Содержание к диссертации
Введение
1 Можжевеловые леса (биология, экология и хозяйственное значение) 10
2 Природно-климатические и лесорастительные условия северозападного Кавказа 23
3 Программа, объекты и методики исследований 31
3.1 Программа работ 31
3.2 Объекты исследований 31
3.3 Методики исследований 33
3.4 Объем выполненных работ 37
4 Изменчивость можжевельников Черноморского побережья Кавказа. 38
4.1 Изменчивость некоторых вегетативных и генеративных органов можжевельников 39
4.2 Возрастная изменчивость хода роста можжевельников по высоте и диаметру 47
5 Фитоценотическая структура можжевельников Краснодарского края 53
5.1 Фитоценотическая структура формации можжевельника высокого Junipereta excelsae 54
5.2 Фитоценотическая структура формаций можжевельников тяжелопахучего Junipereta foetidissimae и красного Junipereta oxycedrae 59
6 Эфирные масла и фитонцидная активность можжевельников 65
6.1 Состав эфирных масел можжевельников 66
6.2 Фитонцидная активность можжевельников 68
6.3 Экономический и социальный аспект можжевеловых древостоев.. 71
Выводы и предложения 74
Список использованных источников 77
Приложения 98
- Можжевеловые леса (биология, экология и хозяйственное значение)
- Изменчивость некоторых вегетативных и генеративных органов можжевельников
- Фитоценотическая структура формации можжевельника высокого Junipereta excelsae
Введение к работе
Актуальность темы - обусловлена тем, что уникальные леса можже-вельников тянутся узкой полосой от Анапы до Геленджика вдоль Черного моря и подвергаются сильнейшему антропогенному воздействию, снижая уровень биологического разнообразия. В связи с этим они могут утратить свои возможности по выполнению экологических, социально-экономических функций, снижению защитной роли лесов, ухудшению окружающей среды региона. Отсюда вытекает необходимость изучения биоразнообразия всех видов по морфологическим признакам, генеративным органам, фитоценоти-ческой структуре, биохимическим показателям, санитарно-гигиенической роли можжевеловых редколесий.
Постановка темы увязана с международными обязательствами Российской Федерации в области охраны окружающей среды, сохранения лесов и их биоразнообразия (Хельсинки, 1991, 1993; Конвенция ООН по биоразнообразию и изменению климата; Конференция ООН по окружающей среде и развитию, 1991; Лесные принципы, 1993; Концепция устойчивого управления лесами РФ, 1998; Основы политики РФ в области развития науки и технологий на период до 2010 года и дальнейшую перспективу, 2002).
Работа выполнена в рамках Федеральной целевой программы "Интеграция науки и высшего лесотехнического образования, инновационной дея тсльности на предприятиях лесного комплекса (№ госрегистрации 01.2.00103888).
Вопросы поддержания биологического разнообразия видов привлекает внимание многих исследователей в различных регионах (Негробов, 1996, 1998, 2000; Солнцев и др., 1997; Лебедева и др., 1999 ; Беднова, 2003) Важное значение играет мониторинг биоразнообразия лесов России (Исаев, 1997).
Цель работы - изучить изменчивость и разнообразие некоторых признаков, показателей можжевеловых фитоценозов с целью повышения их устойчивости и социально-экономических функций. Все это позволит улучшить функционирование лесных экосистем, способствовать их оздоровлению и воспроизводству.
В соответствии с целью были определены следующие задачи:
- анализ природно-климатических и почвенных условий Черноморского побережья Кавказа;
- изучение изменчивости некоторых признаков и показателей можже-вельников;
- исследование фитоценотической структуры можжевельников Краснодарского края;
- состав эфирных масел и санитарно-гигиеническое значение можжевеловых древостоев.
Научная новизна исследований прежде всего заключается в том, что:
- выделены наиболее информативные константные признаки (ширина, толщина хвои; индекс или форма шишкоягод), которые возможно использовать для изучения генетической структуры можжевельников (Горгун, 2005);
- рассмотрена фитоценотическая структура можжевельников высокого, тяжелопахучего и красного, что позволяет воспроизводить наиболее продуктивные, устойчивые формации в конкретных условиях произрастания (Горгун, 2004);
- впервые изучен состав эфирных масел, фитонцидная активность различных видов можжевельников и даны рекомендации по повышению социально-экологических функций этих древостоев для курортной зоны Анапа-Геленджик (Горгун, 2005).
Практическая ценность результатов работы заключается в обосновании необходимости формирования на побережье Анапа-Новороссийск-Геленджик Национального парка для сохранения всего биоразнообразия ландшафтов на этом отрезке, повышения социального статуса.
При проведении работ показана необходимость сохранения этих уникальных реликтовых формаций и их воспроизводства на Черноморском побережья Кавказа.
Обоснованность и достоверность результатов исследований обеспечена комплексностью проработки темы с использованием методов математической статистики (кластерный анализ, главных компонент), современным научно-методическим уровнем проведения, длительным периодом работы, что позволило получить проверенные временем результаты и дать рекомендации производству.
Положения выносимые на защиту
1) Закономерности изменчивости некоторых морфометрических и таксационных показателей и признаков можжевельников;
2) Фитоценотическая структура редколесий можжевельников высокого, тяжелопахучего и красного;
3) Состав эфирных масел и фитонцидная активность можжевельников. Апробация работы. Результаты исследований и основные положения диссертации докладывались и обсуждались на научно-практической конференции "Интеграция науки, образования для развития производства и лесопромышленного комплекса" (Воронеж, 2004), научной конференции "Оптимизация ландшафтов зональных и нарушенных земель" (Воронеж, 2005), научной конференции "Генетика, селекция, семеноводство и развитие древесных пород в лесостепи", посвященной 95-летию со дня рождения профессора М. М. Вересина (Воронеж, 12 февраля 2005 г.), Всероссийской научно-практической конференции "Непрерывное экологическое образование и экологические проблемы (Красноярск, 2004), научно-практической конференции "Лесоводство и лесные мелиорации-85 лет лесохозяйственному факультету (Новочеркасск, 2005).
Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 7 работах.
Можжевеловые леса (биология, экология и хозяйственное значение)
В семейство кипарисовые (Cupressaceae) входит до 20 родов, в т. ч. род можжевельник (Juniperus) включает около 70 видов, из которых 21 естественно произрастает в России. Они возникли, вероятно, в юрский период (Малеев, 1938), а их эволюция и дифференциация происходила в плиоцен-плейстоцене, когда на планете наблюдались резкие перемены в климате (Му-хамедшин, Таланцев, 1982; Булыгин, Ярмишко, 2001).
На Кавказе можжевельник представлен 3 видами:
Можжевельник высокий (Juniperus excelsa Bieb.) произрастает по данным Я. С. Медведева (1879,1883), "... в Восточном и южном Закавказье. В Западной части встречается на берегу Черного моря в Абхазии, возле Новороссийска и Геленджика. В Крыму растет исключительно по южному берегу". Кроме того, он формирует участки в Греции, Сирии, Аравии, Персии, Афганистане, Гималаях, Тибете (Кеппен, 1885). На территории СНГ в Туркмении и Таджикистане. Можжевельник высокий дерево до 10-15 м высотой с пирамидальной кроной. Кора темно-серая, волокнистая. Хвоя на побегах до 1 мм длиной, продолговатая или овальная, тупая, плотно прилегающая к побегам с продолговатой железкой. Шишкоягоды сидячие, шаровидные, черные с сизым налетом, до 10 мм в диаметре. Засухоустойчив, в приморском поясе произрастает до 300-400 метров над уровнем моря. Отдельные экземпляры доживают до 600 лет.
Можжевельник тяжелопахучий или вонючий - Juniperus foetidissima Wild. Произрастает чаще совместно с высоким в Закавказье и небольшим углом на Черноморском побережье от Геленджика до Анапы (Медведев, 1879, 1883; Кеппен, 1885), а также в Турции, Сирии, Ливане, Кипре. Дерево до 15 м высоты и 1 м в диаметре с широкопирамидальной плотной кроной. Ветви дугообразные. Хвоя до 2 мм длины, колючая, к побегам прижата неплотно. Шишкоягоды на короткой ножке шаровидные или слегка яйцевидные до 10 мм диаметром, буровато-черные с сизым налетом. Растет как единично, так и бйогруппами на открытых сухих местах, может подниматься до высоты 1000 м, более холодоустойчив, чем высокий. Отдельные деревья доживают до 400 лет.
Можжевельник красный - Juniperus oxycedrus L. Дерево до 10 м высоты и 30 см диаметром с конусовидной кроной. Сильно сбежистым стволом, суковатый. Хвоя крупная, до 20 мм длиной и 2 мм шириной, прикреплена перпендикулярно к побегам по 3 штуки в мутовке, очень колючая. Шишкоягоды почти сидячие, шаровидные или слегка сплюснуты с боков, до 10 мм в диаметре. Краснобурые, блестящие. Очень засухоустойчив, теплолюбив. Распространен в теплых районах Крыма, Малой Азии, Иране, по всему Средиземноморью до Испании. На Кавказе насаждений не образует, встречается как примесь к можжевельникам высокому и вонючему. Отдельные деревья доживают до 200-летнего возраста.
Площадь лесов с преобладанием и участием можжевельников, по данным лесоустройства, на территории Краснодарского края составляет около 4,5 тыс.га. Они сосредоточены в Анапском, Новороссийском и Геленджик-ском лесхозах (Поварницын, 1940; Коваль, 1968). В настоящее время к можжевеловым лесам относят древостой с участием можжевельника 3 единицы и более. В причерноморской зоне можжевельники поднимаются до 400-500 м над уровнем моря и представлены аридным редколесьем с участием 3 видов можжевельников, дуба пушистого (Quercus pubescens), фисташки (Pistacia mutica), скумпии (Rhus cariaria), держи-дерева (Paliurus spinachristi), жасмина (Jasminum fruticans), грабинника (Carpinus orientalis), сосны пицундской (Pinus pityusa). Характерной особенностью данного района является недостаток влаги и высокие температуры. Так в районе Абрау-Дюрсо зарегистрирован абсолютный максимум температуры воздуха в 40С, сумма температур за вегетационный период в районе Анапы составляет 3600. Испарение влаги значительно превышает количество осадков (417-796 мм). Мощность почвенного слоя незначительная и во вторую половину вегетации растительность испытывает недостаток влаги (Попова, 1961).
Изменчивость некоторых вегетативных и генеративных органов можжевельников
Поиск наиболее простых и доступных признаков и показателей, которые не зависят от внешних факторов, а генетически закреплены, являются одной из главных задач в генетике и селекции древесных пород.
Нами изучены морфометрические показатели хвои (рис. 1,2,3) - длина, ширина и толщина всех трех видов можжевельников, а также генеративных органов - шишкоягод (табл. 5).
Изменчивость хвои. Хвоя можжевельников имеет чешуевидную форму у высокого и тяжелопахучего и игловидную у красного и, соответственно, морфометрические показатели существенно различаются. Наиболее длинная хвоя - 9 мм у можжевельника красного при размахе от 5 до 14 мм, коэффициент С = 9,2 %, что соответствует низкому уровню изменчивости (Мамаев, 1972) можжевельника тяжелопахучего Мер. = 2,7 мм (С = 2,8 %), высокого Мср.-1,10 мм (С=2,5 %).
Ширина хвои у красного можжевельника Мер. = 1,71 мм (С=8,2 %), у тяжелопахучего Мер = 0,63 (С = 3,0 %), высокого Мер.= 0,61 мм (С=3,3 %) и имеет очень низкий уровень изменчивости, за исіслючением можжевельника красного, у которого низкий уровень (С = 8,2 %).
Толщина хвои имеет очень низкий уровень у красного С = 2,2 %, тяже-лопахучего С = 5,3 %, высокого С = 6,4 %.
Изменчивость шишкоягод. Шишкоягода - это органы с помощью которых происходит размножение можжевельников. Высота шишкоягоды у можжевельника высокого и тяжелопахучего колеблется от 7 до 12 мм, Мер = 9,3-9,4 мм, С = 14,6-16,1 %, у красного высота несколько меньше Мер = 7,7 мм, С = 14,1 %. Уровень изменчивости средний.
Индекс шишкоягод характеризует форму плодов, которая у можжевельника высокого имеют округлую форму (I = 0,97), у тяжелопахучего - вытянутая (I = 1,16) и у красного сплюснутая (I = 0,85).
Число семенных чешуи характеризует потенциальную семенную продуктивность вида и наивысшая она у можжевельника высокого Мер = 4,5 штуки (С = 13,1 %), далее следует тяжелопахучий Мер = 4,3 штуки и минимальная у красного Мер = 3,2 штуки (С = 16,2 %). Уровень изменчивости у всех видов можжевельников - средний.
Фитоценотическая структура формации можжевельника высокого Junipereta excelsae
У можжевельника красного обнаружен один (рис. 10) можжевелово-дубовый древостой со вторым ярусом из скумпии, держи-дерева и в напочвенном покрове - тимьян (35 % проективного покрытия).
Наиболее детально типы можжевеловых лесов Черноморского побережья Кавказа описаны в работе В. А. Поварницина (1940), далее состояние и естественное возобновление изучались И. П. Коваль (1968).
Наиболее подробно фитоценотическая структура можжевеловых лесов изучена в условиях Крыма (Малеев, 1927, 1933, 1948; Станков, 1930, 1933, 1939; Воинов, 1960; Шеляг-Сосонко, Дидух, 1975; Лариной, 1980, 1984, 1986; Шведченковой, 1983) на южном берегу и в условиях заказника "Большой Мартьян", Главной лесообразующей породой там выступает можжевельник высокий (L.excebsa), а в подлеске имеется можжевельник красный. Они образуют нижний пояс на уровне 300-500 м над уровнем моря. Имеют 3-ярусное строение, основной породой, слагающей древесный ярус является можжевельник высокий. Ему сопутствуют дуб пушистый, фисташка. В подлеске -колючий можжевельник, держи-дерево, скумпия, а также кизильник, жасмин, шиповник. В травяном покрове преобладают степные злаки и разнотравье. Можжевеловые насаждения отличаются большой пестротой слагающих ценозов, которые меняются в зависимости от крутизны и экспозиции склонов, пород и почв. Выделено 5 ассоциаций и 17 ценозов.
В условиях Черноморского побережья Кавказа все три вида формируют свои формации, которые представлены можжевельником высоким с 2 ассоциациями - можжевеловой, где выделено 7 ценозов и дубово-можжевеловый с 2 ценозами. Формации можжевельника тяжелопахучего представлены 4 ценозами, а можжевельника красного 1 ценозом с участием дуба пушистого, в подлеске скумпия, держи-дерево и напочвенный покров - тимьян. Это самая молодая формация, которая только формируется.
Таким образом, можжевеловые древостой Черноморского побережья Кавказа имеют большое видовое разнообразие - 3 вида. Из них наиболее древними являются можжевельники высокий и тяжелопахучий и более молодым - можжевельник красный. Все они имеют сложное строение в силу их формирования в специфических условиях горной местности, зависят от крутизны и экспозиции склонов, материнских пород и почв образовавшихся на их основе, а также от целого комплекса антропогенных факторов.
