Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА ИССЛЕДОВАНИЙ
1.1 Географическое положение и рельеф 8
1.2 Климат 9
1.3 Почвенные условия 10
1.4 Основные условия местопроизрастания 11
1.5 Основные типы леса 13
1.6 Естественно - исторические условия Шипова леса 19
ГЛАВА II МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ И ОБЪЕМ ВЫПОЛНЕННОЙ РАБОТЫ 38
ГЛАВА III СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ДУБРАВНЫХ БИОЦЕНОЗОВ ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЛЕСОСТЕПИ
3.1 Характеристика лесного фонда 41
3.2 География дубравных массивов 46
3.3 Лесопатологическая оценка состояния дубрав 52
ГЛАВА IV РУБКИ УХОДА
4.1 Виды и методы рубок ухода 64
4.2 История и эволюция рубок ухода 71
4.3 Объемные показатели рубок ухода в дубравах 79
ГЛАВА V ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГОМЕОСТАТИЧЕСКОГО УРОВНЯ ЛЕСНОЙ ЭКОСИСТЕМЫ
5.1 Резистентность основных древесных пород в дубравах 89
5.2 Продуктивность дубравного ценоза и его устойчивость 96
ГЛАВА VI ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ, ВЫЗЫВАЕМЫЕ В ДУБРАВНОМ БИОЦЕНОЗЕ РАЗЛИЧНЫМИ ВИДАМИ РУБОК УХОДА
6.1 Виды воздействия рубок ухода на различные компоненты дубравного биоценоза 102
6.2 Внесенная патология древостою при проведении рубок ухода 107
6.3 Остаточная патология при проведении рубок ухода 128
ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЯ
Введение к работе
Актуальность темы
Дубравы лесостепи, представляющие собой в силу своего географического положения старейшие и уникальные форпосты леса на Среднерусской возвышенности, являются важнейшим элементом биосферы и сосредоточения биологического разнообразия. Они играют значительную роль в поддержании экологического баланса, выполняя ряд различных важных функций, таких как: почвозащитные, водо - охранные, климаторегулирующие, рекреационные, эстетические и т.д. С каждым годом идет повышение потребностей в этих полезных свойствах леса, как и увеличение потребности в дубовой древесине.
Естественные природные комплексы Центральной лесостепи на протяжении длительного исторического периода неоднократно и глубоко трансформировалась. Современные антропогенные воздействия ускоряют сокращение площади этих уникальных образований с неизбежной потерей указанных выше функций. В условиях усиливающегося антропо- и техногенного пресса многогранные функции лесостепных дубрав приобретают неоценимое значение. Поэтому в настоящее время с особой остротой встает проблема сохранения и повышения устойчивости зональных дубовых лесов.
Дубравы ЦЧО относятся к лесам 1 группы. Промежуточное лесопользование здесь ведется в форме различных выборочных рубок (рубки ухода, обновления, санитарные). Каждый прием таких рубок вызывает стресс в лесном биоценозе, связанный с резким изменением биомассы, продуктивности и микроклимата экосистемы, многочисленными повреждениями древостоя, подлеска, подроста и напочвенного покрова, уничтожением мест обитания различных видов животных и т.д. Особенно эти последствия чувствительны в таких ослабленных насаждениях как порослевые дубравы. Половина современных отечественных дубрав утратила свои гомеостатические свойства и проведение в них любого вида выборочных рубок вызывает, как правило, волну непредсказуемых патологических последствий.
Назрела необходимость пересмотреть место и роль рубок ухода в общей системе лесохозяйственных мер. Исследование состояния, роста и развития дубравных природных комплексов ЦЧО является актуальным для решения ряда важнейших экологических, лесоводственных и др. задач.
Цель исследований
Цель нашего исследования - выявить лесопатологическое влияние рубок ухода на дубравный биогеоценоз. Исходя из вышесказанного перед нами была поставлена задача: исследовать современное патологическое состояние дубравных массивов ЦЧО, оценить их устойчивость, оценить степень влияния производственных выборочных рубок на лесопатологическое состояние дубравного биоценоза, выявить объемы их проведения и последствия. И в конечном итоге дать оценку экологических последствий рубок ухода.
Научная новизна
Оценено лесопатологическое состояние биоценоза после проведения различных видов рубок ухода. Определены основные лесопатологические признаки определяющие последствия рубок ухода для растительных сообществ дубрав.
Обоснованность результатов исследований
Сделанные нами выводы и предложенные рекомендации, опираются прежде всего на данных, полученных в результате закладки и исследования пробных площадей в Шиповом лесу. На каждой пробе был сделан сплошной перечет деревьев, при этом основное внимание уделялось экземплярам с выраженными остаточными или внесенными патологическими признаками. По- лученные результаты были обработаны на ЭВМ с использованием статистических методов.
Практическое значение
Полученные результаты исследований могут служить для оптимизации рубок ухода в плане снижения их отрицательного воздействия на дубравные биоценозы.
Данные наших исследований можно использовать в качестве практического материала для изучения лесопатологического состояния дубрав, прогноза их дальнейшего развития.
Апробация работы
Основные результаты исследований, а также некоторые выводы по нашей работе были доложены и обсуждены на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов ВГЛТА, конференции молодых ученых (2002-2003). Часть материалов диссертационной работы включена в годовой отчет кафедры экологии за 2002 г.
По окончанию работы, все выводы и заключения были доложены на кафедре экологии, защиты леса и лесного охотоведения в присутствии кафедры ботаники и дендрологии.
Публикации
По материалам, проведенной научно-исследовательской работы, были опубликованы 6 статей, одна статья находится в печати.
Личный вклад
Проведен анализ литературы по истории рубок ухода в дубравах ЦЧО и объемных показателей рубок в Шиповом лесу за последние десятилетия. В основу диссертационной работы был положен материал, собранный автором при закладке пробных площадей и исследованию лесосек в Шиповом лесу. Данные исследования были произведены в 2000-2002 годы. Некоторые полевые работы по закладке пробных площадей проводились совместно с дипломниками ЛХФ.
Основные типы леса
Тип леса, по Воробьеву Д.В. (1953), объединяет лесные участки, занятые одним коренным типом древостоя и всеми производными от него типами древостоя и ассоциациями, характеризуются определенными однородными условиями местопроизрастания и определенным составом (ассортиментом) пород, участвующих в сложении насаждений.
Наиболее часто встречающимися типами леса в центральночерноземных областях являются:
а) свежая ясенево - липовая дубрава.
Этот тип леса приурочен к обширным между балочным плато. Характеризуется сравнительно хорошей дренированностыо почвы. Почвы темно-серые лесные, суглинистые, развитые на карбонатах, лессовидных суглинках. Ниже приводится описание одного из типичных почвенных разрезов Правобережного лесничества, сделанного Черкасовым А.Ф. (1968).
Лесная подстилка, снизу полуразложившаяся.
Перегнойно-аккумулятивный горизонт, темно-серый, легкосуглинистый, комковато-мелкоореховый. Слегка уплотненный, влажный. Имеется равномерно распределенная кремнеземистая присыпка. Пронизан корнями древесных растений.
Переходный, темно-серый с бурым оттенком, мел-коореховатый, легкосуглинистый, уплотнен, влажный. Следы кремнеземистой присыпки. Корней древесных пород довольно много.
Иллювиальный, бурый с темным оттенком, легкоглинистый, ореховатый, плотный, влажный. Имеется железистая пленочка и кремнеземистая присыпка. Корней мало.
Иллювиальный, бурый, легкоглинистый, призматический, очень плотный, сухой, на структурных отдель-ностях видна железистая корочка. Кремнеземистая присыпка неравномерна. Корней очень мало.
Иллювиально-переходный, желто-бурый, тяжелосуглинистый, комковато-бесструктурный, очень плотный, влажный. Встречаются карбонаты кальция в виде лжемицелия. Корней нет. Темно-серые почвы исключительно благоприятны для произрастания дуба и его спутников. Для темно-серых почв характерна сильная гумусова-тость верхних горизонтов (до 6,2 % в Правобережном лесничестве и до 10,7 % в Теллермановской роще). Механический состав темно-серых почв носит глинистый и суглинистый характер, с содержанием физической глины (частиц меньше 0,01 мм в диаметре) в верхнем горизонте разреза 62,13 %, в иллювиальных - А2В1 и Bi от 68 до 64,75 % и в материнской породе 52,25 %. Близкая к нейтральной реакция подстилки и верхнего горизонта (Ai) ниже сменяется слабокислой (рН 5,5-5,8). Эти почвы характеризуются также большой емкостью обмена и высокой степенью насыщенности основаниями, главным образом Са. Описываемая почва способна накапливать значительные запасы влаги, благодаря чему дуб в этом типе леса обычно не испытывает почвенной засухи даже в самые неблагоприятные по увлажнению годы.
Древостой коренной ассоциации состоит из дуба черешчатого, образующего чаще всего насаждения П бонитета, но редко и 1-го. Обычно примешан ясень. Второй ярус образован липой, кленом остролистным, ильмом и др. породами. Подлесок хорошо выражен, преобладает лещина, к которой примешаны бересклет бородавчатый, бересклет европейский; клен татарский, свидина, гордовина.
В покрове постоянны: сныть обыкновенная, копытень европейский, чина весенняя, ясменник пахучий, колокольчик крапиволистный, осока волосистая, ежа сборная, купена многоцветковая, медуница неясная, звездчатка ланцетолистная, фиалка удивительная. Часто встречаются: крапивица, будра плющевидная, мятлик лесной, перловник повислый и др.
При мерах ухода основное внимание в этом типе леса должно быть обращено на воспитание сложных, многоярусных насаждений.
В южной части Черноземного центра распространен тип леса б) сухая кленово-липовая дубрава. Располагается на крупных склонах, а иногда на выходах из балок на плато. Почвы - серые лесные суглинки. Древостой из дуба Ш бонитета. Встречаются клен остролистный, клен полевой, липа, ясень, бересклет, реже - груша, яблоня, вяз, осина. В подлеске - клен татарский, лещина, свидина, бересклет бородавчатый, терн и др. В покрове: осока волосистая, сныть обыкновенная, копытень европейский, звездчатка ланцетолистная, медуница лекарственная, земляника и др.
К пониженным участкам - тальвегам и нижним частям хорошо увлажненных склонов балок приурочен тип леса в) влажная липово - ясеневая дубрава.
Почвы суглинистые, реже - супесчаные, подзолистые, на юге - серые и темно - серые лесные суглинки.
Первый ярус коренного типа древостоя образован дубом черешчатым, часто с примесью осины, реже - березы, а также ясеня. Бонитет насаждений чаще всего I, иногда 1а или переходит ко П. Второй ярус образован с примесью клена остролистного, ильма, клена полевого, береста, изредка - груши, яблони.
Характеристика лесного фонда
Все леса ЦЧО, за исключением лесов, расположенных на землях Министерства обороны и землях населенных пунктов (поселений), а также земли лесного фонда, не покрытые лесной растительностью (лесные и нелесные земли), образуют лесной фонд (Зеленин, 2000).
ЦЧО - типичная лесостепь с отдельно выраженными урочищами дубрав, сосновых боров и осиново-березовых рощ.
Облесенность отдельных районов черноземного центра довольно неоднородна. В пределах Окско-Донской низменности расположены такие крупные лесные массивы как Шипов лес около Бутурлиновки, Теллермановская роща под Борисоглебском, Цнинский бор под Тамбовом, Усманский под Во-ронежом, Хреновской бор под Бобровом. Все эти лесные массивы приурочены к расчлененным, повышенным местам. Вся территория с плоским и не-расчлененным рельефом облесена крайне незначительно (Попов, 1965).
Общая площадь земель государственного лесного фонда шести областей Черноземного центра составляет 1468,9 тыс. га, в том числе лесная площадь - 1359,8 тыс. га и нелесная - 109,1 тыс. га. В составе площади, не покрытой лесом, 44,6 тыс. га гари и погибшие насаждения составляют 0,9 тыс. га, вырубки - 5,6 тыс. га, пустыни и прогалины - 6,8 тыс. га, естественные редины - 0,1 тыс. га, несомкнувшиеся лесные культуры - 28,7 тыс. га, лесные питомники - 2,5 тыс. га.
В общей площади лесного фонда ЦЧО 1468,9 тыс. га (1998 год учета) покрытые земли составляют 89,5 %, в том числе лесные культуры занимают 31,6 % от общей площади.
Примечание: таблица составлена на основании данных Зеленина Н.П. (2000).
По данным Зеленина Н.П. (2000) за период с 1927 по 1998 год по всем управлениям лесами произошло сокращение площади угодий, а именно: по Тамбовскому - на 65 %, Курскому - на 31,2 %, по Воронежскому - на 58 % 1936-1998 годы, по Липецкому - на 40,5 %, Орловскому - на 62 %, Белгородскому - на 23 % за период с 1956 по 1998 год.
Общая лесистость Черноземного центра составляет 9,2-11,5 %. Наибольшую лесистость из шести областей имеет Тамбовская (11,3-13,6 %). Лесистость по покрытым лесом землям лесов, входящих и не входящих в лесной фонд, составляет по Черноземью 8,6 % с увеличением за счет древесно-кустарниковой растительности на 0,6 % и защитных насаждений на 2,3 %.
Рассматривая лесистость как очень важный для ЦЧО фактор, необходимо заметить, что ее значение в 10-12 % для региона недостаточно, по мнению многих исследователей (Калиниченко, 2000).
Увеличение лесистости по ЦЧО, в основном, произошло за счет лесоразведения на сельскохозяйственных площадях.
По состоянию на 01.01.99 все леса ЦЧО отнесены в соответствии со ст. 13,14 «Основы лесного законодательства РФ» к лесам 1 группы.
Распределение общей площади земель ГЛФ Черноземного центра по группам возраста, запасу и основным лесообразующим породам приводится в табл.4.
Из таблицы видим, что преобладающими группами возраста являются средневозрастные - 56,1 % по площади и 65,7 % по запасу.
Молодняки занимают второе место - 31 % по площади и 16,7 % по запасу. Остальная площадь земель приходится на приспевающие, спелые и перестойные насаждения (0,6-0,7 %).
Первое место по площади и запасу занимают твердолиственные породы (650,7 тыс.га/92,88 млн.м3). В то же время площадь дубовых насаждений за последние 20 лет снизилась по ЦЧО на 3,5 %, при увеличении запаса на
24.6 % (Зеленин, 2000).
После твердолиственных по площади 371,6 тыс.га и запасу 72,09 млн.м идут хвойные.
Мягколиственные занимают третье место. Их площадь составляет 285,4 тыс.га, а запас 40,37 млн.м3. Площадь мягколиственных насаждений по ЦЧО за период с 1978 по 1998 год (Калиниченко, 2000) уменьшилась на
28.7 %, в т.ч. береза - 51,8 %, но увеличились насаждения осины почти в 7 раз, ольхи - на 10 %, липы - в 1,6 раза.
Приведенные данные в табл. 5, свидетельствуют о том, что все древостой ЦЧО характеризуются относительно небольшим средним возрастом - 47 лет, высоким бонитетом - 11,0 и средней полнотой - 0,71. Средний прирост древостоя на 1 га покрытых лесом земель составил 3,3 м /га, что «на 13,8% больше чем в 1961 году» (Зеленин, 2000). Наиболее высокий класс бонитета имеют сосновые, осиновые, ольховые, березовые насаждения (1,3-1,7), средний класс бонитета дубовых и остальных твердолиственных равен 11,4-11,7. Еще более низкий бонитет имеют насаждения тополей и древовидных ив (111,3-111,9), которые отличаются наибольшим средним приростом на 1 га (3,7-6,0 м3).
В лесах Белгородской, Курской и Воронежской областей от 60 до 80 % запаса древесины образуют дубовые насаждения. По всем лесхозам ЦЧО дуб дает около 40 % общего запаса. Общая средняя производительность насаждений в лесхозах ЦЧО соответствует 11,0 бонитету. Она несколько снижается в более подверженных засухам южных областях - Воронежской (11,4), Белгородской (П,4).
Виды и методы рубок ухода
Как известно, в зависимости от возраста насаждений и хозяйственных целей в отечественном лесоводстве приняты следующие виды рубок ухода: осветления, прочистки, прореживания и проходные рубки. К ним относятся: периодическая вырубка из насаждения части деревьев, подлеска, перестойных деревьев, деревьев, зараженных вредными насекомыми и грибными болезнями, обрезка сучьев и др. Наиболее распространенный вид ухода за лесом - рубки ухода, которые заключаются в периодически повторяющейся вырубке из насаждения деревьев худшего роста и менее ценных пород, что способствует лучшему развитию остающейся части древостоя (Лосиц-кий,1963).
Рубки ухода проводят с момента образования насаждений и заканчиваются, как правило, в возрасте приспевания. Их проводят во всех группах лесов: в чистых насаждениях для регулирования густоты, предупреждения отпада и повышения качества древостоя; в смешанных, кроме того, и, в первую очередь, для предотвращения нежелательной смены пород и выращивания древостоев нужного породного состава. В молодняках рубки ухода проводят независимо от возможности реализации вырубаемой древесины. Виды рубок ухода в зависимости от возраста насаждений в равнинных лесах европейской части России приведены в табл. 7.
Основная цель осветлений и прочисток в молодняках - формирование желательного состава насаждений и регулирование густоты. Осветлениями к возрасту прочисток в основном должно быть обеспечено необходимое участие в составе насаждения главных пород, удаляя второстепенные породы и подлесок, заглушающие главную породу, за которой ведется уход. При недостаточном количестве деревьев главной породы для дальнейшего роста оставляют все экземпляры, независимо от качества стволиков, за исключением больных и усыхающих. Осветление проводят, когда обнаруживается опасность угнетения главных пород второстепенными или разросшимся подлеском. При прочистках удаляют не только второстепенные породы, мешающие успешному росту главных, но и худшие стволики главных пород. Для улучшения освещенности и предупреждения снеговала рубки ухода проводят и в чистых молодняках при излишней густоте стояния стволиков. В смешанных насаждениях при прочистках определяют наиболее целесообразную форму будущего древостоя - простую или сложную (одно- или двухъярусную), в зависимости от чего верхний полог изреживают в большей или меньшей степени.
При прореживаниях продолжают уход за составом и формой насаждения и проводят уход за формой ствола и кроны. Прореживаниями достигаются полнодревесность ствола и ажурность кроны. Наиболее быстрый рост в высоту в сочетании с хорошей очищенностью от сучьев происходит в определенный период жизни молодого леса. В это время формируется ствол. Если посмотреть на деревья в таком лесу, можно заметить, что все они различны по размерам: одни - с прямым, полнодревесным стволом, большим приростом по высоте, а другие - сучковатые, кривые, развильчатые. Оставляя на корню деревья с полнодревесными стволами, пирамидальными формами кроны и, вырубая деревья бесперспективные, с искривленными сильносбежистыми стволами, обеспечивают уход за формой ствола. Прореживание проводят в насаждениях 21-40 лет.
В лиственных и твердолиственных насаждениях порослевого происхождения второй и последующих генераций при возрасте технической спелости менее 40 лет - в 11-20 лет.
Проходная рубка - это рубка ухода в приспевающем древостое в целях создания благоприятных условий для увеличения прироста лучших деревьев. Когда состав насаждения сформирован и обеспечена полнодревесность стволов, приступают к более сильным прореживаниям, чтобы увеличить прирост древесной массы (Атрохин, 1985). Проходные рубки проводят в хвойных и дубовых, ясеневых, буковых насаждениях семенного и порослевого происхождения первой генерации в 41 год; в остальных насаждениях при технической спелости более 40 лет - в 31 год и выше, при технической спелости ниже 40 лет - в 21 год и выше.
Прорелшвания и проходные рубки имеют много общего в биологическом отношении. Насаждения этих периодов имеют в определенных пределах сходные параметры таксационной характеристики. «Морозов Г.Ф. высказывал мнение о том, что прорелшвания и проходные рубки могут называться одинаково, когда имеются в виду и промежуточное пользование, и воспитательные задачи» (Атрохин, 1985).
В чистых насаждениях из хозяйственно-ценных пород и с незначительной примесью второстепенных пород рубки ухода проводят на участках перегущенных древостоев с ненормально вытянутыми стволами, на участках с неоднородным происхождением древостоя (семенным и вегетативным), а также с наличием большого количества деревьев фаутных, отставших в росте, плохой формы ствола и кроны. В смешанных и сложных насаждениях рубки ухода назначают при неудовлетворительном их составе с породами, имеющими различное хозяйственное значение, разную быстроту роста или занимающими различное положение в пологе. В таких насаждениях путем частичной или полной вырубки нежелательных пород устраняют их неблагоприятное влияние на главные, обеспечивая тем самым преобладание последних и улучшение качества древостоев. Прореживания и проходные рубки при полноте насаждений 0,7 и ниже, как правило, не назначают.
Особое место среди мероприятий по уходу за лесом занимают выборочные санитарные рубки (ВСР), систематически проводимые в насаждениях наряду с уходом за молодняками, прореживаниями и проходными рубками. Санитарные рубки проводят в целях оздоровления и предотвращения заболеваний насаждений и как самостоятельное мероприятие, если они не могут быть совмещены с рубками ухода в текущем или будущем году (Гусев, 1986).
