Введение к работе
Актуальность проблемы. Вопросы, связанные с недостаточной долговечностью главных пород в естественных и искусственных степных древо-стоях, имеют вековую историю изучения. Г,Н. Высоцкий отметил основное противоречие между невысоким качеством лесорастительных условий и большими потребностями во влаге главных древесных пород, связанными с высокой испаряемостью в степи. По А.И, Воейкову и ГЛ. Высоцкому, лес является наибольшим потребителем влаги. Поэтому все типы древесной растительности в степи самым неблагоприятным для человека образом отзываются на снижение их воде-обеспеченности. Полезащитные лесные полосы усыхают в засушливые годы после их реконструкции из плотных в продуваемые, перегущенные хвойные культуры и ЗЛН на аренах - в острозасушливые годы после полного смыкания крон. Пойменные леса - после антропогенного изменения паводковой составляющей стока. Байрачные дубравы зачастую находятся в стадии перманентного усыхання. Однако до последнего времени практическое степное лесоводство не претерпело существенных изменений.
Усыхание древесных пород в степных насаждениях считаются субъективными. Его связывают с неправильным подбором лесорастительїіьк условий, ассортимента древесных пород, недостаточностью агротехнических уходов, монодоминантностью состава. Несмотря на признание засушливости климата и физиологической сухости почв одной из главных причин гибели искусственных насаждений (Г.Н. Высоцкий, 1930; Г.Ф, Морозов, 1930; В.А. Дубянский, 1949; А.И. Ахромейко, 1950, ГГ. Козлов, 1952; А.Я. Орлов, СП. Кошельков, 1974; Е.С. Павловский, 1974,1976; НИ. Копылов и др., 1977; В.И. Петров, 1982; В.Н. Виноградов, ВИ. Петров, 1987; НС. Зюзь, 1990; АГ. Гаель, Л.Ф. Смирнова, 1999), несмотря на отсутствие облигатного условия осуществления лесообразо-
вэтельного процесса - избыточного увлажнения потаґ(ЕЇП,лСжшогонов, ] 999)
ИДУ: -;' ..'.;. (Отека
остается общепризнанной возможность создания в степи лесной растительности. Об этом говорит принятая терминология; защитные лесные насаждения, полезащитные лесные полосы, лесомелиорация. Парадокс накладывает неверный отпечаток на технологию создания и воспитания древостоев и, как следствие, на долговечность главных пород. Несмотря из определенные подвижки в понимании причин и следствий массового усыхания поименных дубрав (Всесоюзное и республиканское совещания по восстановлению пойменных лесов - Москва, 1981; Волгоград, 1982), в последнее время появился ряд документов (например, Руководство по ведению хозяйства и восстановлению дубрав в равнинных лесах европейской части России. - М.: Изд-во ВНИИЛМ, 2000), где новая н важная экологическая сторона вопроса не рассматривается и остается традиционной, поэтому предлагаемые меры ведения хозяйства традиционны и наследуют низкую эффективность.
Многие вопросы недостаточной устойчивости главных пород решаются опосредованно - по оценке влажности почв и расчету морально устаревших и противоречивых транспирационных расходов. Отсутствуют объективные критерии оценки состояния главных пород в период до проявления внешних признаков усыхания, критерии оценки успешности роста и достаточности площади питания, характеристики морфологического тина деревьев в устойчивых древостоях и критерии достаточности влаги в древесине главных пород. Гидрофизические константы древесины не считаются видоспецифичными ввиду одинакового химического состава древесного вещества.
Экологическое и гидрофизическое обоснование лесохозяйственных приемов решает главное их противоречие и дает основу для успешной адаптации древостоев к жестким и лабильным условиям степи, а также сохранения и продолжения полувекового опыта массовой лесомелиорации степи.
Работа выполнялась с 1968 года в соответствии с государственными научно-техническими программами, заданиями ВАСХНИЛ, РАСХН по тем-
планам ВНИАЛМИ (номера Госрегистрации - 78062538; 81085805; 01Ш70221;01Вб, 0070221).
Цель и задачи исследований. Целью работы явилась разработка принципов, методов л практических приемов адаптации естественных и искусственных мелиоративных древостоев к сложным лесорасплельным условиям степных ландшафтов.
Поставленные цели достигались на основе решения следующих задач: 1) выявление причин массового усыхания главных лесообразующих пород в естественных и искусственных пойменных лесах, полезащитных лесных полосах и хвойных древостоях на песках; 2) экологическое и гидрофизическое обоснование лесохозяйственных и лесоводственных приемов ведения лесного хозяйства; 3) разработка методологии и практических приемов адаптации различных типов древостоев к лабильному климату степи.
Объекты исследований и объемы НИР. В основу работы пложены экспериментальные и аналитические данные собственных и выполненных под непосредственным руководством автора исследований. Автором изучены пойменные леса Волго-Ахтубинской поймы, низовий Дона и его притоков (Хопра, Бузулука и Медведицы), поймы Среднего Дона, Кубани, Терека и более мелких рек, а также полезащитные лесные полосы в Сальской степи, защитные лесные насаждения и лесные культуры на песках Волго-Донского междуречья и Приволжской возвышенности, государственные лесные полосы.
Исследования проводились в экспедиционных и камеральных условиях. В диссертационную работу вошли материалы НИР за 1968...200( годы. За этот период автором было заложено более 230 пробных площадей, проанализировано более 500 модельных деревьев, дан анализ химического состава около 9000 образцов почв и фунтовых вод, проведено более тысячи определений редокси потенциала почвогрунтов.
Собран и проанализирован гидрологический режим Волги за более чем
столетний (1881,..1997 гг.), Дона - за 86-летний (1881. .1977 гг.) период. Определены изотерма капиллярного испарения и потенциал влагопереноса 18 древесных пород. В Волго-АхтубинскоЙ пойме заложено около 50 га опытных лесных культур. Проведено картографирование засолених почв и состояния дубрав на площади более 2000 га. Обследован (таксация на постоянных пробных площадях, почвенно-химнческая съемка) лесной фонд Хоперского госзаповедника, Шелковского и Лещевского заказников, Астраханской ЛОС, Волгоградского и Обливского ОПХ ВНИАЛМИ и 27 лесхозов семи региональных управлений лесами (Волгоградского, Ростовского, Астраханского, Воронежского, Краснодарского, Дагестанского и Чечено-Ингушского) и зерносовхоза "Гигант" Сальского района Ростовской области.
Научная новизна. Впервые выявлено глубокое негативное антропогенное изменение водного, окислительно-восстановительного и солевого режима аллювиальных почв, послужившее главной причиной усыхаыия лесообра-эующих пород и низкой эффективности принятых приемов ведения лесного хозяйства в поймах аридной зоны.
Доказана облигатностъ периодического усыхзния главных пород во всех видах перманентно загущенных степных древостоев при изменении водного режима почв.
Дано новое гидрофизическое обоснование приемов клнмаксного лесоводства, выявлено фундаментальное значение величини полного насыщения древесины влагой, позволяющее рассчитать изотерму капиллярного испарения, потенциал влагопереноса и диапазоны функциональной влажности древесины (границы устойчивого роста, риска и необратимых изменений), критерии прямой объективной оценки жизнеспособности древесных пород и прогноза ее изменения. Показаны гидрофизические преимущества увеличения доли заболони в стволах в результате интенсивных мер ухода за древостоями.
Экспериментально опровергнуто академическое утверждение о незави-
симости гидрофизических констант древесины от породы.
Отличается новизной объективная классификация древесных пород по засухоустойчивости (по величине потенциала влагопереноса физиологически активной древесины) и по поймостойкостн (по устойчивости к низкой величине редоксипотенциала почвы). Впервые показано, что третьим видоспецифнческим двигателем влагопереноса в системе почва - древесное растение - атмосфера является потенциал влагопереноса. Осуществлено гидрофизическое обоснование агротехнических и альтернативных лесоводственных приемов.
Полученные материалы дали возможность решить проблему недостаточной устойчивости естественных и искусственных насаждений из всех главных лесообразующих пород.
На защиту выносятся следующие основные положения и разработки.
-
Концепция антропогенного изменения качества лесорастительных условий (водного, солевого и воздушного режима почв и микроклимата) как причины низкой эффективности принятых мер ведения лесного хозяйства и гибели части лесов в зарегулированных поймах юго-востока ЕТР,
-
Концепция экологического обоснования альтернативных приемов ведения лесного хозяйства, в том числе оценки нового качества лесокультур-ного фонда и пролонгированного прогноза его изменения.
-
Качественное уточнение физической модели влагопереноса в системе почва - древесное растение - атмосфера, главной составляющей которой выявлен и определен потенциал влагопереноса древесины - третий видоспе-цифичный двигатель влагопереноса.
-
Выявление фундаментального значения величины полного насыщения древесины под вакуумом, позволяющее рассчитывать изотерму капиллярного испарения, потенциал влагопереноса, диапазоны функциональной влажности древесины (границы устойчивого роста, риска и необратимых изменений).
-
Физическая классификация древесных пород по засухоустойчивости и поймостойкости,
-
Концепция гидрофизического обоснования альтернативных лесовод-ственных и агротехнических приемов, положенная в основу приемов климак-сового лесоводства.
-
Методология климаксового лесоводства, заключающаяся в лесопарковом климаксовом принципе адаптивного степного лесоводства (древо-водства), в интенсивном бсзжердняковом методе создания заведомо устойчивых мелиоративных древесных насаждений, в гидрофизическом и экологическом способе оценки успешности формирования климаксовых парковых древостое», а также в использовании гидрофизических преимуществ формирования большей доли объемов заболонной древесины.
Практическая ценность и реализация работы. Оригинальные разработки автора по выявлению причин массового усыхания главных древесных пород, по оценке лесопригодности почв и пролонгированному прогнозу их изменения под влиянием древесной растительности позволяют не только объяснить причины низкой эффективности принятых мер ведения лесного хозяйства, но и избежать крупных затрат на искусственное восстановление лесов, погибших вследствие объективного изменения лесорастительных условий.
Исследования изотермы капиллярного испарения древесины внесли свой вклад в дендрологию и физиологию древесных пород. Выявлена и оценена роль потенциала влагопереноса как третьего (срединного) двигателя влагопереиоса, позволившая классифицировать древесные породы по засухоустойчивости без длительных натурных исследований.
Разработанный камеральный способ опенки поймостойкости древесных пород позволяет объяснить гибель ряда пород-интродуцентов в многоводные годы и избежать длительных и многозатратных и неординарных натурных экспериментов.
Методология создания заведомо устойчивых древостоев, основанная на лесопарковом климаксовом принципе и безжердняковом методе их формирования, находит свое место в проектах лесоустройства и, в частности, противопожарного устройства лесного фонда. Материалы диссертационной работы использованы Воронежским филиалом института Леспроект при составлении проектов лесоустройства лесохозяйственных предприятий Волгоградской и Астрахапской областей, Комитетами охраны природы Волгоградской области и республики Дагестан, а также реализованы в практических рекомендациях -"Рекомендации по созданию лесных насаждений в поймах юго-востока европейской территории СССР". - М„ 1987.
Апробяіртя работы, Основные положения диссертационной работы доложены и одобрены на конференциях, совещаниях, семинарах и курсах: всесоюзных (Винница, 1978; Москва, 1981; Йошкар-Ола, 1990), республиканских (Волгоград, 1982), зональных (Воронеж, 1983; Челябинск, 1983; Курск, 1984), на заседании секции защитного лесоразведения отделения лесоводства и агролесомелиорации ВАСХНИЛ (1984), на заседании НТС Минлесхоза РСФСР (1989) и НТС Федеральной службы лесного хозяйства России (1996), международных курсах и конференциях (Киев, 1990; Москва, 1996; Волгоград, 1997, 1999).
Публикации, По материалам диссертации опубликованы монография объемом 10 печатных листов и более 50 печатных работ объемом около 25 печатных листов. Есть авторское свидетельство. Из публикаций в соавторстве в диссертацию включены разработки, принадлежащие лично автору. Материалы соавторов использовались в обобщениях, наряду с другими литературными данными.
Структура и объем дис^рт^чии Диссертация состоит из введения, 8 глав и выводов. Она изложена на 377 страницах машинописи, содержит 67 таблиц, 54 рисунка, список литературы из 464 наименований и 15 приложений на 17 стр.
В научных исследованиях по данному направлению НИР при методическом руководстве автора принимали участие З.Л. Степанова, А.Н. Максимов, А.А. Олейников, В.В, Азовцев, ОГ. Доценко, HJ3. Варнавская, ІШ. Филшюва, СИ. Кулешов, ЕЛ. Семештоша, А.М. Невидомов, СА. Козицкая. Автор выражает им искреннюю благодарность за работу, позволившую получить заметную часть использованных в диссертации исходных данных.
