Содержание к диссертации
Введение
1. Природные условия района исследований. 6
1.1.1 Физико-географические условия района исследования 6
1.1.2. Климат 9
1.1.3. Гидрография 11
1.1.4. Почвы 12
1.1.5. Растительность 14
2. Состояние изучаемой проблемы 17
2.1.. Историческая справка 17
3 Программа, методика и объекты исследований 26
3.1. Объекты исследований 26
3.2. Программа исследований 28
3.3 Методика исследований 28
4. Изучение лесорастительных условий в национальном парке «Хвалынский»... 39
4.1. Лесные сообщества 39
4.2 Степные сообщества 51
4.2.1. Общая характеристика флоры 51
4.2.2 Виды травянистой растительности, встречающиеся на территории национального парка 56
4.2.3 Продуктивность степных сообществ 67
5. Создание буферной зоны вдоль естественных границ национального парка «Хвалынский» 70
5.1 Лесомелиоративная адаптация 70
5.1.1 Технология создания сосновых насаждений в условиях национального Парка «Хвалынский» 71
5.1.2. Приживаемость и рост сосны обыкновенной и меловой в национальном парке «Хвалынский» 76
5.1.3 Развитие сосны меловой и сосны обыкновенной в условиях национального парка «Хвалынский» 81
5.1.4 Водный режим сосновых культур 99
6. Экономическая эффективность 105
Выводы и предложения 109
Список использованной литературы
- Гидрография
- Программа исследований
- Общая характеристика флоры
- Технология создания сосновых насаждений в условиях национального Парка «Хвалынский»
Введение к работе
Хвалынские горы - это часть Приволжской возвышенности, возникновение которой, связано с действием геологических процессов. Уникальность этого природного комплекса заключается в том, что сложены они из меловых отложений, которые много миллионов лет назад были морским дном.
В конце прошлого века,, постановлением Правительства Российской Федерации оті9 августа 1994 г №980 на территории около 25 тыс. га. в пределах Хвалынских гор был организован национальный парк «Хвалынский». В дальнейшем потребовалась корректировка границ парка, так как за его пределами оказалось множество растений и животных, включенных в Красную книгу. В 2004 г. областное правительство приняло решение об увеличении площади парка в 4 раза с одновременным созданием буферной зоны. Такая зона парку необходима для сохранения редких животных, исчезающих растений и для защиты земель от эрозии.
Под буферную зону были отведены земли вышедшие из сельскохозяйственного пользования и в значительной степени деградированны. Эти территории в обязательном порядке необходимо адаптировать к условиям национального парка. Лучше всего это сделать с помощью лесомелиоративных защитных насаждений.
Актуальность темы: Актуальность темы обуславливается тем, что земельные угодья национальных парков не полностью изымаются из сельхозпроизводства, а допускается частичная их эксплуатация. Это влечет за собой антропогенную нагрузку на эти территории, которая приводит к обеднению уникального видового биоразнообразия и разрушению естественных ландшафтов.
Цель исследований: Создание буферной зоны из защитных лесомелиоративных насаждений вдоль естественных границ национально- го парка «Хвалынский», которая бы препятствовала продвижению сельхозпроизводителей в глубь заповедных массивов. Задачи исследований:
Изучить лесорастительные условия земель,отведенных под буферную зону национального парка «Хвалынский».
Изучить лесорастительные условия в национальном парке «Хвалынский»
Определить породный состав древесной растительности, пригодной для создания буферных насаждений на меловых отложениях.
Отработать приемы создания устойчивых защитных насаждений в буферной зоне национального парка «Хвалынский».
Объект исследований: сельскохозяйственные угодья, отведенные под охранную зону вдоль естественных границ национального парка "Хвалынский".
Методика исследования включила аналитические и эксперементальные исследования с последующей экономической оценкой полученных результатов. Аналитические исследования выполнялись на основе известных положений, законов и методов экономико-математического анализа.
Эксперементальные исследования осуществлялись на основе общепринятых методик проведения полевого опыта и действующих ГОСТ, расчеты и обработка результатов исследований выполнялись методами математической статистики с применением пакетов прикладных программ Statistika и Excel.
Научная новизна работы заключается в том, что впервые для Европейской части России была детально изучена возможность освоения меловых отложений третичного периода вышедших на дневную поверхность в результате эрозионных процессов.
Научные положения, выносимые на защиту. состав древесной растительности - для создания буферных насаждений на меловых отложениях; приемы создания устойчивых защитных насаждений в буферной зоне национального парка «Хвалынский»; особенности роста защитных насаждений из сосны меловой на карбонатных отложения.
Практическая ценность работы и реализация результатов исследований полученные результаты исследований могут быть использованы в качестве рекомендаций при проектировании защитных насаждений на меловых отложениях.
Предложенные технологии агротехнических приемов создания буферных насаждений вдоль границ национального парка «Хвалынский» позволят сохранить уникальное биоразнообразие парка.
Апробация работы проводилась на областном семинаре работников лесного хозяйства Саратов 1999 (Программа развития национального парка «Хвалынский»), на международном коллоквиуме в США (2004-2005г.), на Всероссийском совещании в Сочи (2000г.). Общий объем внедрения в производство составляет 100 га насаждений ежегодно.
Публикации По материалам диссертации опубликовано 5 научных работы, общим объемом 8,5 печатный листов, из них лично соискателя -5,3.
Структура и содержание работ Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов и предложений, списка использованной литературы и приложений. Работа содержит 157 стр. машинописного текста, 13 таблиц и 12 рисунков, список литературы насчитывает 124 наименования, в том числе 2 на иностранном языке.
Гидрография
В средней части склонов меловых холмов распространены темно серые карбонатные почвы, а к северу от г. Хвалынска на мелу развиты темно-серые перегнойно-карбонатные щебенчатые почвы (Природа..., 1956). Имеются также слабосмытые и среднесмытые, обыкновенные черноземы, приурочены к пологим и покатым скатам и днищам балок. На днищах преобладают дерновые не смытые почвы. На крутых незадерно-ванных скатах и размытых днищах оврагов имеются делювиальные глины и суглинки.
Таким образом, описанное многообразие почв является одним из факторов видового многообразия растений, богатства травянистой растительности. Описание почвенных разрезов приведено в приложении.
Растительность Около 80% территории Саратовской области находится в лесостепной зоне. Лесостепная зона расположена на северо-западе области и в пределах Приволжской возвышенности. Естественные леса и лесопосадки занимают до 6% территории области. Наиболее крупные участки находятся на Хвалынских и Змеевых горах. Национальный парк «Хва-лынский» тоже находится в лесостепной зоне. В Хвалынском районе значительные массивы высоких водоразделов занимают широколиственные леса. Лес растёт на почвах преимущественно лёгкого механического состава — песчаных, супесчаных и щебенчатых, нередко с неразвитым профилем. В составе лесов национального парка «Хва-лынский» до 78%) занимают широколиственные породы и около 22% хвойные. Лиственные леса состоят преимущественно из дуба - 34%, липы - 33%, берёзы - 4%, осины - 4%, имеются лесные участкис произрастанием других пород.
Старые леса имеют сложную структуру. В состав господствующего полога входят: дуб, липа, клён и берёза, которые достигают высоты 15-20 метров. Во втором ярусе - яблоня, груша, черёмуха, рябина высотой 5-10 метров. В подлеске - орешник, бересклет, крушина, калина, жимолость, шиповник и боярышник. Под пологом леса, и особенно на лесных полянах, развивается разнотравно-злаковая степная растительность. В ее составе представлены: сон-трава, сочевник, ирис, анемона, незабудка, крестовник, лютик, ковыль, клевер, подмаренник, луговой мятлик, тонконог и другие, а спутниками сосновых боров являются грушанка. Сосновые леса в естественном состоянии на территории относятся к интразональным. Такие леса на выходах мела, так называемые «меловые боры», считаются реликтами третичного времени. Возраст «меловой» сосны в Хвалынском массиве достигает 150 лет. Меловые сосняки по составу дубово-лещинные с доминированием в травостое лазурника трёхлопастного. На маломощных и остаточно-карбонатных почвах восточных склонов водоразделов развиты меловые травяно-степные сосняки, в которых сравнительно слабо развит подлесок, а в травостое преобладают кальцефиты - копеечник крупноцветковый, скабиоза исетская, оснома. Сосновые леса на водоразделах по крутым южным склонам на мелу отмечены следующие растения: васи-листник, горицвет весенний, колокольчик сибирский, богородская трава, ковыль перистый, тонконог, кузьмичева трава и другие. В ложбинах и на уступах, на южных склонах к северу от города Хвалынск сосна нередко сменяется берёзой.
Луговые степи покрывают не занятые лесом части территории района. Растения луговой степи влаголюбивы. Они формируют так называемые мезофитный тип степей. В состав дерновинных злаков здесь входит типчак (Cestuca sulcata), лугово-степной ковыль (Stipa joannis), узколистный ковыль (Stipa stenophylla). Значительное количество корневищных злаков, как мятлик (Роа angustifolia), полевица (Agrostis tenuifolia), овёс (Avena pubescens), костёр (Bromus riparius). A также «лугово-степное» разнотравье - шалфей (Salvia pratensis), подмаренник (Galium verum), земляника (Fragaria cjllina), клевер (Trifolium montanum) и другие. Эфемеры представлены наибольшим числом видов: гусиный лук и гиацинт степной. Развитие густого растительного покро j ва обуславливает незначительное присутствие эфемеров и лишайников.
С весны до осени такая растительность развивается равномерно и периода «полупокоя» у них не наблюдается.
Программа исследований
Экологические профили прокладывали в направлении господствующих эрозионных ветров. Определяли протяженность эколого-морфологических областей, видовой состав растительности, литологию и влажность почвогрунтов, глубину эрозии, мощность и характер распределения эоловых отложений.
На ключевых участках проводили полную съемку рельефа и контуров растительных ассоциаций. Определяли глубину залегания ГВ, урожай трав, массу листьев и хвои, запасы стволовой древесины.
Во всех случаях описание компонентов ландшафта производилось по методикам полевых изысканий и исследований .
При выполнении фитоэкологических и лесокультурных исследований отбор и лабораторный анализ образцов почв проводили в соответствии с рекомендациями. В частности, влажность определяли термовесовым методом . Влажность завядания - по максимальной гигроскопичности (метод А.В. Николаева). Объемную массу почвы - с помощью прибора Н.А. Качинского в 3-5-кратной повторности. Содержание гумуса - по методу И.В. Тюрина. Валовой азот и фосфор - по A.M. Мещерякову. Состав водной вытяжки - по методике Е.В. Аринушкиной . Валовое содержание воднорастворимых солей в почве и минерализацию грунтовых вод — электрометрическим методом В.И. Петрова . Гранулометрический состав почвогрунтов - по Н.А. Качинскому Агрегатный состав - методом сухого просева /. Наименьшую влагоемкость -методом заливных площадок .
Количественная оценка лесопригодности земель с автоморфными почвогрунтами выполнена методом последовательно-блокового имитационного моделирования процессов влагонасыщения и десуктивно-гравитационного иссушения ризосферы (2-х метрового слоя) молодых сомкнутых однопородных насаждений сосны с запасом сырой хвои 7,5-25 т/га при выпадении минимальной, средней, максимальной сумм осадков на 95%-ом уровне вероятности гидрометеорологических событий и получения регрессионных уравнений, аппроксимирующих динамику их параметров.
Основу моделирования составили данные матрицы параметров годичных запасов фактически доступной (эффективной) влаги в корне-обитаемом слое насаждений, формирующихся при различной обеспеченности осадками. Параметры получены методом вводно-балансовых расчетов, и данные матрицы параметров нормальной транспирационнои активности насаждений, рассчитанные на основании экспериментальных данных .
Использованы модели эмпирико-статического типа, позволяющие рассматривать (не вникая в физическую сущность процессов) статистически достоверные зависимости, с одной стороны, между метеорологическими и почвенно-гидрологическими параметрами физико-географической среды, с другой, между ними, биометрическими и физеологическими параметрами древостоев .
Регрессионный анализ рядов наблюдений выполнен на ЭВМ типа IBM с использованием пакета прикладных программ EXCEL. STATISICA. STATGRAPHICS.
Метеорологические наблюдения сводились к измерению осадков теплого периода осадконакопителями конструкции Н.Ф.Кулика с площадью сечения воронки 100см и фабричными (стеклянными) осадкоме-рами с улавливающей площадью в 30 см. Осадки за холодный период определялись по данным ГМС Волгоградского СХИ, расположенной в 3 км к северо-западу от лизиметрической лаборатории ВНИАЛМИ.
Изменения запасов почвенной влаги определяли термовесовым методом. Пробы субстрата отбирали с поверхности и из буровых скважин через каждые 20 см в начале и конце вегетационного периода.
Гравитационный сток влаги измеряли по мере его формирования и до полного прекращения через 7 дней путем слива и измерения объема воды мерными цилиндрами.
Наблюдения за модельными насаждениями включали ежегодные (в конце вегетационного периода) измерения (сплошным обмером) текущего прироста по высоте, высоты растений, запасов хвои по возрастам, влажности однолетней хвои, определение сохранности сосен и описание их состояния.
Запасы однолетней хвои определяли путем измерения ее сырой удельной массы (г/см) на осредненном побеге и умножения последней на общую длину годичного прироста побегов в модели и в расчете на 1 га. Запасы хвои предыдущих лет — методом экспертной оценки ее сохранности (в % от исходной массы в конце очередного вегетационного периода).
При изучении природно-климатических условий региона исследований и его системы ландшафтов были использованы литературные данные, картографические материалы, а также многолетние наблюдения за состоянием метеорологических условий по данным метеостанций находящихся в районе исследования Эти материалы дали возможность определить существующие в регионе педатопы и гигротопы, а также адаптировать к ним по целевому назначению виды насаждений, приемы их создания и эксплуатации, обеспечивающие максимальный экологический эффект.
При определении общих характеристик климатических условий и оценке формирующихся под их влиянием типов ландшафтов необходимо дать оценку биоэкологической аридности изучаемого региона
Общая характеристика флоры
Ajuga glabra С. Presl. - Живучка ложнохиоская (голая). Травянистый многолетник с ярко-желтыми цветками в пазухах верхушечных листьев. Цветет с мая по сентябрь. Встречается в окрестностях г. Хвалынска г. Беленькая, ур. Таши, г. Богданиха), с. Сосновая Маза на степных склонах. Обитает на степных склонах с черноземно-карбонатной почвой, меловых обнажениях. Хвалынский район - северная граница ареала. Редкий вид. Лимитирующие факторы: нарушение мест обитания.
Adonis vernalis L. - Адонис весенний. Травянистый многолетник. Цветки крупные (до 7 см), желтые. Время цветения: апрель - май. Встречается в окрестностях сел Сосновая Маза, Апалиха, вблизи г. Хвалынска (ур. Таши, Березовая роща и др.). Произрастает на сухих остепненных склонах, опушках и полянах лиственных и смешанных лесов, на известняках. Вид, подвергающийся опасности исчезновения. Лимитирующие факторы: сбор населением, нарушение мест обитания.
Ephedra distachya L. - Эфедра двуколосковая. Кустарничек с чешуевидными листьями и членистыми, ребристыми зелеными побегами. При созревании семени образуется мясистая яркая шишко-ягода. «Цветет» в мае-июне. Вид опушечных или открытых (реже) местообитаний; супесчаного, щебнистого, мергелистого субстрата. Встречается в окр. г. Хвалынска (ур. Таши, г. Каланча), в Варваринском заказнике, в окрестностях с. Сосновая Маза. Редкий в Саратовской области вид с сокращающейся численностью. Лимитирующие факторы: сбор побегов как лекарственного сырья.
Paeonia tenuifolia L. - Пион тонколистный. Травянистый многолетник с шишками на корневище. Цветки крупные (до 8 см) темно-пурпуровые или ярко-красные. Время цветения - май. Встречается в окр. с. Апалиха. Редкий вид. Внесен в Красную книгу РСФСР (1988) и Красную книгу СССР (1984). Отмечается на лугах, опушках светлых лесов. Лимитирующие факторы: сбор на букеты, нарушение мест обитания.
Pulsatilla patens (L.) Mill. - Прострел раскрытый. Травянистый многолетник с крупными поникающими сине-фиолетовыми цветками. Время цветения: апрель - май. Встречается в окрестностях с. Сосновая Маза, г. Хвалынска (ур. Таши). Произрастает в умеренно влажных и довольно сухих степях, в разреженных сосновых лесах, на опушках, песчаных и известняковых склонах. Редкий вид с сокращающейся численностью. Лимитирующие факторы: сбор населением, нарушение целостности мест обитания.
Ranunculus polyphyllus Waldst. et Kit. ex Willd. - Лютик многолист-ный. Плавающий в воде травянистый многолетник с мелкими (до 5 мм) желтыми цветками (венчик и чашечка трехлистные). Время цветения: май - июль. Встречается на влажном лугу (у поворота на с. Подлесное). Произрастает на заболоченных лугах, на илистом субстрате. Исчезающий вид. Лимитирующие факторы: нарушение мест обитания.
Nuphar lutea (L.) Smith - Кубышка желтая. Многолетник с погруженным в воду толстым корневищем. Листья: подводные (тонкие, светло-зеленые) и плавающие (сердцевидные ярко-зеленые). Цветки на поверхности воды желтые, до 7 см в диаметре. Цветет с июня до осени. Встречается в реке Терешке. Произрастает в озерах, прудах, малых реках и на Волге на участках с медленным течением. Резко сокращающийся в области вид. Лимитирующие факторы: сбор на букеты, нарушение мест обитания.
Atraphaxis replicata Lam. - Курчавка отогнутая. Полукустарничек сильно ветвистый до 70 см высотой. Цветки с ярко-розовым или белым околоцветником в пазухах листьев по 2 - 6 в пучках. Цветет в мае -июне. Встречается в окр. с. Михайлевка на меловом склоне холма. Обитает на каменистых и глинистых почвах, щебнистых склонах. Редкий вид. Лимитирующие факторы: нарушение мест обитания.
Ыпит ucranicum Czern. - Лен украинский. Полукустарничек с очередными листьями и желтыми цветками, появляющимися в июне -июле. Встречается по известняковым склонам холмов в окрестностях г. Хвалынска ур. Таши, г. Беленькая), сел Сосновая Маза, Апалиха (Армейские горы). Обитает по меловым и известковым склонам. Редкий вид. Лимитирующие эакторы: выпас скота, разработка мела.
Helianthemum rupifragum A.Kerner. - Солнцецвет скалоломный. Сте-тющийся полукустарник с оранжево-желтыми или желтыми цветками, собранными по 6-8 в завитки, облигатный кальцефил. Время цветения: май --коль. Встречается на склонах холмов в окрестностях г. Хвалынска т. Беленькая, урочища Таши и Богданиха) Обитает на меловых склонах, преимущественно южной экспозиции.
Технология создания сосновых насаждений в условиях национального Парка «Хвалынский»
Обладая ярко выраженным микотрофным типом питания (Лобанов, 1976), сосна способна образовывать микоризу с 71 видом грибов, принадлежащих к родам Amanita, Boletus, Lactarius, Russula и некоторым другим (Шубин, 1973). Видовые особенности грибов-симбионтов определяют окраску микориз, толщину чехла мицелия, его строение и другие признаки. Высказывается предположение (Орлов, Кошельков, 1971), что в отсутствии известных активных азотфиксирующих организмов, усвоение азота сосной осуществляется неизвестными микроорганизмами при участии микоризообразующих грибов. Есть данные, что на территории бывшего СССР до 100 % голосеменных имеют микоризу (Селиванов, 1981).
Считается (Орлов, Кошельков, 1971), что распространение сосны во многих случаях ограничивается недостаточным прогреванием почвы. По-видимому последнее, особенно в период вегетации, ухудшает рост деревьев.
Корневая система сосны наибольшую всасывающую поверхность развивает в верхнем горизонте почвы. Такая резкая наклонность сосредотачивать поглощающие корни в верхнем почвенном горизонте возникает в лесу вследствие того, что поверхность почвы покрыта лесной подстилкой, защищающей почву от температурных крайностей, быстрого пересыхания и являющейся источником подвижных питательных веществ, образующихся при ее разложении. Верхний слой лесной почвы имеет наилучшие физические свойства, наилучшую аэрацию. Он расположен как бы «у ворот», через которые в почву поступают атмосферная влага и легкодоступные питательные вещества. Именно здесь и должна располагаться основная, воспринимающая влагу и питательные вещества, часть корневой системы лесных растений. Большое влияние на глубину распространения корней оказывает мощность почвы. От нее в значительной мере зависит плодородие лесных почв. Растения особенно древесные, нуждаются в том, чтобы занимаемые ими субстрат пред ставлял им возможность широко и глубоко укоренятся, обеспечивал бы им возможность собирать влагу и питательные вещества из небольшого объема почвы, а это не может не зависеть от мощности субстрата. Мощность почвы отражается на составе леса, на его производительности, биологической устойчивости и других свойствах.
Низкая температура почвы может задерживать рост корней, затруднять усвоение питательных веществ и воды, замедлять процессы синтеза, обмена и передвижения веществ из корневой системы в надземные органы и обратно.
Рост корней сосны в поверхностных слоях почвы начинается при прогревании до температуры около 6, при температуре почвы 8-9 начинается энергичный рост корней. Весной взаимосвязь скорости роста корней и температуры почвы прослеживается более отчетливо, чем осенью. Прекращение осенью роста корней при сравнительно еще высокой температуре почвы объясняется существованием наследственно обусловленного периода зимнего покоя.
Особенности температурных режимов почв в разных типах леса обусловлены, прежде всего различиями в развитии древесных пологов, а значит продуктивностью древостоев (Молчанов, 1967). Например, в лесостепной зоне, так же как и в таежной, наблюдается тенденция «потепления» почв по мере ухудшения роста древесного полога и уменьшения сомкнутости крон деревьев.
Наиболее важным экологическим свойством сосны А. Я. Орлов и С. П. Кошельков (1971) считают ее способность в течение длительного времени выживать при низком содержании в почве влаги. Длительному поддержанию приемлемого для жизни растения водного баланса способствует ксероморфная структура хвои и способность поддерживать необходимые для сохранения жизни процессы обмена за счет внутренних ресурсов самого растения. Эти же авторы, на основе обобщения литературных и собственных данных установили, что величина давления почвенной влаги в 2 - 2,5 атм является пределом оптимума для сосны. Давление около 30 атм соответствует максимуму сосущей силы, когда в системе почва - растение устанавливается отрицательный градиент водоудерживающих сил. При давлении почвенной влаги выше 10 атм повышение сосущей силы начинает отставать от возрастания давления, градиент сил уменьшается, транспирация и другие физиологические процессы замедляются. Может быть выделена также предельная величина давления - 40 - 50 атм., по достижении которой происходит резкое обезвоживание тканей и гибель растения. Сосна способна непосредственно использовать грунтовые воды в случае их залегания на глубине не более 2 - 4 м. Наиболее значительный расход влаги сосновым насаждением наблюдается в возрасте наибольшего текущего прироста, когда древостой имеют наибольшее количество хвои (Молчанов, 1953). Уменьшение количества хвои, вследствие изменения условий местопроизрастания, возраста и полноты, изменяет и объем расходуемой влаги.
