Содержание к диссертации
Введение
1. Природные условия района исследований 8
1.1. Географическое положение . 8
1.2. Климат 8
1.3. Рельеф и почвообразующие породы 14
1.4. Поверхностные и грунтовые воды 16
1.5. Растительность 19
Выводы 20
2. Состояние изучаемой проблемы . 21
2.1. Значение леса как рекреационного ресурса . 21
2.2. Создание искусственных насаждений в аридных условиях 24
2.3. Противопожарное устройство рекреационных лесов . 35
Выводы 37
3. Программа, методика, объем выполненных работ . 39
3.1. Программа работ 39
3.2. Методика исследований 39
3.3. Объем выполненных работ 46
4. Характеристика почв санитарно-защитной зоны г. Астаны и ассортимент древесно-кустарниковых пород для лесоразведения 47
4.1. Характеристика почв района исследований . 47
4.2. Классификация почв района исследований по лесопригодности 52
4.3. Ассортимент древесно-кустарниковых пород для лесоразведения 69
Выводы . 72
5. Создание искусственных насаждений в санитарно-защитной зоне г. Астаны 74
5.1. Опыт создания искусственных насаждений на территории санитарно-защитной зоны 74
5.2. Двухприемные посадки лесных культур 81
5.2.1. Причины разработки для санитарно-защитной
зоны двухприемного способа посадки лесных культур 81
5.2.2. Рост лесных культур первого приема посадки 83
5.2.3. Особенности проведения второго приема посадки лесных культур 88
5.2.4. Опыт проведения второго приема посадки лесных культур сеянцами с закрытой корневой системой 97
5.3. Использование крупномерного посадочного материала для искусственного лесоразведения . 104
Выводы . 113
6. Организация рекреационного лесопользования в санитарно-защитной зоне г. Астаны . 116
6.1. Рекомендации по размещению и созданию рекреационных насаждений 116
6.2. Снижение опасности возникновения и распространения лесных пожаров 122
Выводы 126
Заключение . 129
Библиографический список
- Рельеф и почвообразующие породы
- Противопожарное устройство рекреационных лесов
- Методика исследований
- Ассортимент древесно-кустарниковых пород для лесоразведения
Рельеф и почвообразующие породы
Большая часть территории Северного Казахстана расположена в степной зоне, которая состоит из трех подзон: богато - разнотравно - ковыльные степи на обычных черноземах, разнотравно - ковыльные на южных черноземах, типчаково - ковальные на темно - каштановых и каштановых почвах (Калинина, 1960).
Основной объем экспериментальных исследований выполнен нами на территории ТОО «Астана орманы» Управления природных ресурсов и регулирования природопользования города Астаны.
Территория ТОО «Астана орманы» расположена в степной зоне, подзоне сухих типчаково - ковальных степей, на северо - восточной окраине Тангизской сухо - степной волнисто - равнинной физико - географической провинции.
В соответствии с лесорастительным районированием (Основные положения …, 1985; Лесоустроительный проект …, 2008), район проведения исследований относится к провинции остепненных нагорных островных и равнинных сосновых и березово-осиновых лесов, к району сухостойных сосняков Баяно -Каркаралинских низкогорий, подрайону Ерейментауских остепненных березовых и ольховых лесов с остаточными сосняками.
Расположение г. Астаны в степной зоне, южной подзоне сухих типчаково-ковыльных степей предопределило резкоконтинентальный климат в ее окрестностях (Суюндиков, 2012). Резкая континентальность климата обусловлена удаленностью территории от значительных водных бассейнов и близостью к пустынным и полупустынным районам Средней Азии. Другим важнейшим фактором, который формирует климат района, является близость центра высокого давления, в результате чего на данной территории устанавливается анти 9 циклонный режим погоды и, как следствие этого, низкие зимние температуры, порывистые ветры, резкие оттепели.
Среднемесячные и среднегодовые климатические показатели по многолетним данным метеостанции г. Астаны приведены в табл. 1.1.
При среднегодовой температуре воздуха 1,4оС, среднемесячная температура самого холодного месяца года – января, составляет -17,4оС, а самого теплого – июля +20,4оС. Другими словами, амплитуда температур воздуха составляет 91оС.
Абсолютный максимум температур воздуха приходится на июль месяц и достигает +41,6оС. Абсолютный минимум зафиксирован в январе месяце и достигает - 53,6оС (табл. 1.2). Зима длится 5-6 месяцев. Климатической особенностью территории является то, что при ясной погоде и низкой температуре возможны сильные ветры и поземки. Средняя температура зимних месяцев отличается большой неустойчивостью. В отдельные годы возможны значительные отклонения от нормы. Даты перехода температур воздуха через 0, +5, +10оС и продолжительность периода с температурой выше этих границ приведены в табл. 1.3.
Устойчивый снежный покров отмечается в первой половине ноября. Снежный покров максимальной высоты достигает в феврале-марте. Самое ранее снеготаяние приходится на вторую декаду марта. Средняя продолжительность периода снеготаяния составляет 6 дней, но в отдельные годы растягивается до 15 дней.
Весна характеризуется быстрым нарастанием тепла. Наступление теплого периода с устойчивой температурой воздуха выше +0,5оС приходится на начало последней декады апреля. Продолжительность безморозного периода 167 дней. Дата наступления мягкопластичного состояния почвы наступает 24 апреля.
Особо следует отметить, что только в июле месяце в окрестностях г. Астаны не зафиксированы отрицательные температуры воздуха (табл. 1.2). Поздние весенние и ранние осенние заморозки – явление обычное и их следует учитывать при подборе древесных и кустарниковых пород для лесоразведения.
Вегетационный период характеризуется переходом среднесуточных температур через +10С и наступает в первых числах мая (табл. 1.3).
Вегетационный период заканчивается в конце сентября, после чего, по окончании листопада, приступают к выкопке посадочного материала и осенним посадкам некоторых древесных пород. В октябре возможно проведение влагозарядковых поливов.
Климатической особенностью района является его недостаточное обеспечение осадками и неравномерное распределение их по сезонам года. Среднегодовая сумма осадков равна 302 мм, из них на период с температурой выше 10С приходится - 130 мм.
Противопожарное устройство рекреационных лесов
Основу рекреационного потенциала составляют природные ресурсы, предопределяющие рекреационное использование территории (Хайретдинов, Зале-сов, 2011). Природа обладает исключительной способностью восстанавливать утраченные физические, нервные и интеллектуальные силы человека, его нервно-психическую деятельность, она создает положительный эмоциональный настрой. Благотворная роль лесных насаждений известна давно. Люди столетиями использовали лес как источник здоровья. Не случайно, люди, активно проводящие досуг в лесу, отличаются крепким здоровьем, высокой производительностью труда, более строгой дисциплиной, успешно учатся.
Восстановление здоровья и трудоспособности человека, израсходованных в процессе труда, путем отдыха вне жилища – на лоне природы, называется рекреационной деятельностью (Хайретдинов, Конашова, 1994). В этом значе нии термин рекреация (rekreatio) (лат.) – восстановление сил; rekreacja (польск.) – отдых – употребляется в физиологии, медицине, социальной эконо мике, архитектуре, лесоводстве с 50-х годов XX века.
Отличительной чертой рекреационной деятельности является свобода выбора, что делает этот вид деятельности полифункциональным и трудно организуемым, т.к. индивидуальные рекреационные потребности человека определяются и обуславливаются социальными, экономическими, физиологическими и интеллектуальными факторами. В то же время, лучшими угодьями для многофункциональной рекреационной деятельности являются леса, о чем свидетельствует вся предшествующая история и современное состояние общения человека с природой. Весьма характерными в этом отношении являются результаты общественных опросов об оптимальных условиях отдыха, показывающие, что в лишь 0,2% жителей отдыхают в безлесных условиях, в условиях чередо 22 вания леса и поля – около 26, при преобладании водного ландшафта – 19, а в лесной обстановке – 44% (Мелехов, 1980).
Роль лесных насаждений, как рекреационного ресурса, существенно повышается вблизи крупных городов, где концентрируется значительное количество людей, нуждающихся в полноценном отдыхе.
Рекреационная привлекательность и перспективность лесных насаждений объясняется целым рядом их особенностей. В частности, лес, как огромный фильтр, очищает атмосферный воздух от пыли, сажи, дыма, различных аэрозолей, ослабляя действие других вредных примесей. На озелененных участках запыленность воздуха в городах на 40% меньше, чем на открытых площадях, лишенных растительности (Осипенко, 2007). Зеленые насаждения могут улавливать до 70-80% аэрозолей и пыли. Установлено (Ворончихин, 1976), что под деревьями пыли в воздухе меньше в среднем на 42,2% в вегетационный период и на 37,5% при отсутствии листвы. Зимой в безлиственном состоянии газо-поглощающая способность деревьев сохраняется. Большие лесопарковые массивы увеличивают интенсивность видимой и ультрафиолетовой радиации на 15-20%, снижают на 20-40% аэрозольное помутнение, а мутоность атмосферы на 10-30%.
Зеленые насаждения поддерживают ионный режим воздуха, который благотворно влияет на самочувствие человека. Его лечебные свойства используются при гипертонической болезни, переутомлении и упадке сил. Известно (Хай-ретдинов, Конашова, 1994; 2000), что степень ионизации характеризуется числом положительных и отрицательных легких и тяжелых ионов в 1 см3 воздуха. Наибольшее преобладание положительных ионов над отрицательными, тяжелых над легкими наблюдается в природных условиях. Ионизация воздуха связана с выделением древесными растениями ароматических и смолистых веществ. Поэтому над лесными насаждениями число легких ионов в 1 см3 воздуха достигает 2000-3000 шт., а вблизи промышленных предприятий их количество не превышает 400 шт. на 1 см3 воздуха. Критические показатели количества легких ионов зафиксированы в закрытых помещениях (25-100 шт./см3), чем и объясняется угнетающее действие их на человека.
Зеленые насаждения наиболее надежное средство защиты от различных шумов. Лес в прямом смысле влияет на шум, поглощая звуковые волны, снижая уровень шума, при этом он не производит вредных для человека звуков, благотворно влияет на слуховой аппарат и психику человека. Степень защитной роли растений против шума тем выше, чем больше плотность насаждений.
Особенно замечательна способность леса извлекать из воздуха радиоактивные вещества. Пригородные леса уменьшают на 25% и более содержание в воздухе радиоактивных веществ (Осипенко, 2007).
При этом растения, прежде всего, древесные насыщают воздух полезными для здоровья человека отрицательными ионами, перерабатывают углекислый газ, пополняют запасы кислорода в воздухе, выделяя летучие вещества аэ-рофолины, способствующие подавлению болезнетворных микробов. Лесные массивы, расположенные вблизи городов и других населенных пунктов, служат хорошим местом отдыха населения.
Велика роль леса в обеспечении населения продуктами питания, сырьем и т.д. Особенно богаты леса лекарственными растениями, а также грибами и ягодами. Огромное количество людей на нашей планете предпочитает всем видом отдыха тихую охоту, т.е. сбор грибов.
Современная концепция формирования рекреационной среды под пологом зеленых насаждений сводится к выполнению ими следующих основных функций: корректировке скорости ветра, температуры, влажности атмосферного воздуха, фильтрации вредных примесей в воздухе, выделении аэрофолинов и кислорода, ионизации воздуха, создании акустического комфорта. Как показывает практика рекреационного лесоводства (Ворончихин, 1976; Хайретдинов, Конашова, 1994; 2000; Мусин, 1999, 2000; Хайретдинов, Залесов, 2011), повышение средообразующей роли и микроклиматического эффекта зеленых насаждений можно достичь лишь при формировании единой пространственно непре 24 рывной системы, целого комплекса взаимосвязанных средообразующих элементов, поскольку только обширные площади зеленых насаждений, способы выполнять стабилизирующие функции, являясь одновременно и местом отдыха населения.
Поскольку результативность рекреации определяется не столько продолжительностью пребывания в лесу, сколько полнотой отдыха и набором впечатлений, очень важно формировать насаждения с желаемыми таксационными показателями. Следовательно, качественный уровень рекреации определяется породным составом, структурой, строением, живописностью, продуктивностью и устойчивостью лесов. При условии, что качественный уровень рекреационных лесов удовлетворяет в течение неопределенного времени всевозрастающие потребности рекреации, происходит сбалансирование системы в целом, т.е. возникает уравновешенная система или сбалансированный рекреационный лес.
Рассматривая вопросы рекреационного использования лесов, нельзя не отметить, что устойчивость насаждений произрастающих в аридных условиях резко снижается, поскольку насаждения произрастают в экстремальных условиях, где помимо уплотнения почвы, физических повреждений и других негативных факторов рекреации они испытывают недостаток влаги, резкие перепады температур и т.п. Кроме того, из-за недостатка площадей рекреационных насаждений концентрация рекреантов нередко достигает критических величин, что может привести к гибели лесных экосистем. Минимизация отрицательных последствий рекреации на насаждения может быть обеспечена только благодаря увеличению их площади искусственным путем и проведением системы мероприятий, направленных на формирование устойчивых рекреационных насаждений.
Методика исследований
Механический состав верхнего гумусового горизонта почв III группы, в основном суглинистый и значительно реже легко- и тяжелосуглинистый. Отмечается повышенное количество физической глины до 73,8-80,7% в верхних горизонтах темно-каштановых слабосолонцеватых солончаковатых и лугово-каштановых слабосолонцеватых слабосолончаковатых почвах за счет накопления средней пыли от 33,4 до 40,4%, количество которой резко снижается с глубиной. В темно-каштановых сильноглубокосолончаковатых почвах повышенное содержание физической глины до 46,4% на глубине 90-100 см обусловлено аккумуляцией илистой фракции до 40,9%.
В почвах также наблюдается возрастание содержания физической глины и ила на солонцово-карбонатных горизонтах и чем тяжелее механический состав и сильнее осолонцеватость их, тем ниже фильтрация влаги. Почвообра-зующие породы разнообразны по литологическому сложению и представлены суглинками и глинами с прослойками легкого суглинка.
Содержание гумуса варьирует в пределах 1,15 - 3,41% в гумусовом горизонте и в основном преобладают мало- и слабогумусные почвы. Четко выраженная морфологическая солонцеватость в иллювиальном горизонте почве подтверждается наличием обменного натрия в пределах 3,08-7,61% от суммы обменных оснований.
В лугово-каштановых средне- и сильносолонцеватых почвах, которые образуют пятнистость от 10-30%, увеличивается количество обменного натрия до 12,1-21,5% от суммы обменных оснований глубже 40-50 см, а выше по профилю в иллювиальном горизонте до 0,05%. В средней части профиля почв количество карбонатов достигает 7,75%. Реакция среды в верхнем горизонте почв преимущественно щелочная, а в солонцово-карбонатных горизонтах часто возраст до сильнощелочной.
В профиле темно-каштановых солонцеватых почв засоление не обнаружено, здесь сумма солей изменяется в пределах от 0,018 до 0,075% карбонатно-сульфатного и карбонатного типов засоления. В неполноразвитых темно-каштановых слабоглубокосолончаковатых почвах со слабой степенью хлоридно-сульфатного типа засоления на глубине 110 см, угнетающее количество хлора до 0,018% отрицательно влияет на солевыносливые древесно-кустарниковые породы. Угнетающая токсическая концентрация хлора в пределах от 0,016 до 0,048 % присутствует глубже 80-100 см в профиле темно-каштановых слабосолонцеватых глубокосолончаковатых почв с преобладанием сульфатно-хлоридного, хлоридного и сульфатного типов засоления.
Солевой горизонт в большинстве случаев препятствует росту корней вглубь, где присутствует токсическое количество хлора от 0,036 до 0,059%.
Наличие соды до 0,009% глубже 90 см является угнетающим для солевыносливых древесно - кустарниковых пород. Отмечается сильная степень сульфатно-содового засоления в темно-каштановых сильноглубокосолончаковатых почвах.
В темно-каштановых слабо- и среднесолончаковатых почвах угнетающая и токсическая концентрация хлора и сульфатов обнаружена на глубине 50-60 см.
Сульфатный тип сильной и средней степени засоления характерен для средней части профиля лугово-каштановых солончаковатых и глубокосолонча-коватых почв. Наиболее высокое содержание гипса до 11,9-13,8% , глубже 141 см затрудняет проникновение корней.
Аккумуляция хлоридов и сульфатов в средней части профиля лугово-каштановых солонцеватых слабосолончаковатых почв связана с капиллярно-пленочным поднятием их влагой из грунтовых вод сульфатно-натриевого типа засоления (4,3%), залегающих на глубине 3,5 м. Натриево-адсорбционное соотношение в грунтовых водах составляет 7,8% и в результате вытеснения поглощенного кальция натрием усиливается солонцовый процесс в этих почвах.
Мощность верхнего незасоленного слоя почв III группы с различной степенью сланцеватости, в основном 50-80 (100) см. Темно-каштановые почвы в комплексе с солонцами до 50% также отнесены к III группе.
В четвертую группу нелесопригодных почв вошли: темно-каштановые солонцеватые сильносолончаковатые, лугово-каштановые солонцеватые очень сильносолончаковатые, луговые сильносолонцеватые солончаковые, лугово-болотные, солонцы и солончаки.
Наибольшую площадь занимают солонцы автоморфные и их комплексы, полугидроморфные, гидроморфные, луговые солончаковые, лугово-болотные и солончаки.
Темно-каштановые, лугово-каштановые и луговые почвы различной степени солонцеватости и засоления встречаются в комплексах и пятнисто-стях, которые не пригодны даже для солеустойчивых древесно-кустарниковых пород из-за присутствия угнетающих и токсических концентраций соды, хлоридов или сульфатов в верхнем 0-50 см слое почв.
Луговые солончаковые чаще сильносолонцеватые с пятнами солончаков или в сочетании с лугово-болотными почвами, в основном, сформированы на недренированных равнинах надпойменных террас или вокруг болот. При непродолжительном затоплении происходит остепнение, а при длительном - заболачивание почв.
В средней части профиля луговых сильносолонцеватых легкосуглинистых почв оглинивание происходит за счет аккумуляции физической глины и ила. Под гумусовым горизонтам отмечаются скопления гипса до 10,05% и карбонатов - 7,4%. Вниз по профилю щелочная реакция сменяется до сильнощелочной (pH 8,25-9,75). Накопление сульфатов и хлоридов отмечено в слое 25-35 см с содержанием легкорастворимых солей до 1,96% сульфатного типа.
Ассортимент древесно-кустарниковых пород для лесоразведения
Как отмечалось нами ранее, лесные культуры первого приема создавались по схеме 4 х 0,5-0,7 м. Высокая густота посадки обусловила быстрое смыкание крон деревьев в рядах и начало конкуренции между ними. Последнее обусловило необходимость изреживания в полосах (кулисах) березы повислой с целью увеличения площади роста, а следовательно, улучшения обеспеченности оставляемых экземпляров влагой, питательными элементами и т.д. Однако, поскольку рекомендации по проведению рубок ухода в искусственных рекреационных насаждениях санитарно-защитной зоны г. Астаны еще не разработаны, была предпринята попытка использования вместо удаления (рубки) нежелательных деревьев, пересадки части экземпляров березы повислой из посадок первого приема в межкулисные пространства.
Работы по пересадке деревьев производились с помощью «кейсов» и были начаты с 2010 г. Пересадке подлежали 7-8 – летние деревья березы. Посадка выкопанных деревьев производилась в межкулисное пространство по схеме 4,0 х 3,0 м в шахматном порядке. Выбранная схема посадки ранее использовалась при закладке лесозащитных полос и способствовала снижению ветровой нагрузки на формируемые насаждения. Кроме того, редкое стояние деревьев соответствовало целевому назначению формируемых насаждений, поскольку обеспечивало свободный проход рекреантов между деревьями.
Пересадка части деревьев березы повислой из кулис в межкулисное пространство позволяла решить несколько задач. Во-первых, снижалась густота лесных культур первого приема, что улучшало условия роста оставленных на выращивание деревьев. Во-вторых, заполнялись межкулисные пространства, и обеспечивалось формирование крупных блоков березовых насаждений. В третьих, в результате посадки формировался ступенчатый полог древостоя, гасящий ветровые нагрузки. Последнее объясняется тем, что средняя высота пересаживаемых деревьев была ниже таковой у оставленных для дальнейшего выращивания в кулисах, поскольку, как этого требуют правила рубок ухода в чистых одновозрастных насаждениях (Луганский и др., 2001; Правила …, 2007), отбор убираемых деревьев осуществлялся по низовому методу. Всего при проведении эксперимента было пересажено 3 тыс. экземпляров березы повислой.
Анализ роста пересаженных и оставленных на доращивание деревьев показал, что в первые три года пересаженные деревья адаптируются к изменившимся условиям и болеют (рис. 5.16).
Как уже отмечалось, средние диаметры пересаженных деревьев на 16,7 – 26,2% были меньше, чем у оставленных для дальнейшего выращивания. За 3 года, прошедшие после пересадки, значения средних диаметров непересажен-ных деревьев увеличились на 24%, в то время как у пересаженных на высокие и низкие местоположения они увеличились на 11 и 10%, соответственно (табл. 5.8).
Состояние пересаженных растений оценивается как удовлетворительное. Наблюдается плодоношение со средним баллом 3 – у непересаженных растений и баллом 1,9 – у пересаженных (по пятибалльной системе). В целом, плодоносят около 50% деревьев. Размер сережек у непересаженных культур был незначительно больше (3,6 см – длина и 0,6 см – ширина), чем у пересаженных (соответственно – 3,3 и 0,6 см).
Непересаженные растения имели высокую сохранность – 91,3%. На растения в большой мере не повлияла выкопка рядом растущих деревьев для пересадки. Приживаемость пересаженных растений составила в среднем 52,5%, на высоком местоположении береза сохранилась хуже (49,3%). Доля сомнительных пересаженных деревьев на высоком местоположении составило 28%, на низком – 38% от общего количества сохранившихся жизнеспособных экземпляров.
Если сравнивать сохранность пересаженных культур березы по годам (рис. 5.17), видно, что по сравнению с 2011 г. количество сохранившихся пере 107 саженных деревьев на низком местоположении снизилось на 18, на высоком – на 6%. – непересаженные деревья березы
2 – пересаженные деревья на низком местоположении 3- пересаженные деревья на
Успешность адаптации пересаженных экземпляров сосны и березы во многом определяется состоянием ассимиляционного аппарата. Изучение ассимиляционного аппарата березы показало, что размеры листьев у непересажен-ных растений березы больше таковых у пересаженных растений (рис. 5.18). В то же время высокий уровень изменчивости данных признаков указывает на большие различия между отдельными экземплярами.
В текущем году у пересаженных деревьев березы повислой параметры листьев были больше по сравнению со всеми предыдущими годами после пересадки растений, у непересаженных какой-либо системы не наблюдается.
Более подробная характеристика результатов пересадки крупномерных экземпляров березы повислой из загущенных лесных культур на межкулисное пространство приведена в одной из опубликованных работ (Азбаев и др., 2013 в).
Помимо пересадки крупномерных экземпляров березы повислой из загущенных искусственных насаждений на межкулисное пространство, нами предпринята попытка изучения возможности пересадки крупномерных растений со 109 сны обыкновенной. Посадка лесных культур крупномерными посадочным материалом сосны обыкновенной с комом земли была проведена в 2011 г.
Материалы, приведенные на рис. 5.19, свидетельствуют, что средняя приживаемость лесных культур на участке составила, через 2 года после посадки, 91,5%. При этом приживаемость в отдельных рядах за тот же период варьировала от 89,1 до 95,3%.
