Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса исследования 9
Глава 2. Программа и методика исследований 24
2.1.Программа работ 24
2.2.Методика исследований 24
Глава 3.Характеристика района и объектов исследования 27
3.1. Характеристика района исследования 27
3.2.Характеристика объектов исследования 30
Глава 4. Влияние осушения на лесные фитоценозы . 42
4.1. Рост леса в связи с потенциальным плодородием почв и осушением .42
4.2.Естественное возобновление на объектах гидромелиорации 58
4.3. Видовой состав лесных фитоценозов на объектах лесоосушения 66
Глава 5. Опыт создания лесных культур на объектах гидромелиорации 79
Глава 6. Рекреационный потенциал объектов гидромелиорации 89
Общие выводы и рекомендации 102
Список литературы 106
Приложение А. Таксационная характеристика насаждений и естественного возобновления на объектах исследования 130
Приложение Б. Характеристика торфа в слое 0-40 см на опытных участках 144
Приложение В. Результаты агрохимического анализа почв осушаемых участков 148
Приложение Г. Геоботаническое описание на опытных участках 153
Приложение Д. Акт внедрения в учебный процесс 165
Приложение Е. Акт внедрения в производство 167
- Характеристика района исследования
- Рост леса в связи с потенциальным плодородием почв и осушением
- Видовой состав лесных фитоценозов на объектах лесоосушения
- Рекреационный потенциал объектов гидромелиорации
Характеристика района исследования
Территория Тимана проходит по центральной части Республики Коми с северо-северо-запада на восток-юго-восток (рис. 3.1). Южная часть Тимана представлена возвышенностями, покрытыми тяжелыми пылеватыми суглинками (Атлас Коми АССР, 1964). Южный Тиман характеризуется холодной длительной зимой, коротким вегетационным периодом, пониженными суммами температур, большим количеством осадков и малыми величинами испарения. Средняя температура воздуха июля - 12-16оС, января - (-18)-(-21оС). Продолжительность периодов со средней суточной температурой воздуха выше: 0о- 150-180, 5о- 100-140, 10о- 50-85, 15о- 0-40 дней. Продолжительность периода со средней суточной температурой воздуха ниже -5о - 155-180 дней. Продолжительность безморозного периода - 60-70 дней. Сумма температур выше 10о- 400-1300. Годовая сумма осадков - 600-700 мм и более. Испарение с суши - 175-225 мм. Таким образом, на Южном Тимане количество осадков существенно превышает величину испарения. В сочетании с тяжелыми подстилающими грунтами это создает предпосылки для заболачивания лесных земель. Наиболее интенсивно заболачивания протекают на участках Верхнеухтинского ландшафтного района с еловыми, отчасти лиственничными лесами на глеево-подзолистых и подзолисто-болотных почвах. Аналогичные процессы наблюдаются в Нижнеухтинском ландшафтном районе на площадях с мощными ледниковыми и водно-ледниковыми наносами с преобладанием сосновых лесов на подзолах гумусово-железистых и подзолисто-болотных почвах.
На Южном Тимане в пределах Тиманской среднетаежной провинции избыточно увлажненные лесные земли формируются на слабо расчлененных возвышенных равнинах с еловыми и елово-пихтовыми лесами на глеево-подзолистых и торфянисто-подзолисто-глееватых почвах.
Климатические и почвенные условия на Южном Тимане благоприятствуют формированию таежных ландшафтов с заболоченными и болотными лесами. Это, в свою очередь, требует решения вопроса о регулировании водного режима, прежде всего методами осушительной мелиорации. В соответствии с гидромелиоративным районирование территории Республики Коми Южный Тиман входят в гидромелиоративный район, включающий Ухтинское и Троицко-Печорское лесничества. Эффективность осушения широко распространенных здесь спелых и перестойных древостоев низкая (Гортинский, Евдокимов, 1981; Кочеткова и др., 1988). Поэтому выделять зоны массового лесоосушения здесь не рекомендуется (Пахучий, 1991). В то же время необходимо учитывать, что имеющиеся в данном районе площади осушения требуют надзора, ухода и ремонтов. Естественное лесовосстановление на заболачивающихся вырубках протекает неудовлетворительно без мероприятий по их предварительному осушению. При создании лесных культур на аналогичных категориях лесных земель также необходимо проведение гидромелиоративных работ. Поэтому в данном районе целесообразно проведение исследований по вопросу влияния осушения на древостои и другие компоненты лесных биогеоценозов.
Рост леса в связи с потенциальным плодородием почв и осушением
Эффективность гидролесомелиорации прежде всего определяется лесоводственным эффектом осушения (Елпатьевский, 1949, 1971; Сабо, 1959; Пятецкий, Медведева, 1967; Вомперский, 1968; Бабиков, 1968, 1970; Артемьев и др., 1974, 1982; Буш, Залитис, 1977; А. А. Корепанов, 1980; С. А. Корепанов, 2002; Д. А. Корепанов, 2006; Тараканов, 1980, 2007; Красильников и др., 1985; Красильников, 1998; Маковский, Чиндяев, 1988; Саковец, Эрте, 1986; Медведева, 1989; Дружинин, 2006; Хейкурайнен, 1983; Heikurainen, 1959, 1960 и др.). Для восточных районов Европейского Севера данные о лесоводственной эффективности лесоосушения ограничены (Гортинский, Евдокимов, 1981). Имеющиеся количественные оценки лесоводственной эффективности осушения характеризуют 3 - 4 пятилетними периодами после осушения (Пахучий, 1991). При этом величина прироста после осушения и дополнительный прирост в 4-ом пятилетии после осушения получены путем экстраполяции имеющихся данных. Поэтому следует признать важность аналогичных исследований в регионе, позволяющих уточнить имеющиеся и получить новые оценки величины текущего и дополнительного прироста насаждений на объектах гидромелиорации за 30 лет после осушения.
Методически наиболее просто оценить влияние осушения на радиальный прирост. В настоящее время достаточно хорошо исследовано влияние осушения на радиальный прирост сосны и ели. В то же время влияние осушения на прирост кедра, лиственницы, пихты изучено недостаточно полно. В работе рассмотрен данный вопрос на примере объектов осушения с кедром в Нижнее-Омринском участковом лесничестве Троицко-Печорского лесничества на участках, осушенных в 1989 г. (рис.4.1). Известны данные об изменении прироста кедра и лиственницы после осушения в Сибири (Ефремов, 1967, 1972).
По исследованиям С.П.Ефремова (1967, 1972) наблюдается сравнительно быстрая (в период до 2-6 лет) реакция кедра сибирского на снижение уровня воды, резкое увеличение приростов по высоте, диаметру и объему как у молодых, так и более старых деревьев, возраст которых составляет 120-150 лет.
Кедр сибирский включен в Красную книгу Республики Коми (1993). При исследовании влияния осушения на рост насаждений с участием в их составе кедра выполнили таксационное описание насаждений на межканальной полосе (табл. 3.1, приложение А) и оценку естественного возобновления на опытных участках (раздел 4.2). Для оценки реакции отдельных деревьев использовали не разрушающие методы, выполнив взятие кернов на высоте 1,3 м у деревьев, удаленных от каналов на различном расстоянии. Таксационные характеристики деревьев, включенных в выборку, приведены в приложении А (табл. А.4). В табл. 4.1 приведены результаты корреляционного и регрессионного анализа взаимосвязи между величиной радиального периодического прироста кедра в первое и второе пятилетие после строительства осушительных систем, отдельными таксационными показателями деревьев и удалением деревьев от осушительных каналов.
Анализ данных табл. 4.1 показывает, что периодический радиальный прирост во второе пятилетие после осушения достоверно положительно связан с периодическим радиальным приростом в первое пятилетие после осушения (R = 0,82; R 0,05 = 0,40). Согласно расчетам по приведенному в табл. 4.1 уравнению прирост во второе пятилетие больше, чем в первое пятилетие. Это согласуется с положениям гидролесомелиорации, согласно которому при нормальной работе осушительной сети увеличение текущего прироста может наблюдаться в течение 2 - 3 десятилетий после осушения (Сабо и др., 1981).
Радиальный прирост недостоверно отрицательно связан с возрастом деревьев (R = 0,09; R 0,05 = 0,40). Тем не менее, на качественном уровне это подтверждает на примере кедра сибирского известное в гидролесомелиорации положение, согласно которому с увеличением возраста деревьев можно ожидать уменьшение прироста. В то же время, с размерами деревьев – их диаметром и высотой, периодический радиальный прирост связан недостоверно положительно.
При использовании показателя радиального прироста с целью индикации прироста по объему отдельного дерева или производительности древостоя необходимо учитывать, что более достоверным показателем производительности является площадь поперечного сечения годичного слоя, а не его ширина. Производительность древостоев имеет размерность объема, и к ней более близка такая характеристика деревьев, как площадь поперечного сечения, а не ширина годичного кольца (Алексеев, 1997). Это согласуется с известными методическими разработками (Антанайтис, Загреев, 1969; Гортинский, Евдокимов, 1981; Попов, Петрук, 1982; Пахучий, 1991). Так как прирост по площади поперечного сечения положительно связан с величиной радиального прироста и длиной окружности камбиального слоя деревьев, большая величина этого показателя может наблюдаться у деревьев больших размеров, не обязательно имеющих больший радиальный прирост.
Для совокупности анализируемых деревьев кедра средний периодический прирост за пятилетие, предшествующее осушению, в первое и второе пятилетие после осушения соответствуют 0,56; 0,66 и 0,78 см. Т.е., увеличение прироста составило для первого и второго пятилетия 14 и 39% соответственно.
Согласно данным табл. 4.1 периодический радиальный прирост во второе после осушения пятилетие недостоверно отрицательно связан с расстоянием до ближнего осушительного канала (R = 0,04; R 0,05 = 0,40). Таким образом, на качественном уровне показано, что прирост кедра увеличивается при приближении к осушительному каналу. В то же время, при использовании в качестве зависимой переменной величины радиального прироста не во второе, а в первое пятилетие после осушения, коэффициент регрессии меняет знак с отрицательного на положительный. Т.е., наблюдается обратная зависимость. При объяснении этого, видимо, необходимо учитывать, что на объекте исследования часть популяции кедра представлена старовозрастным поколением. После осушения в первые годы у таких деревьев возможен стресс, связанный с изменением водного режима в верхних слоях осушаемых торфяных почв, в меньшей степени выраженный у молодых деревьев, и деревьев растущих на середине межканальной полосы. Однако уже во втором пятилетии после осушения экземпляры, произрастающие вблизи каналов, адаптируются к новым условиям. Это проявляется в увеличении их приростов вблизи осушительных каналов и проявлении отрицательной зависимости между величиной радиального прироста и удалением от каналов.
Видовой состав лесных фитоценозов на объектах лесоосушения
Изучение влияния осушения на рост леса и процессы естественного возобновления - это традиционное направление исследования в области гидромелиорации лесных земель. Однако лесной фитоценоз кроме древостоя и подроста представлен также подлеском и живым напочвенным покровом. Их состояние и изменчивость на объектах лесоосушения исследованы в меньшей степени. Флора Республики Коми достаточно изучена (Определитель…, 1962; Флора …, 1974, 1976, 1977). В то же время, часто влияние гидромелиоративных мероприятий на состояние видов, произрастающих на заболоченных и болотных участках и отнесенных к редким или находящимися под угрозой исчезновения, оценивается как негативное (Красная книга Республики Коми, 1993). Необходимо отметить, что отечественная гидромелиоративная наука всегда рассматривала вопросы охраны окружающей среды в связи с лесоосушением, как одно из важнейших направлений исследований (Бабиков, 1993; Бабиков, Пахучий, 2001 и др.). При этом обязательным считается выявление и охрана мест обитания редких видов. Для успешного решения этих задач, нужно знать флору и растительность территории, т.е. необходимы специальные исследования. В данной работе приводятся результаты изучения видового состава лесных фитоценозов на объектах гидромелиорации в Троицко-Печорском и Ухтинском лесничествах Республики Коми. Оценка влияния лесоосушения на древостои и естественное возобновление на данных объектах приводилось нами ранее (Пахучая, 2002). Работа выполнялась на пробных площадях, заложенных для оценки лесоводственной эффективности лесоосушения, и маршрутным методом. На объектах исследования осушение выполнено в 1989 г. Исследования проводились в 1999 г. Названия видов и семейств приведены по сводке С.К.Черепанова (1995).
В результате выполненных исследований на объектах исследования выявлено 93 вида сосудистых растений, относящихся к 38 семействам. Мохообразные представлены 13 видами, лишайники – 6 видами (табл. 4.10, приложение Г) (Пахучий, Пахучая, 2017).
Наибольшим видовым разнообразием отличаются 5 семейств: розоцветные (Rosaceae) - 11.2%, вересковые (Ericaceae) – 7,9%, лютиковые (Ranunculaceae) – 6,7%, сосновые (Pinaceae) – 5,6% и мятликовые (Poaceae) – 5,6%. Следует отметить, что флора Республики Коми представлена 1200 видами сосудистых растений (Леса Республики Коми, 1999).
Наиболее богаты видами в таежной зоне семейства астровые, мятликовые, осоковые, включающие от 70 до 90 видов каждое. К числу десяти ведущих семейств кроме трех перечисленных выше, относятся также гвоздичные, лютиковые, крестоцветные, розоцветные, норичниковые, ивовые, бобовые.
К бореальной широтной группе в списке видов на объектах исследования относятся береза повислая (Betula pendula Roth), мятлик болотный (Poa palustris L. B и др.), что связано с положением района исследований в таежной зоне. К видам гипарктической группы относятся клюква (Oxycoccus palustris Pers.), голубика (Vaccinium uliginosum L.), морошка (Rubus chamaemorus L.), багульник (Ledum palustre L.) и другие виды, являющейся остатками растительности плейстоценовой эпохи. Южные широтные группы представлены видами бореально-неморальной группы - черёмуха обыкновенная (Padus avium Mill.), вороний глаз (Paris quadrifolia L. Полизональные виды представлены сорными видами, например, крапивой двудомной (Urtica dioica L.). В последнем случае это объясняется хозяйственной освоенностью территорий вблизи г. Ухты. К долготным группам относятся евроазиатская - сосна обыкновенная (Pinus sylvestris L.), голарктическая группа - линнея северная (Linnaea borealis L.), клюква (Oxycoccus palustris Pers.). Существенную фитоценотическую роль играют виды с сибирским ареалом - ель сибирская (Picea obovata Ledeb.), пихта сибирская (Abies sibirica Ledeb.), сосна сибирская (Pinus sibirica De Tour) и др. На объектах исследования обнаружено 9 пород деревьев, 10 видов кустарников. Очень разнообразны споровые растения - хвощи, папоротники, плауны, лишайники, зеленые и сфагновые мхи. На объектах гидромелиорации много полезных растений. Ягоды и съедобные травы представлены 21 видом, лекарственные растения - 42 видами. В составе фитоценозов представлены виды пяти ценотипов. К лесным видам относятся черника (Vaccinium myrtillus L.), ель сибирская (Picea obovata Ledeb.), майник двулистный (Maianthemum bifolium (L.) F.W.Schmidt.). К луговым видам относятся, в основном, травянистые растения. К лесолуговым видам относится земляника лесная. Болотные виды представлены осокой, сорные виды – бодяком (Пахучий, Пахучая, 2017).
На объектах исследования и в зоне влияния осушительных систем встречены редкие и охраняемые виды растений, включенные в Красную книгу Республики Коми (1993): сосна сибирская (кедр), щитовник мужской, адонис сибирский, василистник водосборолистный, пион уклоняющийся (Марьин корень), селезеночник четырехтычинковый, гаммарбия болотная, лобария легочная (табл. 4.11).
Критериями для включения в списки нуждающихся в охране видов сосудистых растений, мохообразных, лишайников и грибов Республики Коми являются: ограниченное количество мест нахождения на территории республики; пограничное положение вида в ареале; включение вида в Красную Книгу Международного союза охраны природы (МСОП), Красную книгу мохообразных Европы, Красные книги бывшего СССР и России; эндемизм и реликтовость вида (Красная книга Республики Коми, 1993).
Рекреационный потенциал объектов гидромелиорации
Часть осушенных лесных земель и болот в Ухтинском лесничестве расположена в границах зеленой зоны г.Ухты. Зеленые зоны городов и поселков – это территория за пределами городской черты, занятая природными лесами, лесопарками и зелеными насаждениями. Леса зеленых зон выполняют в основном санитарно-гигиенические, оздоровительные, рекреационные функции, обеспечивают защиту населения от загазованности и загрязнения воздуха, шума, загрязнения водных источников, создают условия для полноценного отдыха, восстановления сил. Зеленые насаждения снижают силу ветра, очищают и увлажняют воздух, регулируют тепловой режим, защищают города и населенные пункты от эрозии почв, других неблагоприятных для человека природных и промышленных факторов. Леса зеленых зон играют существенную роль в архитектурно-планировочном оформлении городов и населенных пунктов, художественном обогащении застройки.
Зеленые зоны вокруг населенных пунктов Республики Коми впервые были выделены постановлением Совета Министров Коми АССР в 1948 г. Зеленые зоны (19609,3 га) и лесопарки 567,0 га) в Городском лесничестве (сейчас - Городском участковом лесничестве) Ухтинского лесхоза (сейчас -Ухтинского лесничества) были выделены в соответствии с распоряжением СМ РСФСР №126-р от 07.02.78 г. и СМ Коми АССР №94-р от 16.04.78 г., распоряжениями СМ РСФСР №8718-р от 20.12.1958 г. и №2885-р от 10.05.1960 г. («Лесохозяйственного регламента ГУ «Ухтинское лесничество», (2018). При этом какие-либо рекомендации по ведению лесного хозяйства в зеленой зоне в лесохозяйственном регламенте отсутствуют. В связи с этим в табл. 6.1 приведены данные характеризующие структуру лесного фонда зеленой зоны г.Ухты по материалам лесоустройства (Проект организации и развития лесного хозяйства Ухтинского лесхоза, 1996).
В результате сопоставления фактических и нормативных площадей выделенных в Ухтинском лесхозе (сейчас – Ухтинском лесничестве) категорий защитности лесов установлено, что площадь лесов зеленой зоны (по состоянию на 01.01.1997 г.) превышает нормативную, определенную по ГОСТ 17.5.3.01-78 на 43 %,а площадь лесопарковой части зеленой зоны г.Ухты меньше нормативной на 52%. Лесоустройством рекомендовано площадь лесопарковой части увеличить до нормативной за счет лесов зеленой зоны (лесохозяйственной части) кв. 72, 86, 100, 101 Городского участкового лесничества. Необходимо также учитывать, что рекреационные функции выполняют также 100-метровые полосы леса по обеим сторонам туристских и прогулочных маршрутов в лесах лесохозяйственной части зеленой зоны г.Ухты.
В табл.6.2 приведена ландшафтная характеристика лесов рекреационного назначения в лесопарковой хозчасти зеленой зоны г.Ухты.
Из табл. 6.2 следует, что закрытые типы ландшафтов занимают 72,9% площади лесопарковых лесов, полуоткрытые – 15,8%, открытые – 11,3%. Оптимальное же соотношение типов ландшафтов для таежной зоны следующее: закрытые – 55-60%, полуоткрытые – 25-30%, открытые – 15-20%. Преобладающий в лесопарковой хозчасти закрытый ландшафт древостоев горизонтальной сомкнутости представлен в основном среднеполнотными средневозрастными хвойными и мягколиственными насаждениями, а также спелыми и перестойными ельниками. Полуоткрытый тип ландшафта древостоев равномерного размещения деревьев представлен в основном разреженными хвойными насаждениями различных возрастов и типов леса. Среди участков открытых типов ландшафтов наиболее живописны незаболоченные сенокосы
Сравнение оценок устойчивости насаждений свидетельствует о том, что четвертый класс устойчивости насаждений отсутствует. В лесопарковой хозчасти преобладает первый класс устойчивости насаждений (48,7% площади). По соотношению стадий дигрессии в лесопарковой хозчасти преобладают насаждения II стадии (49,9 % площади). Насаждения IV-V стадий дегрессии отсутствуют. Доминируют насаждения второго класса эстетической оценки (60,1% площади лесопарковой хозчасти).
В целом по данным лесоустройства насаждения лесопарковой хозчасти характеризуются средней эстетической и рекреационной ценностью и сравнительно высокой устойчивостью. Наиболее высокой эстетической и рекреационной ценностью и устойчивостью характеризуются чистые сосновые и смешанные сосново-еловые и сосново-березовые насаждения. Все типы ландшафтов, сформированные с участием сосны, являются наиболее живописными. Поэтому в перспективе хозяйство в лесопарковых лесах следует вести таким образом, чтобы обеспечить замену малоценных в эстетическом отношении насаждений сосновыми или смешанными сосново-еловыми или сосново-березовыми. Поэтому очевидна роль гидромелиоративных мероприятий для повышения устойчивости, проходимости и эстетической ценности лесов зеленой зоны г.Ухты. В сочетании с ландшафтными рубками гидротехнические мелиорации могут способствовать переформированию низкополнотных средневозрастных и приспевающих насаждений с короткими и узкими кронами деревьев в закрытые типы ландшафта, а древостоев с широкими и длинными кронами – к формированию в полуоткрытые типы ландшафта. В текущем ревизионном периоде в лесопарковой хозчасти рубки с целью улучшения породного состава, декоративных качеств древостоев и пространственного размещения деревьев запроектированы на площади 106 га. Положительно оценивая в целом предложения лесоустройства по размещению этих рубок в зеленой зоне г.Ухты, можно рекомендовать проведение ландшафтных рубок вблизи трассы Сыктывкар-Ухта на объектах с выполненными ранее гидромелиоративными работами.
Для оценки рекреационного воздействия, характеристики общего состояния растительности, последующего зонирования территории, установления режима отдыха и дифференцированного проектирования мероприятий по благоустройству, при таксации рекреационных лесов на каждом участке глазомерно определялся коэффициент рекреационной нагрузки (К.р.н.), представляющий собой отношение вытоптанной поверхности почвы к общей площади участка. Для каждого квартала рассчитан средний коэффициент рекреационной нагрузки. В результате установлено, что к участкам с очень слабой нагрузкой (К.р.н. до 0,05, изменений не наблюдается) может быть отнесена зона отдыха со свободным режимом без регулирования движения (кварталы 116, 117, 118, 119 Городского лесничества, сейчас – Городского участкового лесничества). Общая площадь таких участков 357 га. К территории со слабой нагрузкой (К.р.н.=0,05-0,1, слабое изменение) может быть отнесена зона регулируемого отдыха с незначительным ограничением движения по лесу дорожно-тропиночной сетью в кварталах 99,115 Городского участкового лесничества. Общая площадь таких участков 219 га.
По степени посещаемости населением территория лесопарковой хозчасти Ухтинского лесничества отнесена к функциональной зоне умеренного (прогулочного, кратковременного) посещения. Здесь запроектирована прокладка прогулочного маршрута (протяженность 5,4 км), связывающего живописные ландшафты и другие объекты эстетического и познавательного характера. Вблизи дорожек и тропинок необходимо устанавливать беседки, навесы, скамейки и др. Хозяйственная деятельность в рекреационных лесах должна быть направлена на создание условий для отдыха населения, на сохранение и улучшение лесных ландшафтов, отвечающих эстетическим и санитарно-гигиеническим требованиям, на установление рационального (оптимального) сочетания типов ландшафтов. Гидротехнические мелиорации лесных земель наряду с ландшафтными рубками, уборкой захламленности, декоративными посадками, улучшением сенокосных угодий, расчисткой просек, строительством и ремонтом лесохозяйственных дорог, а также мероприятиями по охране лесов от пожаров и защите их от вредных насекомых и болезней являются важной составляющей в комплексе лесохозяйственных мероприятий, направленных на повышение рекреационного потенциала лесов зеленой зоны северных городов. При этом лесоводственная эффективность осушения не является здесь главной задачей, хотя с достижением высокой лесоводственной эффективности осушения вполне согласуются задачи улучшения проходимости, повышения санитарно-гигиенической ценности лесов и их устойчивости к рекреационным нагрузкам.