Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современное состояние проблемы повышения устойчивости защитных лесов к неблагоприятным факторам 9
1.1 Влияние исторических процессов, природных факторов и хозяйственной деятельности на лесные насаждения 9
1.2 Критерии характеризующие устойчивость лесных насаждений 15
1.3 Оценка и прогнозирование состояния насаждений при помощи лесопатологического мониторинга и других методов 17
1.4 Хозяйственные мероприятия, влияющие на повышение или понижение устойчивости насаждений к неблагоприятным факторам 20
1.5 Выводы по главе 27
Глава 2. Краткая история формирования еловых насаждений вокруг озера Селигер 30
2.1 История формирования еловых лесов до начала Х1Х века 30
2.2. Динамика лесного фонда вокруг озера Селигер за последние три столетия 38
2.3. Выводы по главе 41
Глава 3. Объекты и методика исследований 43
3.1 Объект исследования 43
3.2. Методики исследований 52
3.3.Объем работы 64
3.4. Выводы по главе 66
Глава 4. Санитарное и лесопатологическое состояние древостоев вокруг озера Селигер 68
4.1. Результаты лесопатологической таксации еловых древостоев 68
4.2 Мониторинг состояния древостоев вокруг озера Селигер 74
4.3. Феромонный надзор за короедом-типографом 78
4.4. Математическая обработки результатов лесопатологического мониторинга в еловых древостоях вокруг озера Селигер 83
4.5. Выводы по главе 91
Глава 5. Лесоводственная эффективность сплошных санитарных рубок и рекомендации по проведению рубок переформирования состава и возрастной структуры древостоя 93
5.1. Положительные и отрицательные стороны сплошных санитарных рубок 93
5.2. Рекомендации по проведению рубок переформирования состава и возрастной структуры древостоев 96
5.3. Выводы по главе 97
Выводы и предложения 99
Библиографический список
- Критерии характеризующие устойчивость лесных насаждений
- Динамика лесного фонда вокруг озера Селигер за последние три столетия
- Методики исследований
- Математическая обработки результатов лесопатологического мониторинга в еловых древостоях вокруг озера Селигер
Критерии характеризующие устойчивость лесных насаждений
На современное состояние защитных насаждений влияют не только последствия исторических процессов, но и различные природные факторы: болезни, вредители, ветры, засухи.
Большой вред хвойным насаждениям причиняют корневые гнили. С начала 80-х годов прошлого столетия в западной Европе и в мире в целом ученые обратили внимание на ухудшение состояния и гибель еловых лесов. К концу 90-х годов ученые выдвинули свыше 170 рабочих гипотез, объясняющих усыхание лесов, среди них лидирующие позиции занимают природно-климатические условия и корневые гнили [89], [41].
Волченкова Г.А., Звягинцев В.Б., Дашкевич Е.А. [22, 23] отмечают, что корневые гнили хвойных пород, вызываемые грибами рода Heterobasidion annosum (Fr.) Bref. (корневая губка), являются самым распространенным и вредоносным заболеванием лесных насаждений Северного полушария. Авторами был подсчитан ущерб причиненный корневой губкой сосновым насаждениям Республики Беларусь, который составляет 174,5 млн. USD (в ценах октября 2013 г.).
Количество еловых лесов, ослабленных паразитными грибами уменьшается с юга на север. Это связано с одной стороны с уменьшением видового состава паразитных грибов на севере, с другой, меньшим обилием [140]. Таким образом, степень фаутности зависит от географических условий. Кроме этого пораженность деревьев паразитными грибами зависит от типа леса. Например, в южной тайге корневая гниль от опенка в кисличных типах леса встречается у 20—30% деревьев и полностью отсутствует в типах леса на сырых, плохо аэрируемых почвах (долгомошники, чернично-сфагновые). Кроме этого очаги корневой губки возникают лишь при определенной степени ослабленности насаждений. Потеря устойчивости насаждений чаще всего вызывается чрезмерной густотой и несоответствием для выращиваемых пород условий местопроизрастания, при которых не обеспечивается нормальное питание и развитие деревьев. Основой профилактики заболевания может быть только выращивание устойчивых насаждений [125, 143, 117, 141]. Другой причиной, влияющей не только на изменение состояния лесов, но и приводящая к их гибели являются вредители ксилофаги. Ксилофагов можно разделить на две группы: ксилофаги – «первичные паразиты» представлены не только наиболее «агрессивными видами» (т.е. способные нападать на живые деревья), но и самыми массовыми стволовыми вредителями; ксилофаги – «вторичные паразиты» нападают на сильно ослабленные деревья. По сравнению с ксилофагами – «вторичными паразитами» - «первичные паразиты» обладают повышенной устойчивостью к защитным реакциям дерева, что обеспечивает их личинкам успешное развитие в живых тканях [44, 45,8]. Кроме этого, для заселения дерева каждой группе ксилофагов необходимо стечение ряда факторов: особое состояние дерева как кормового объекта и среды обитания. Очередность заселения деревьев ксилофагами носит характер четко выраженной закономерности, в основе которой лежит потенциальная способность каждого вида заселять деревья на определенном этапе их физиологического ослабления [44, 45]. После заселения ксилофагами дерево отмирает. Ильинский А.И. [43] выделил пять типов отмирания деревьев сосны – комлевой, вершинный, одновременный, стволовой и местный. Все они также наблюдаются и у ели, но со своей спецификой, обусловленной особенностями морфологии и физиологии ели и биологическими особенностями видов ее стволовых вредителей.
В 60-е годы прошлого столетия Лурье М. А. [55]. проводил исследования заселения елового валежника (ветровала, бурелома) стволовыми вредителями в Центральном лесном заповеднике, расположенном в Тверской области. По результатам исследования, из всего комплекса насекомых (более 30 видов) короед-типограф является ведущим в их исходных группировках в мае на валежнике, образовавшемся осенью предшествующего года, в зимний или ранневесенний период.
Маслов Алексей Дмитриевич посвятил часть жизни изучению биологии короеда-типографа и разработке методов борьбы с ним. По результатам его исследований делает вывод о том, что на развитие короеда-типографа большое влияние оказывают условия среды обитания. Популяция короеда-типографа на всех стадиях развития обитает в крайне разнообразных и нередко экстремальных условиях среды, что свидетельствует о высокой экологической пластичности и жизнестойкости вида [61, 62]. Маслов А. Д. описывает развитие очага короеда-типографа по типу вспышки массового размножения в Тверской области, где решающую роль в размножении короеда-типографа в данном случае сыграл ветровал 1979г. [58]. По отдельным пробным площадям ветром было повреждено от 1,3 до 13,3% деревьев ели. Вспышка длилась четыре года. При этом численность короеда-типографа выросла с 20тыс. особей на 1га (до вспышки), до 840 тыс. особей на 1га. Вспышка прекратилась в результате истощения кормовой базы.
Ураганные ветра также являются значимой причиной повреждения насаждений. Тем не менее, большинство причин вывала деревьев действуют не по отдельности, а в совокупности друг с другом, и почти всегда вывал деревьев - это результат влияния ряда причин. В большинстве случаев ветровал и бурелом вызываются следующими группами факторов: 1. орографические: расположение горных систем вдоль направления преобладающих ветров, повышение крутизны склонов, приуроченность к пониженным элементам рельефа; 2. климатические: ветер, сильные засухи и морозы, обилие осадков в виде дождя и мокрого снега; 3. почвенно-гидрологические: избыточное увлажнение и плохо дренируемые почвы, поверхностная корневая система; 4. биологические: возраст древостоя, предрасположенность к вывалу разных пород деревьев, структурная организация наземных и подземных частей деревьев, зараженность болезнями, класс бонитета, полнота, породный состав; 5. хозяйственные: бессистемные рубки и интенсивная эксплуатация лесов, возраст рубки [66, 67, 144, 142, 124].
Динамика лесного фонда вокруг озера Селигер за последние три столетия
На основании приведенных данных рассматриваемый водосбор может быть разделен на три сравнительно однородные части. Первая, образующаяся из первых трех частных водосборов р. Волги, оз. Селигер и р. Селижаровки, занимающая 68% от всей площади, характеризуется: 33% лесов по суходолу, 4% лесов мокрых, 10% зарослей лесного фонда, т.е. имеет всего лесов 47%; вод в ней 10%, болот-8%, полей и лугов -35%. Это наиболее населенная и культурная часть Верхневолжского водосбора [85].
Вторая часть, состоящая из двух небольших северо-западных притоков Волги - Руни и Кути, занимающая 12%, от целого имеет больше лесов, но меньше вод и угодий, а именно, лесов по суходолам 53%, по мокрым почвам - 2%, зарослей лесного фонда - 8%, а всего лесов 63%; вод в ней 4%, болот- 6%, а полей и лугов -27% [85].
Третья часть, занимающая 20% целого, состоит из бассейна р. Жукопа и почти сплошь покрыта лесами и болотами, на пашни приходится только 12%.
В период исследования экспедицией А.А. Тилло, леса Верхневолжского водосбора на площади, где велось постоянное лесное хозяйство, отличались от лесов на земельном фонде. На площадях первой категории господствовали хвойные насаждения (70% хвойных и 30% лиственных), их средний возраст равен 41 году (для хвойных 46, лиственных 30 лет). В зарослях же земфонда господствовали лиственные насаждения (54% лиственных и 46% хвойных), их средний возраст составлял 22 года т.е. почти вдвое меньший, чем в лесах первой категории [85].
На землях Верхневолжского водосбора участие лиственных в составе древостоев составляет 33%, средний же возраст насаждений равен для хвойных 42, для лиственных 27 лет. Во втором районе (р. Руна и р. Куть) лиственных меньше (21%), а средний возраст выше (хвойных 49, лиственных 41 год).
По материалам учета лесов на I октября 1927 г., состав лесов определен в следующих соотношениях: 70% хвойных и 30% лиственных, средний возраст хвойных - 50 лет, а лиственных - 30 лет; из хвойных насаждений 72% площади занято елью европейской и 23% - сосной обыкновенной. Эти данные свидетельствуют о том, что состав лесов в период с 1895г. по 1927 г. изменился сравнительно мало [85].
В лесах Верхневолжского водосбора наиболее распространенной породой является ель, входящая в состав смешанных елово-лиственных и лиственно-еловых насаждений, а на песках и на сфагновых болотах господствует сосна. Истребление сосновых лесов, произрастающих на бедных песчаных почвах, привело к образованию редин с вересковым покровом и пустырей сыпучих песков. Такие лесорастительные условия и пустыри занимают в районе исследования значительные площади, но специальный учет их лесным отделом экспедиции А.А. Тилло не проводился.
Из общих положений экспедиции А.А. Тилло вытекает вывод о требовании сохранять существующие насаждения в хорошем состоянии, восстанавливать лес на пустырях и поддерживать нынешний уровень воды в озерах и болотах. Следует признать, что дренирование и осушение болот в значительных размерах будет идти в ущерб водоносности всего водосбора, если не будут приняты меры для задержки весенних и осенних вод при помощи гидротехнических сооружений. Сведения о динамике состава и возрастной структуре древостоев вокруг озера Селигер получены из различных источников: лесоводственной литературы, исторических карт межевания земель, материалов лесоустройства Осташковского лесничества 1974, 1985, 1995, 2005 годов, и лесного плана Тверской области 2009 года.
Анализ лесного фонда района исследования начат с наложения современной карты Осташковского районного лесничества на «Топографическую межевую карту Тверской губернии» 1853 года. При этом использованы современные компьютерные технологии MapInfo 9.5.
При детальном изучении совмещенной карты в увеличенном масштабе (рис.4) хорошо видна квартальная сеть, проходящая через личные сады, огороды, пашни и луга. Мы решили установить разницу площадей лесных земель 2009 и 1853 годов. Согласно лесохозяйственного регламента Осташковского лесничества, площадь лесного фонда равна 185736 га, из них лесные земли составляют 93,9%. Площадь лесных земель, находившихся в 1853г. под сельскохозяйственными угодьями (сады, огороды, пашни и луга), составляла 55633 га. В настоящее время 40612 га (73%) земель бывших сельхозугодий занято еловым древостоем. Средняя таксационная характеристика ельников в настоящее время составляет: возраст 112 лет, бонитет 2,4, полнота 0,6, состав 6,3Е 2,3Б 0,6Ос 0,4С 0,3Олч 0,1Олс. Установлено по совмещенной карте, что 30% лесного фонда Осташковского лесничества произрастает на бывших сельхозугодиях, из них 73% площади занято еловыми насаждениями первой генерации.
Методики исследований
Это обстоятельство указывает на использование земель в прошлом под сельское хозяйство, на полях сельхозпредприятий проводилась культур техническая мелиорация. По нашим расчетам, представленным в главе 2, 30% площади древостоев Осташковского районного лесничества произрастает на землях бывших сельхозугодий (пашни, пастбища, огороды, сады). Земли сельхозугодий представлены дерново карбонатными выщелоченными почвами, которые относятся к категории старопахотных, поскольку обнаруживается распыленный и обесструктуренный пахотный слой. Гумусовый горизонт мощностью до 20-30см, с содержанием гумуса в верхнем горизонте 5-10%. Реакция гумусового горизонта слабокислая, степень насыщенности основаниями 90-95%. Почвы хорошо обеспечены подвижными соединениями азота, фосфора и калия. В целом почвы обладают высоким запасом плодородия, поэтому на них сформировались высокопродуктивные древостои, выполняющие защитные функции. Условия произрастания на подобных почвах существенно отличаются от чисто лесных. Как правило, на землях, вышедших из-под сельскохозяйственного пользования, где отмечено наличие собранных в кучи камней, произрастают высокопродуктивные 100-120-летние чистые ельники с небольшой примесью сосны и березы [96, 97, 17, 18].
Рекреационные ресурсы. Большое количество озер и рек, живописная природа, развитая инфраструктура, рыбалка и охота привлекают большое количество туристов к озеру Селигер. Высокопродуктивные еловые леса естественного происхождения вокруг озера Селигер, произрастающие на землях бывших сельхозугодий являются излюбленным местом отдыха населения из различных регионов страны. Установлено, что около 95% площади Осташковского районного лесничества имеет рекреационное назначение.
На территории Осташковского административного района действуют порядка 60 туристических баз, домов отдыха и гостиниц. Туристические комплексы расположены на побережьях озер и рек и круглый год принимают в своих апартаментах любителей активного отдыха. Ежегодно Осташковский район посещают представители молодежного движения «НАШИ» в количестве 50 тыс. чел. «НАШИ» - общероссийская организация содействия развития суверенной демократии. Цель движения – «содействие превращению России в глобального лидера в XXI веке». В домах отдыха, туристических базах, домах охотников и т.д. останавливаются еще около 100 тыс. чел. Кроме учтенных 150тыс. человек приезжают любители палаточного отдыха, эту категорию туристов учесть не удается.
Методики исследований Нами в период с 2008 по 2014 годы проводилась лесопатологическая таксация лесов вокруг озера Селигер, по методике, разработанной ФГУ «Рослесозащита» [108]. При лесопатологической таксации собиралась информации о санитарном (степени захламления, усыхания, загрязнения) и их лесопатологическом состоянии (степень повреждения вредными организмами) еловых лесов. В первую очередь лесопатологическая таксация проводилась в насаждениях ценных древесных пород, защитных, и лесах, расположенных в зонах техногенного загрязнения, пострадавших от стихийных бедствий, пожаров, вредных организмов и других негативных воздействий природного и антропогенного характера.
Лесопатологическая таксация проводилась путем глазомерного распределения запаса на выделе древесных пород, составляющих три и более единиц состава, по категориям состояния деревьев, а также определение признаков, повреждения деревьев и причин ослабления насаждения в целом.
Оценка состояния деревьев проводилась визуально в соответствии с шкалой санитарных правил [108] (табл. 7): 1 – «здоровые», 2 – «ослабленные», 3 – «сильно ослабленные», 4 – «усыхающие», 5 – «свежий сухостой», 6 – «старый сухостой», 7 – «ветровал», 8 – «бурелом». Таблица 7
Живая хвоя (листва) отсутствует; кора и мелкие веточки осыпались частично или полностью; стволовые вредители вылетели; на стволе грибница дереворазрушающих грибов Примечание: Ветровальные, буреломные и снеголомные деревья учитывались отдельно. При расчёте средней категории состояния они приравнивались к свежему или старому сухостою. Свежим ветровалом, буреломом или снеголомом считались стволы деревьев, погибших не более, чем за два года до момента обследования. Буреломными (снеголомными) являлись деревья со сломом ствола ниже одной трети протяженности кроны, считая от вершины. Ветровальными являлись поваленные или наклоненные деревья с обрывом более трети корней.
При обнаружении несоответствий фактических показателей насаждения таксационному описанию, которые могут существенно повлиять на достоверную оценку показателей лесопатологической таксации, осуществлялась повторная таксация древостоя в соответствии с лесоустроительной инструкцией [80].
Предельно малой нормой сухостоя и валежа, подлежащей выявлению при лесопатологической таксации являлась величина, вдвое превышающая естественный отпад, но не менее 10 м3/га. При неоднородности санитарного и лесопатологического состояния древостоя выделялась и таксировалась часть выдела, обладающая однородными характеристиками. Минимальная площадь лесопатологического выдела в зоне сильной лесопатологической угрозы составляла 0,1 га, в зоне средней лесопатологической угрозы – 0,5 га, в резервных лесах – 1 га. С целью определения степени влияния рекреационной нагрузки на состояние хвойных насаждений, нами были обследованы спелые высокобонитетные прибрежные еловые леса Каменского, Сиговского, И-Волжского участковых лесничеств, излюбленные места отдыха туристов. Материалы лесопатологической таксации заносились в разработанную ФБУ «Рослесозащита» компьютерную программу. По введенным данным (страта, распределение запаса по породе на категории состояния, причины повреждения, признаки повреждения) в программе рассчитывалась средневзвешенные величины состояния по породе и по насаждению в целом (рис.13).
Математическая обработки результатов лесопатологического мониторинга в еловых древостоях вокруг озера Селигер
Основными болезнями, вызывающими ослабление насаждений в значительной мере и, как следствие усыхание и гибель древостоев в результате инфицирования и заселения ослабленных насаждений другими болезнями и вредителями, являются: корневая губка Heterobasidion annosum (Fr.) Bref, язвенный рак ели Biotorella difformis (Fr.) Reht. Рассмотрим экологию, причины и благоприятные условия развития этих болезней.
Корневая губка вызывает пеструю волокнистую гниль корней и основания ствола всех хвойных пород (рис.18). Начинаясь в корнях, гниль обычно заходит также в нижнюю, самую ценную часть ствола Финн Ролл-Хансен [127] (рис.19). Существенным фактором распространения гриба является возрастное состояние насаждений. Усыхание деревьев ели, пихты, кедра и других пород наступает главным образом из-за ветровалов, вызванных сильным развитием комлевой и стволовой гнили. Распространению гриба способствуют также повышенная полнота и класс бонитета насаждений. Высокопроизводительные насаждения ели обычно имеют более рыхлую мягкую широкослойную древесину, что сильно снижает их общую биологическую устойчивость к болезням.
Сравнительное изучение некоторых физиолого-биохимических показателей деревьев ели и сосны, произрастающих на лесных почвах и бывших пашнях, свидетельствует о наличии существенного угнетения процессов обмена веществ у деревьев, произрастающих на старопахотных землях, что служит предпосылкой их поражения корневой губкой. Имеются также сведения, что из-за специфики нелесных почв у разведенных здесь хвойных насаждений образуется поверхностная корневая система, в результате чего происходит массовое отмирание корней в возрасте жердняка и создается благоприятная обстановка для заражения деревьев корневой губкой [73].
Язвенный рак мало изучен. Вопрос этиологии болезни до сих пор не ясен. Впервые эта болезнь была описана в 1906 году Зедербауером (рис. 20). По исследованиям Щедровой В.И. [137] предположительно возбудителем рака ели европейской является гриб Biotorella difformis (Fr.) Reht, вызывающий ступенчатый рак стволов и ветвей.
На стволах и ветвях образуются разные типы ран: открытая рана, вытянутая вдоль ствола, с неясно выраженной ступенчатостью и острыми краями; широкая открытая ступенчатая рана неправильной округлой формы; рана, открытая не ступенчатая, вытянутая, длиной до 1,5м, шириной до окружности ствола, с заостренными краями. Болезнь встречается в разных условиях местопроизрастания и на деревьях разных категорий состояния. Эта болезнь существенно влияет на физиологическое состояние деревьев. Раковые язвы являются воротами инфекции раневых гнилей (например, елового трутовика –Polystictus civcinatus Bres), вызывающего комлевую и стволовую гниль [40]
При исследованиях выявлены площади очагов основных болезней: корневой губки и раневого рака ели и определены степени повреждения ими древостоев (таблица 15, рис. 21). Таблица 15
По данным табл. 15 и рис. 21 видно, что 85% очагов корневой губки и 88% очагов раневого (язвенного) рака расположены в еловых насаждениях, произрастающих на землях сельхозугодий. Это свидетельствует о том, что ель на этих землях менее устойчива к этим болезням.
На землях сельхозугодий преобладают очаги корневой губки и раневого (язвенного) рака сильной и средней степени, а на коренных лесных землях слабой и средней степеней (рис. 22, 23). Эти данные свидетельствуют о том, что ель, произрастающая на землях сельхозугодий менее устойчива к этим болезням. В очагах корневой губки сильной и средней степени присутствуют вторичные болезни и вредители леса: опенок осенний, короед типограф, усач черный еловый большой, которые в сочетании с корневой губкой приводят к усыханию и гибели насаждений.
На площади 936,8га очаги корневой губки и раневого рака накладываются друг на друга, что усиливает отрицательное влияние на состояние насаждений, 69% подобных случаев происходило на землях бывших сельхозугодий.
