизни на земле. Это ее участие осуществляется в системе организм — почва, в которой сложными трофическими цепями связаны между собой все растительные организмы, траво — и плотоядные животные и паразиты. Конечный продукт этих трофических цепей — почвенный гумус. Это наиболее существенный результат почвообразовательного процесса. Почвенный гумус, представляя собой продукт метаболизма и отмирания, накапливается в почве и образует на суше особую «гумусферу», которая является областью наибольшей концентрации организмов и энергии солнца.
Всякий лесной биогеоценоз по отношению к продуктам геохимического круговорота выступает как система, обладающая определенной емкостью поглощения. Она складывается в результате суммарной аккумуляции биофилов в трех ярусах биогеоценоза: древесном пологе в процессе фотосинтеза, в лесной подстилке и в почве. Емкость поглощения лесного биогеоценоза является «защитным» свойством по отношению к выщелачиванию подвижных продуктов биологического круговорота за пределы корнеобитаемого слоя.
Особую роль в лесном биогеоценозе играет лесная подстилка, которая, будучи надпочвенным образованием и продуктом готового цикла биологического круговорота веществ, находится в тесных парагенетических взаимосвязях с подстилающей ее почвой. Она является аккумулятором не только биофильных элементов, но и энергии.
Регулируя состав и свойства лесообразующих древесных пород, можно соответственно изменять свойства лесных подстилок и тем самым оказывать влияние на эффективное плодородие почвы. Следует подчеркнуть, что повышение плодородия лесных почв с помощью биологических средств мелиорации следует осуществлять не столько путем интенсификации обмена веществ в системе лес — почва, сколько путем усиления процессов аккумуляции, т. е. увеличения общей емкости поглощения лесного биогеоценоза. Почва, обладая высокой емкостью поглощения, в определенной мере и до определенного предела выступает в качестве природного очистителя.