Influence of forestry activities with different intensity on main soil indicators under different tree species

Влияние на горскостопански мероприятия с различна интензивност върху основни почвени показатели под различни дървесни видове

ABOUT THE PROJECT

The research on the impact of forestry management activities with different intensity on the soil system in our country can be more complex, consistent and informative about soil carbon stocks, and this provokes interest in conducting of studies in this scientific field. Therefore, one of our goals is to increase in knowledge in the field, clarification of the impact of major forestry activities, in different forest types, on the main carbon depot for Bulgarian forests – soil, and its indicators.

За проекта

Изследванията върху влиянието на горскостопански мероприятия с различна интензивност върху почвената система в страната ни, могат да бъдат по-комплексни, последователни и информативни относно почвените въглеродни запаси, а това провокира интерес към провеждането на такива проучвания. Ето защо една от целите ни е увеличаване на знанията в областта, изясняване на влиянието на основни горскостопански мероприятия, при различни дървесни видове, върху основното въглеродно депо за българските гори – почвата, и нейните показатели.

Forest ecosystems present an important part from the global carbon cycle because of their ability to capture and store CO2 from the atmosphere in their biomass, forest litter and forest soil (Batjes, 1996; Jobbágy and Jackson, 2000; Six et al., 2002a). Forest soils and litter contain more than two-thirds of the total C and N stored in the forest ecosystems (Dixon et al., 1994; Boyle, 2005). The higher levels of accumulated carbon in forest ecosystems can help climate change mitigation, which is among the societal challenges according to a number of organizations and programs for development, such as the IPCC, Horizon 2020 from EC and others. Therefore the demand for strategies for adapted forest management and increasing carbon stocks is an urgent goal. The accumulation of more carbon in forest ecosystems can help mitigate climate change, Therefore the search for strategies for adapted forest management and increasing carbon stocks is an urgent goal.
It has been found that the change in soil carbon stocks after cuttings depends on soil type, climatic conditions and tree species (Clarke et al., 2015). Forests in mountainous areas are characterized by the presence of a wide variety of ecosystems in relatively small areas (Spehn et al., 2012). The territory of Bulgaria includes a wealth of mountains (39 mountains – over 30% of the total area of the country – most of them are covered with forests), diversity of soil cover (4 groups, 12 classes, including 28 types and 49 subtypes of soils) and natural habitats. This wealth of our country must be taken into account and the impact of different forestry activities, under different conditions – soil types, vegetation type, altitude, etc., on basic soil characteristics and carbon stocks must be studied. On the other hand, forest management is an activity that has its economic significance for society and should not be neglected.

Local studies conducted in Bulgaria, in the second half of the twentieth century, show that 2-4 years after low-intensity felling (6%) in coniferous stands, there is a decrease in soil acidity, and at higher felling intensities (37 – 100%), no changes were observed (Grozeva, 1986). The change in soil acidity can be an indicator of slower changes that are coming. In addition, influences have been found due to the introduction of mechanization for the removal of wood – very weak at intensities up to 15-20% and slope inclination up to 10o, in other conditions, however, e.g. over-wetting can lead to destruction of the soil structure, and at a slope above 15o serious operational disturbances are caused (Zhelyazkov, 1981; Bogdanov, 1983). Connection between the season in which the felling takes place and the degree of mechanical disturbances of the soil was established – the winter season is preferable, then the damage to the soil surface is 20% less than in the summer (Zhelyazkov, 1981). It has been determined that with proper planning of all activities related to logging and timber removal, these mechanical disturbances can be minimized (Zhelyazkov, 1981). Forestry practices in managed natural beech stands with similar characteristics, but different locations in Bulgaria leads to different results considering the soil carbon stocks (Kirova, 2020; Kirova and Zhiyanski, 2021). These differences are the result of both the specifics of the habitat and the time in which surveys were conducted after the forestry activities. This contradistinction of the reported results, the possible change in the soil functioning from accumulating to emitting CO2 in the atmosphere, emphasizes the need for substantial studies at local level to supplement the national knowledge and provide guidelines for future management of Bulgarian forests.
A number of studies related to soil fertility and the factors that influence it have been conducted in Bulgaria (Naumov and Grozeva, 1985). It has been stated that bare fellings and the technogenic load of the landscape during their implementation have an overall negative impact on both fertility and physical and chemical properties, and provoke the course of erosion processes (Zhelyazkov, 1986; Ruseva et al., 2010a). The ongoing erosion processes results in soil carbon losses through water erosion and CO2 emissions (Mchunu and Chaplot, 2012).
The first studies on the possibilities of Bulgarian forests to accumulate carbon dioxide from the atmosphere were presented by Raev and Grozev in 1996, for the period 1955-1993 (Raev and Grozev, 1996). Intensive accumulation of carbon in terrestrial wood biomass has been established, which is due to the implementation of environmentally friendly forest policy aimed at reduced use of forests and strengthening their environmental functions. Recent studies on the impact of land use and management on soil carbon stocks have identified a negative impact of pasture-forest conversion on surface soil carbon stocks (Zhiyanski et al., 2008a). Additional studies have found that the composition of forest stands also affects the amount of carbon accumulated in the soil (Zhiyanski et al., 2008b; Zhiyanski and Glushkova, 2013). No significant changes in basic soil indicators and carbon stock have been identified, after conducting forestry practices in natural beech stands in the Central Stara Planina Mountain (Kirova, 2020). Similar studies in the West Stara Planina Mountain – managed beech stands, demonstrate significant positive changes in the soil carbon stock (Kirova and Zhiyanski, 2021).
The research on the impact of forestry management activities with different intensity on the soil system in our country can be more complex, consistent and informative about soil carbon stocks, and this provokes interest in conducting of studies in this scientific field. Therefore, one of our goals is to increase in knowledge in the field, clarification of the impact of major forestry activities, in different forest types, on the main carbon depot for Bulgarian forests – soil, and its indicators.

Горските екосистеми са важно звено в глобалния цикъл на въглерода поради способността им да улавят CO2 от атмосферата и да го съхраняват в своята биомаса, мъртва горска постилка /МГП/ и горската почва (Batjes, 1996; Jobbágy и Jackson, 2000; Six et al., 2002). В мъртвата горска постилка и почвите се съдържат повече от две трети от общите запаси от С и N, съхранявани в горските екосистеми (Dixon et al., 1994; Lal, 2005). Натрупването на повече въглерод в горските екосистеми може да подпомогне смекчаването на климатичните промени, което е сред обществените предизвикателства според редица организации и програми за развитие, като IPCC, Хоризонт 2020 на ЕК и др. Ето защо търсенето на стратегии за адаптирано управление на горите и увеличаване на въглеродните запаси е една актуална цел.
Установено е, че промяната на почвените въглеродни запаси след сечи зависи от типа почва, климатичните условия и дървесния вид (Clarke et al., 2015). Горите в планинските райони се характеризират с наличие на голямо разнообразие от екосистеми в относително малки по площ територии (Spehn et al., 2012). Територията на България включва богатство от планини (39 планини – над 30 % от общата площ на страната – голяма част от тях са покрити с горски масиви), разнообразие на почвената покривка (4 групи, 12 класа, включващи 28 типа и 49 подтипа почви) и природните местообитания. Това богатство на страната ни трябва да бъде взето предвид и да се проучи влиянието на различните горскостопански дейности, при различни условия – почвени типове, вид растителност, надморска височина и др., върху основни почвени характеристики и въглеродните запаси. От друга страна стопанисването на горите е дейност, която има своето икономическо значение за обществото и не бива да бъде пренебрегвана.

Локални изследвания, проведени в България, през втората половина на ХХ век, показват че 2-4 години след провеждането на слабо интензивни сечи (6%) в иглолистни насаждения, се наблюдава намаляване в киселинността на почвата, а при по-висока интензивност на сечта (37 – 100%), промени не се наблюдават (Грозева, 1986). Промяната на почвената киселинност може да е индикатор за по-бавно настъпващи промени, които предстоят. Освен това, са установени влияния при въвеждането на механизация за извеждането на дървесина – много слаби при интензивности до 15-20% и наклон на склона до 10o, при други условия обаче, напр. преовлажняване това може да доведе до разрушаване на почвената структура, а при наклон над 15o се причиняват сериозни експлоатационни нарушения (Желязков, 1986; Богданов, 1983). Направена е връзка между сезона, в който се провеждат сечите и степента на механични нарушения на почвата – зимният сезон е за предпочитане, тогава повредите върху почвената повърхност са с 20% по-малко в сравнение с летния (Желязков, 1986). Установено е, че при правилно плануване на всички дейности, свързани с провеждането на сечи и извозване на дървесината, тези механични нарушения могат да бъдат сведени до минимум (Желязков, 1986). Провеждането на горскостопански практики, в стопанисвани естествени букови насаждения със сходни характеристики, но различни локации в България води до различни резултати спрямо почвените въглеродни запаси (Кирова, 2018; Кирова и Жиянски, 2021). Тези различия в резултатите са резултат, както от спецификите на месторастенето, така и от времето, в което са проведени проучвания след провеждането на горскостопанските мероприятия. Тази разнопосочност на съобщаваните резултати, възможността поглъщателната функция на почвената система да бъде пренасочена в отдаване на СО2 в атмосферата, подчертава необходимостта от задълбочени проучвания на локално ниво за допълване на националните знания и даване на насоки за бъдещото стопанисване на българските гори.
В България са провеждани и редица проучвания свързани с почвеното плодородие (Наумов и Грозева, 1985) и факторите, които му влияят. Установено е, че голите сечи и техногенното натоварване на ландшафта при провеждането им имат цялостно негативно влияние, както върху плодородието, така и върху физичните и химичните свойства, и провокират протичането на ерозионни процеси (Желязков, 1986; Русева и др., 2010). Протичането на ерозионни процеси от своя страна резултира в загуби на почвен въглерод, чрез водна ерозия и емисии на CO2 (Mchunu and Chaplot, 2012).
Първите изследвания за възможностите на българските гори да поглъщат въглероден диоксид от атмосферата са представени от Раев и Грозев през 1996 г., за периода 1955-1993 г. (Раев и Грозев, 1996). Установена е интензивна акумулация на въглерод в наземната дървесна биомаса, което се дължи на провеждането на екологосъобразна горска политика, насочена към намалено ползване от горите и засилване техните средообразуващи функции. По-нови проучвания за въздействието на земеползването и стопанисването върху запасите от въглерод в почвата установяват отрицателно въздействие на конверсия от тип пасищне – гора върху въглеродните запаси на повърхностния почвен слой (Zhiyanski et al., 2008a). В допълнителни проучвания е установено, че съставът на горските насаждения също влияе върху количеството на натрупания въглерод в почвата (Zhiyanski et al., 2008b; Zhiyanski and Glushkova, 2013).

Sources / Източници:

Раев, И., Грозев, О. 1996. Акумулация на СО2 в надземната маса на българските гори през периода 1955-1993г. Сборник научни доклади. Втора Балканска конференция по проучване, опазване и използване на горските ресурси. 3-5.06.1996. София., том 1, 268- 272.
Batjes, N. 2014. Total carbon and nitrogen in the soils of the world. European journal of soil science, 65(1), 10-21.
Clarke, N., Gundersen, P., Jönsson-Belyazid, U., Kjønaas, O., Persson, T., Sigurdsson, B., Vesterdal, L. 2015. Influence of different tree-harvesting intensities on forest soil carbon stocks in boreal and northern temperate forest ecosystems. Forest Ecology and Management, 351, 9-19.
Dixon, R., Solomon, A., Brown, S., Houghton, R., Trexier, M., Wisniewski, J. (1994). Carbon pools and flux of global forest ecosystems. Science, 263(5144), 185-190.
Jobbágy, E., Jackson, R. 2000. The vertical distribution of soil organic carbon and its relation to climate and vegetation. Ecological Applications, 10, 423–436.
Lal, R. 2005. Forest soils and carbon sequestration. Forest ecology and management, 220(1-3), 242-258.
Six, J., Conant, R., Paul, E., Paustian, K., 2002. Stabilization mechanisms of soil organic matter: implications for C-saturation of soils. Plant and Soil, 241, 155–6.
Spehn, E., Rudmann-Maurer, K., Korner, C., Maselli, D. 2012. Mountain biodiversity and global change.
Zhiyanski, M., Glushkova, M. 2013. Carbon storage in European chestnut ecosystems in Belasitsa, SW Bulgaria. Sylva Balkanica, 14 (1), pp 61-75.
Zhiyanski, M., Kolev, K., Hursthouse, A., Sokolovska M., 2008a. Land-use change effects on soil organic carbon and nitrogen contents in ecosystems from Central Balkan Mountains, Bulgaria. Journal of Balkan Ecology, 4, 397-411.
Zhiyanski, M., Kolev, K., Sokolovska, M., Hursthouse, A. 2008b. Tree species effect on soils in Central Stara Planina Mountains. Nauka za Gorata − Forest Science 4: 65−82.

Contact us/ КОНТАКТИ

How we can help you? 
Как да помогнем?