Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние изучаемой проблемы 8
2. Природные условия района исследований 41
2.1. Общие сведения 41
2.2. Лесорастительная зона и климат 41
2.3. Геология 46
2.4 Рельеф и почвы 54
2.5. Гидрология и гидрологические условия 60
2.6. Лесной фонд 62
3. Программа, методика, объем выполненных работ 70
3.1. Программа работ 70
3.2. Методика исследований 70
3.3. Объем выполненных работ 77
4. Рекреационные нагрузки по функциональным зонам 79
4.1. Местоположение пробных площадей 79
4.2. Деление территории на функциональные зоны 80
4.3. Рекреационная нагрузка на пробных площадях 80
4.4. Определение стадий рекреационной дигрессии и предельно допустимых рекреационных нагрузок 87
5. Состояние рекреационных сосновых насаждений Казахского мелкосопочника 91
5.1. Состояние сосновых насаждений в зависимости от лесорастительных условий и степени рекреационного воздействия 91
5.2. Влияние лесорастительных условий и рекреации на морфометрические показатели хвои сосны 107
5.3. Оценка состояния сосновых насаждений Казахского мелкосопочника по величине покрытия эпифитными лишайниками стволов сосны 115
6. Состояние нижних ярусов растительности и лесной подстилки 123
6.1. Количественные и качественные показатели подроста в рекреационных сосняках 123
6.2. Динамика возобновительного процесса 143
6.3. Флористический состав и проктивное покрытие живого напочвенного покрова 148
6.4. Динамика видового состава и проективного покрытия живого напочвенного покрова 164
6.5. Влияние рекреационного воздействия и лесорастительных условий на лесную подстилку 173
6.6. Динамика запасов лесной подстилки 179
Заключение и предложения производству по сохранению и улучшению состояния сосновых насаждений Казахского мелкосопочника 180
Библиографический список 184
Приложения
- Состояние изучаемой проблемы
- Рельеф и почвы
- Влияние лесорастительных условий и рекреации на морфометрические показатели хвои сосны
- Влияние рекреационного воздействия и лесорастительных условий на лесную подстилку
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Урбанизация жизни обусловила вовлечение в сферу рекреационного использования больших территорий природных ландшафтов. Все большую популярность приобретает отдых в лесу. Однако его влияние на лесные насаждения зачастую имеют отчетливо выраженные отрицательные последствия. Рекреация стала одним из факторов экологического риска.
Особенно остро проблема сохранения рекреационной устойчивости насаждений стоит в регионах, где площадь лесов ограничена, а, следовательно, концентрация отдыхающих весьма значительна. Характерным примером могут служить лесные массивы Щучинско-Боровской курортной зоны Республики Казахстан. Произрастающие здесь сосновые насаждения представляют собой уникальное природное явление и отличаются рядом региональных особенностей роста, развития и устойчивости, связанных с произрастанием в жестких аридных условиях. Рекреационное использование данной территории должно основываться на глубоком комплексном исследовании влияния различных видов рекреации на компоненты лесных насаждений. Поэтому исследования влияния рекреационных нагрузок на состояние и устойчивость сосновых насаждений Казахского мелкосопочника, как основы расчета рекреационного потенциала, являются весьма актуальными.
Степень разработанности темы. Вопросы влияния рекреации на лесные насаждения широко освещаются в научной литературе. Существенный вклад в изучение проблемы внесли сотрудники КазНИИЛХ. Влияние антропогенных факторов на леса Казахского мелкосопочника рассматривалось в работах А.И. Воробьева, В.Т. Внучкова, Т.Н. Стихаревой, СМ. Мусина, А.В. Портянко и др. Автором продолжены исследования в направлении изучения влияния рекреационного воздействия на компоненты сосновых насаждений Казахского мелкосопочника и разработаны на этой основе предложения по повышению их рекреационной устойчивости.
Диссертация является законченным научным исследованием.
Цели и задачи. Целью данной работы является изучение влияния рекреационных нагрузок на состояние сосновых насаждений Казахского мелкосопочника, на примере Щучинско-Боровской курортной зоны, и разработка на этой основе предложений по повышению их рекреационной устойчивости и привлекательности.
Поставленная цель достигалась решением следующих задач:
-
Изучение влияния рекреационных нагрузок различной интенсивности на состояние сосновых древостоев.
-
Установление возможности использования показателей проективного покрытия стволов деревьев сосны эпифитными лишайниками в качестве критерия рекреационной дигрессии насаждений.
-
Изучение количественных и качественных показателей подроста в различных лесорастительных условиях по зонам интенсивности рекреационного воздействия.
-
Анализ влияния рекреационного воздействия на нижние яруса растительности и лесную подстилку.
-
Разработка предложений по повышению рекреационной устойчивости сосновых насаждений.
Научная новизна. Впервые для сосновых лесов Казахского мелкосо-почника проведено функциональное зонирование исследуемых насаждений, основанное на принципе удаленности от мест массового отдыха и фактической величины рекреационных нагрузок. Дано обоснование использования отдельных биометрических показателей ассимиляционного аппарата и проективного покрытия эпифитными лишайниками стволов сосны в качестве диагностических показателей при определении состояния как древостоя в целом, так и каждого дерева в отдельности. Проведен анализ динамики компонентов сосновых биоценозов под влиянием рекреационного воздействия.
Теоретическая и практическая значимость работы. В процессе исследований расширены современные знания о влиянии рекреации на компоненты сосновых насаждений, произрастающих в аридных условиях, установлены дополнительные показатели, такие как длина хвои и проективное покрытие стволов сосны эпифитными лишайниками, позволяющие оперативно с большой точностью контролировать происходящие изменения в состоянии сосновых насаждений и отдельных деревьев.
Уточнена диагностическая шкала для определения стадий рекреационной дигрессии лесов курортной зоны, предложенная ранее СМ. Мусиным (1999). Разработанная нами шкала для определения стадий рекреационной дигрессии сосновых насаждений Казахского мелкосопочника позволяет оперативно и объективно определять состояние сосновых древостоев, тем самым ускоряет проведение необходимых мер по повышению их устойчивости.
Материалы исследований вошли в лекционные курсы по рекреационному лесоводству и лесоведению для студентов лесохозяйственного факультета ФГБОУ ВПО «Уральский государственный лесотехнический университет».
Методология и методы исследования. Выполнение исследований осуществлялось по общепринятым в таксации и лесоводстве методикам. Закладка пробных площадей, обмер, обработка учетных деревьев осуществлялась по ГОСТ 16128-70 и по общепринятой методике Н.П.Анучина (1960). Запас стволовой древесины и распределение деревьев сосны по крупности определялись по разработанным сотрудниками КазНИИЛХ таблицам (Сор-тиментные..., 1987). Жизненное состояние каждого дерева определялось по методике В.А. Алексеева (1989, 1990).
Биометрические показатели хвои устанавливали в соответствии с методическими рекомендациями А.А. Молчанова и В.В. Смирнова (1967).
Изучение возобновительного процесса проводилось по методике А.В. Побединского (1966).
Сбор экспериментальных данных по определению видового состава и проективного покрытия нижних ярусов растительности осуществлялся на основе разработок (Программа и методика..., 1966; Исследования структуры..., 1973; Оленева-Антощенко, 1980). Изучение лесной подстилки осу-
ществлялось по методике Н.П. Курбатского (1970). Исследования проективного покрытия эпифитными лишайниками стволов сосны проводились в соответствии с методическими рекомендациями (Жидков, 2003). Положения, выносимые на защиту.
1. Биометрические показатели ассимиляционного аппарата могут ис
пользоваться при определении степени рекреационного воздействия.
-
Шкала оценки жизненного состояния отдельных деревьев и древосто-ев в целом по величине показателя проективного покрытия стволов сосны эпифитными лишайниками и индексу относительного проективного покрытия (Кпп).
-
Уточненная и дополненная шкала рекреационной дигрессии сосняков Казахского мелкосопочника.
Степень достоверности и апробация результатов подтверждается значительным экспериментальным материалом, применением научно-обоснованных методик, использованием современных методов обработки, анализа и оценки достоверности данных.
Основные положения и результаты исследований докладывались и обсуждались на VII Всероссийской научно-технической конференции студентов и аспирантов и конкурса по программе «Умник» «Научное творчество молодежи - лесному комплексу России» (Екатеринбург, 2011), на VI Международном интернет-семинаре «Лесное хозяйство и зеленое строительство в Западной Сибири» (Томск, 2011), на международной научно-практической конференции, посвященной 60-летию агрономического факультета «Рациональное использование почвенных и растительных ресурсов в экстремальных природных условиях», (Улан-Уде, 2012), на II международной научной конференции молодых ученых (Рахат, 2012), на международной научно-практической конференции, посвященной 55-летию КазНИИЛХ и 10-летию подготовки специалистов лесного хозяйства в КАТУ им. С. Сейфуллина «Актуальные вопросы сохранения биоразнообразия и ведения лесного хозяйства» (Щучинск, 2012).
Основные положения диссертационной работы опубликованы в 16 печатных работах, в том числе 4 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ и 5 статей в журналах перечня ВАК Республики Казахстан.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения и предложений производству, библиографического списка, включающего 281 наименование, в том числе 15 иностранных авторов. Работа изложена на 233 страницах, иллюстрирована 26 рисунками, содержит 46 таблиц и 27 приложений.
Состояние изучаемой проблемы
Процесс урбанизации, ускорение темпов жизни, скопление огромным масс людей в городах, загрязнение окружающей среды, и как, следствие этого возникновение стрессовых ситуаций, нервно-психологического перенапряжения и различного рода заболеваний породили потребность и создали условия для отдыха людей в естественной природной среде (Соколов, 1982; Тарасов, 1986; Бобров, 1987; Генсирук и др., 1987; Эмсис, 1989; Григорьева, 1992; Николаенко, 1992; Ивонин и др., 1998). Лес при этом оказался незаменимой средой для отдыха и его социальное значение чрезвычайно возросло, что и обусловило использование природных ландшафтов, особенно лесных, в целях рекреации (Амиров, 1982; Ры-син, 1983; Петров, 1985; Пиньковский, Битюков, 2009).
Применительно к лесу под рекреацией (от лат. «recreation» - восстановление) следует понимать восстановление физических, духовных и нервно-психологических сил человека, которое обеспечивается системой мероприятий, осуществляемых в свободное от работы время на лоне природы (Таран, 1981; Косова, Трещевский, 1985; Бобров, 1987; Генсирук и др., 1987; Кругляк, 2005; Хай-ретдинов, Залесов, 2011). Рекреационное воздействие леса проявляется только при непосредственном общении. Иными словами, рекреационный лес - это естественный или искусственный лес, используемый для различных видов отдыха и санитарно-курортного лечения (Курамшин, 1988; Атрохин, Курамшин, 1991). Рекреационное лесопользование - это совокупность явлений, возникающих в связи с эксплуатацией леса для туризма и отдыха, сущность которого заключается в двусторонней связи: воздействия леса на отдыхающих и отдыхающих на лес (Тарасов, 1986).
Рекреация характеризуется экономической, социально-культурной и медико-биологическими функциями (Мироненко, Твердохлебов, 1981). Экономическая функция рекреационной деятельности заключается в восстановлении рабочего потенциала, повышении производительности труда, увеличении фонда рабочего времени. Медико-биологическая функция рекреационной деятельности - это снижение заболеваемости, увеличение продолжительности жизни людей. Социально-культурная функция состоит в познании окружающего мира, общении человека с природой. Все три функции рекреации тесно связаны между собой и выражаются в общем повышении социально-экономической эффективности общественного производства.
Оздоровительное влияние леса складывается из его многочисленных, поддающихся научному учету особых свойств, объединенных по характеру оказываемого воздействия на организм человека в четыре фактора (Jokouchi, Ambe, 1985): ландшафтный (прозрачность лесного воздуха, мягкость освещения, лесной колорит, сезонные смены картин природы, разнообразие звуков лесной жизни); погодный (особый микроклимат, фильтрационные свойства, шумозащитная роль); аллергический (пыльца растений и летучие вещества, выделяемые растениями) и агрохимический (озонирование). Эти факторы воздействуют не по отдельности, а комбинировано, и из этого определяется ценность леса для здоровья и отдыха человека.
Под влиянием благоприятных факторов природы происходит изменение функций различных систем организма: улучшается обмен веществ, повышается утилизация кислорода и выделение углекислоты, исчезают нарушения в работе сердечно-сосудистого аппарата (Бобров, 1977).
Городская среда является искусственной и сильно измененной жизненной средой (Чемякина, 1978). Микроклимат и санитарно-гигиенические условия города резко отличаются от природных условий пригородной зоны, особенно занятой насаждениями (Пряхин, Николаенко, 1981). Так, в летний жаркий день температура воздуха в городе на 10-15 С, запыленность - на 40 % выше окружающей, а коэффициент прозрачности воздуха на 6-10 % ниже, чем в прилегающих к лесным массивам районах (Тедер и др., 1975; Пронин, 1990).
Освещенность городов находится в прямой зависимости от степени запыленности и загазованности воздуха. Во многих современных крупных городах интенсивность солнечной радиации снижена на 25-45 % и более (Пряхин, Николаенко, 1981; Петров, 1985). Пылевой шлейф может вызвать снижение солнечной радиации на окружающей территории в радиусе до 40 км (Добровольский и др., 1986). Величина суммарной освещенности летом в городе на 3-12 %, а зимой на 20-30 % меньше, чем в селе.
Потери ультрафиолетового излучения из-за промышленных выбросов достигают 40 %. Кроме этого, осадков на 10 % больше, сила ветра меньше на 20-30 %, туман бывает вдвое чаще, окиси углерода больше в 25 раз, углекислоты - в 10 раз, а сернистого газа (двуокиси серы) - в 5 раз, чем в лесных насаждениях (Кузь-мичев, 1978; Чемякина, 1978).
На организм человека отрицательно действует загрязнение окружающей среды, недостаток кислорода, рост нервных нагрузок и сокращение физических; промышленный и бытовой шум, замкнутость пространства (Тедер и др., 1975; Лукьянов, 1986). Дальнейшее благополучие людей в значительной степени будет зависеть от решения проблемы коренного оздоровления условий жизни в городах, обеспечения полноценного отдыха населения на природе. Особую актуальность при этом приобретают лесные насаждения (Николаенко, 1992).
Леса - важнейшее и наиболее эффективное естественное средство стабилизации и регулирования многочисленных природных процессов, а также создания для человека благоприятных микроклиматических условий (Хайретдинов, Зале-сов, 2011).
По данным эстонских ученых (Тедер и др., 1975), рекреационный лес как источник здоровья человека в 50 раз ценнее хозяйственного, являющегося сырьевой базой получения древесины. В Японии рекреационный лес также оценивают в 50 раз выше, а в ФРГ в 20 раз больше хозяйственного.
Зеленые зоны помимо того, что играют рекреационную роль, имеют большое значение для защиты городов от внешних отрицательных климатических воздействий (Веселии, 1988). Разнообразное влияние природной среды оживляют ставшие пассивными в комнатной атмосфере физиологические процессы - кровообращение, дыхание, теплообмен, а шум леса и доминирующий зеленый цвет воздействует на человека успокаивающе (Тедер и др., 1975, Нижник, 1989). Активный отдых может снижать уровень заболеваемости сердечно-сосудистой сие 11 темы на 50 %, органов дыхания почти на 40 %, нервов и костно-мышечной системы - на 30 %.
Влияние лесов на формирование микроклимата, чистоту и качество атмосферного воздуха, снижение шумов, а также их эстетические свойства во многом способствуют полноценному отдыху людей (Гаврилов, Игнатенко, 1987; Пронин, 1990). Зона комфорта для человека, по Н. Ремизову, лежит в пределах температуры 17-22 С, влажности воздуха - около 70 %, а по мнению врачей 20-40 калорий достаточно для загара (Тедер и др., 1975; Бобров, 1987; Бобров, 1989). Самым простым природным регулятором всех этих погодных факторов оказывается лес.
Благотворное влияние леса объясняется, прежде всего, его микроклиматическими особенностями, то есть специфичным температурным режимом, солнечной радиацией, фитонцидностью воздуха, ионизацией, выделением в атмосферу кислорода, в поглощении пыли и шума, в задержании радиоактивных частиц и т.д. (Колпиков, 1962; Генсирук, 1979; Белов, 1983; Генсирук и др., 1987, Хайрет-динов, Залесов, 2011). Температура воздуха среди зеленых насаждений в жаркую погоду ниже на 4-17 С (Бобров, 1977; Пряхин, Николаенко, 1981; Скрипалыцико-ва, 2008), чем на открытом участке, а по данным ряда ученых (Пивкин, Школ-лер,1970; Машинский, 1973; Таран, 1985), температура воздуха летом среди внут-риквартальных зеленых насаждений на 7-10 С, в скверах на 5,2 С, в палисадниках на 3,4 С и в однорядных уличных посадках на 2 С ниже, чем на улицах и площадях, а также во дворах домов. Температура почвы во внутриквартальных насаждениях на 17-24 С, а в однорядных уличных посадках на 6-10 С ниже, чем на неозелененных территориях города (Берюшов, 1961). В тени деревьев смягчаются световые контрасты, что благотворно действует на зрение (Бобров, 1977).
Благодаря своим биологическим особенностям деревья и кустарники являются регуляторами влажности (Генсирук и др., 1987). Лесные насаждения, понижая летнюю жару, одновременно повышают относительную влажность воздуха на 10-30 % (Тедер и др., 1975, Генсирук, 1979; Пряхин, Николаенко, 1981). 1га леса увлажняет и освежает воздух в 10 раз лучше, чем водный бассейн тех же размеров (Атрохин, Курамшин, 1991). Увеличение площади лесов в центральных областях Европейской части страны (России) может увеличить количество осадков до 4 % (Хайретдинов, Залесов, 2011).
Данные исследований сивдетельсвуют о способности лесов поглощать и нейтрализовать радиоактивные вещества (Бобров, 1977; Казанская и др., 1977; Таран, 1985). За счет поглотительной способности лесной растительности в определенных условиях (особенно когда поверхность дерева увлажнена, а листья метаболически активны) наблюдается снижение содержания в атмосфере леса двуокиси серы и азота, озона и фтористого водорода. 1 га лесных насаждений способен без заметного вреда для себя поглотить из воздуха 400 кг сернистого газа, 100 кг хлоридов и 20-25 кг фторидов (Добровольский и др., 1986). Леса могут задерживать до 50 % радиоактивной пыли, а пригородные леса - до 25 % и более (Вла-сюк, 1982). Следует отметить, что лес не устраняет опасности радиоактивного заражения, но ослабляет его частичным поглощением (Белов, 1983).
Воздушные массы при поступлении под полог леса тщательно отфильтровываются от вредных примесей (пыли, газа, токсичных и патогенных веществ и соединений), что создает лучшие условия для дыхания (Власюк, 1982; Атрохин, Курамшин, 1991).
В течение вегетационного периода деревья уменьшают запыленность воздуха на 42 %, а в безлистный период - на 37,5 % (Нижник, 1989; Пронин, 1990, Хайретдинов, Залесов, 2011). В течение года 1 га хвойных насаждений задерживают до 35-40 т. пыли, а лиственных - около 70-100 т. (Speidel, 1976; Гаврилов, Игнатенко, 1987).
Если запыленность воздуха во внутриквартальных лесных насаждениях принять за 100 %, то в городских и загородных парках она составит соответственно 48 и 13,7 %; а в пригородных лесах только 3-5 % (Николаенко, 1981), то есть запыленность воздуха среди городских зеленых насаждений в 2-3 раза меньше, чем на городских улицах (Таран, 1985).
Рельеф и почвы
Климатические условия в связи с приподнятостью территории обуславливают вертикальную поясность почвенно-растительного покрова, то есть появление на Кокчетавской возвышенности в пределах зоны степи лесостепного пояса (Исаченко, 1961). На территории Кокчетавской области выделяют: горно-лесной пояс, преимущественно из сосновых лесов; лесостепь с березово-осиновыми лесами среди злаково-разнотравной растительности; разнотравно-ковыльная и кол-ковая степь; типчаково-ковыльная степь с меньшим разнотравьем; ковыльно-типчаковая степь (Пачикина, Рубинштейн, 1960).
Район степных сосняков Кокчетау-Мунчактинских холмогорий и скалистого мелкосопочника разделен на два подрайона. Более северный подрайон представлен преимущественно лиственными (береза, осина) лесами с мелкими массивами сосны на волнисто-увалистых равнинах. Выделенный южный подрайон на низкогорьях, холмогорьях и скалистом мелкосопочнике представлен сосновыми лесами с участием лиственных пород (Основные положения..., 1988).
Основными лесообразующими породами области являются: сосна обыкновенная (Pinus sylvestris L.), береза, представленная двумя видами: повислая (Betula pendula L.) и пушистой (B.pubescens Ehrh), и осина (Populus tremula L.) (Лимберг, 1948; Сукачев, 1948; Гудочкин, Чабан, 1958; Основные положения..., 1988; Грачев, 2006). Сосняки произрастают в низинах, на пологих и крутых склонах, на вершинах сопок, скалистых гребнях гор, в расщелинах между голых скал и камней. Леса имеют высокую степень пожарной опасности и иногда подвергаются опустошительным пожарам. Производительность сосновых насаждений характеризуется III и IV классами бонитета, местами (по скалам возвышенных мест) V, Va и V6 классами. В более влажных борах вместе с сосной растут береза - повислая и пушистая, осина.
Породный состав лесов находятся в тесной связи с рельефом территории и петрографическим составом почвообразующих пород (Бирюков, 1971). На гранитных низкогорьях формируются чистые сосняки. На кварцито-сланцевых хол-могорьях и низкогорьях развиваются сосняки со значительной долей березы в составе древостоев. На гранитных равнинах (низкие, плоские увалы, плато), покрытых древними корами выветривания, равно преобладают сосновые и березовые с осиной леса. Позиции сосны здесь неустойчивы, она часто и продолжительно сменяется лиственными породами. На аккумулятивных равнинах в условиях активного соленакопления с окружающих возвышенностей формируются исключительно колочные лиственные леса по западинам; сосна в лесообразовании совершенно отсутствует.
Большинство ученых придерживается той точки зрения, согласно которой степных боры являются реликтами бореального времени, остатками когда-то более обширных лесов, имевших связь как с лесами Урала, так и Алтая (Грибанов, 1957; Исаченко, 1961). В послеледниковое время, в течение так называемого ксе-ротермического периода, произошло сокращение площади лесов, отдельные разорванные звенья которых в виде различной величины островов и лент сохранились лишь в местах с особо благоприятными условиями - в убежищах. В области Казахского мелкосопочника, Тургайской столовой страны и на Обь-Иртышском междуречье встречаются оригинальные острова и ленты соснового леса, произрастающего на гранитах и их элювии, на древних аллювиальных песках и делювиальных глинах.
В пределах Кокчетавской возвышенности наиболее распространенные типы леса на гранитоидах и кварцито-сланцах - очень сухие каменисто-скальные или каменистые боры и сухие каменисто-лишайниковые сосняки или мертвопокров-но-лишайниковые боры; также выделяют мшисто-травяные более сухие, мшисто-травяные более влажные, кустарниковые боры (Сукачев, 1948; Гудочкин, Чабан, 1958; Гирлов и др.,1984; Основные положения..., 1988; Грачев, 2006).
Под нагорными островными сосняками напочвенный покров представлен преимущественно ксерофитно-петроморфными и травяно-мохово лишайниковыми группировками. В очень сухих скальных сосняках травяной покров развит слабо, его проективное покрытие 1%. Под пологом низкополнотных насаждений встречаются представители степной флоры - Festuca sulcata, Seseli ledebourii и др. В травяном покрове иногда наблюдаются Dianthus acicularis, Se-dum hybridum, Euphorbia subcordata, Seseli eriocarpum, Polypodium vulgare, Orostachys spinosa и др. кустарниковый ярус не выражен, единично можно встретить Cotoneaster melanocarpa Lodd., Juniperus Sabina L. и Spiraea crenata (Сукачев, 1948; Грибанов, 1957, 1960; Исаченко, 1961; Гирлов и др., 1984). Наиболее характерные представители нижнего яруса - лишайники. Выходы гранита покрыты накипными и корковыми лишайниками (Cladonia alpestris, C.sylvatica. Cetraria islandica), сухолюбивыми петрофитными мхами (Parmrlia saxatilis, P.conspersa, Hedwigia ciliate и др.). По производительности это насаждения Va-V6 бонитетов, соответствующие бору Эола. На деревьях сосны в изобилии встречаются эпифит-ные лишайники Hypogymnia physodes, Cetraria caperata, Evernia prunastri, Letharia thamnodes (Горчаковский, 1987).
Сухие каменисто-лишайниковые сосняки или мертвопокровно-лишайниковые боры занимают сглаженные вершины сопок и невысоких гранитных кряжей (табл. 2.4) (Основные положения..., 1976). Производительность насаждений сильно варьирует от II-IV бонитета в связи с мозаичностью почвенного покрова. Травяной покров развит слабо, проективное покрытие не превышает 1 -2 %. Под пологом лишайниковых сосняков встречаются Antennaria dioica, Veronika specata,W. incana, Pullsatilla flavescenc. Наиболее характерное явление - обилие лишайников. Они сплошь покрывают поверхность почвы (Cladina rangiferina, C.stellaris), среди эпифитных лишайников наиболее распространены Evernia prunastri, Letharia thamnodes, Usnea longissima, Cetraria pinastri. Среди лишайников встречаются небольшие пятна мхов (Polytrichum piliferum, P.juniperinum, Pohlia nutans, Ceratodon purpureus и др.) (Сукачев, 1948; Грибанов, 1960).
В мшисто-травяных более сухих борах на моховом ковре, развитом слабо и состоящим, главным образом, из Pleurozium scheberi, к которому иногда примешиваются Hylocomium proliferum, Ptilium crista castrensis и Dicranum undulatum, развит довольно богатый и разнообразный травяной покров, состоящий из смеси типичных лесных форм и форм степных. Часто встречаемые из них - Perola secunda, P.chlorantha, P. media, P.umbellata, Solidago virga aurea, Anemone patens, Libanotis sibirica, Hieracium umdellatum, Filipendula hexapetala, Veronica spicata, Trifolium lupinaster, Silene nutans, Artemisia laciniata, Calamagrostis arundinacea, Agropyrum repens, Dactylis glomerata, Brachypodium silvaticum (Сукачев, 1948; Грибанов, 1960; Грачев, 2006). По производительности эти насаждения П-Ш классов бонитета.
Мшисто-травяные более влажные сосняки характеризуются пониженным положением, хорошо выраженным микрорельефом, значительно более увлажненными почвами и участием в моховом ковре болотных мхов некоторых видов -Sphagnum Aulacomnium palustre. В этом типе лесорастительных условий сосна формирует устойчивые, с березой насаждения (соотношения пород - от 1ОС+Б до 7БЗБ) III-IV классов бонитета. В ЖНП, наряду с такими лесными видами, как Rhodococcum vitis idaea, Solidago virga aurea, Linnaea Borealis, Pirola rotundifolia, Dryopterium phegopteris, Pteridium aquilinum, Equisetum silvaticum и др. встречаются представители заболоченных мест - Phragmites communis, Filipendula ulmaria, Cirsium heterophyllum и др. (Сукачев, 1948; Грибанов, 1957). В качестве форм подлеска, бедного и по видовому составу и по количеству, встречаются: кизильник черноплодный (Cotoneaster melanocarpa Lodd.), можжевельник обыкновенный и казацкий (Juniperus communis L., J.sabina L.), шиповник иглистый, коричневый и широкошипый (Rosa acicularis Lindl, R. cinnamomea L., R. platyacantha Schrenk), различные виды ивы (Salix caprea L., S.cinerea L., S.xerophila Floder., S.rosmarinifolia, S.pentandra), малина обыкновенная (Rubus idaeus L.), смородина черная, двуиглая, щетинистая (Ribes nigrum L., R.diacantha Pall, R.hispidulum), боярышник крававокрасный (Crataegus sanguinea Pall), спирея (Spiraea crenata, S.crenifolia, S.hypericifolid) и др. (Сукачев, 1948; Грибанов, 1960; Грачев, 2006; Беклемишев, 1958; Основные положения..., 1988).
Влияние лесорастительных условий и рекреации на морфометрические показатели хвои сосны
Важными показателями жизнеспособности и потенциальных возможностей лесных насаждений являются характеристики развития и функционального состояния ассимиляционного аппарата деревьев (Орлов, 1980, Цветков, Никонов, 1985). Размеры, состояние и степень облиствения (охвоения) в значительной мере определяют продуктивность древостоев (Зыряев, 1964, Смирнов, Бирюкова, 1965).
Под влиянием климатических и эдафических факторов различные виды сосен, как и вообще все растения, приобретают специфические черты, выражающиеся как в физиологических особенностях их жизнедеятельности, так и в морфологическом строении. Размеры, морфология и анатомия хвои считаются исключительно ценными диагностическими признаками сосны обыкновенной (Тю-кин, 1974, Видякин, 1981). Любые изменения в морфологических показателях хвои неизбежно приводят к изменению общей ассимилирующей поверхности растения и, как следствие, к изменению продуктивности организма в последующие годы (Ковалев, Антипова, 1984). Ассимиляционный аппарат является наиболее чувствительным органом. Поэтому при воздействии любого фактора в первую очередь меняется хвоя - ее размеры и химический состав (Морозов, Шиманский, 1981).
По данным исследований многих авторов (Репшас, Палишкис, 1983; Дырен-ков, 1983; Рысин, Полякова, 1987; Бобров, 1989; Онучин, Козлова, 1993, Залесов, Луганский, 2002) для ранней диагностики влияния рекреации и поллютантов на состояние деревьев используют такие биометрические показатели хвои, как длина и масса хвои.
Нами была предпринята попытка установления зависимости морфологических показателей хвои сосны от лесорастительных условий и интенсивности рекреационного воздействия.
Средние значения анализируемых показателей для каждого дерева исследуемых функциональных зон (ФЗ) и лесорастительных условий представлены в прил. 11 и 12.
Среднестатистические значения биометрических показателей ассимиляционного аппарата для каждой из ФЗ исследуемых лесорастительных условий представлены в табл. 5.5.
Материалы табл. 5.5 свидетельствуют, что среднестатистическая величина диаметра, высоты и показателя жизненного состояния деревьев в анализируемых функциональных зонах (ФЗ) имеют близкие значения. Расчетные данные критерия Стьюдента подтверждают отсутствие между ними статистически значимых различий.
Значение табличного критерия Стьюдента для насаждений сухих условий произрастания для ФЗ-І и ФЗ-Ш при v = 3110,05 = 2,04,10,oi = 2,74; для ФЗ-ІІ и ФЗ III при D=23 t o,o5 = 2,07, t o,oi =2,81; для свежих условий произрастания для ФЗ-І и ФЗ-Ш при v = 15 t cos = 2,13, t o,oi = 2,95.
По мнению некоторых авторов (Бирюкова, 1970, Орлов, 1980) масса формирующихся листьев в значительной мере определяется погодными условиями, а у многолетних растений и их состоянием к началу периода вегетации, прежде всего содержанием запасных веществ, обеспечивающих начальные этапы роста.
По данным исследований сотрудников КазНИИЛХ погодные условия мая-июля 2011, 2010 и 2009 гг. значительно различаются (табл. 5.6). 2010 год характеризуется значительной засушливостью. Количество дней с осадками составило 7,6 % от общего количества дней за анализируемый период, что в 4,7-5,0 раза меньше в сравнении с данным показателем в 2009 и 2011 гг. Средняя температура воздуха за исследуемый период в 2010 г. на 3-4 С выше, чем в 2009 и 2011 гг.
По данным табл. 5.5 и рис. 5.9 - 5.11 наблюдается изменение исследуемых показателей ассимиляционного аппарата по годам. Наиболее выражено это отмечается в очень сухих условиях произрастания (тип леса Сі). Так, в 2010 г. прослеживается снижение длины хвои на 12,2-17,9 и 19,7-27,6 %, массы 1 пары хвоинок на 5,5-8,2 и 7,4-15,4 % и увеличение прироста побега на 5,1-37,1 % и 16,2-31,7 %, в сравнении с аналогичными показателями в 2009 и 2011 гг. соответственно. Наиболее динамичными показателями, зависящими от условий увлажнения в период вегетации, является длина хвои и прирост побега, величина которых изменятся в 1,2-1,4 раза.
Необходимо отметить, что по мере увеличения степени антропогенного воздействия изменения в длине хвои и приросте побегов под влиянием погодных условий более выражены. Так, если в зоне контроля (ФЗ-Ш) в 2010 году длина хвои и прирост побега изменяется на 12,2-19,7 и 5,1-16,2 % соответственно в сравнении с 2009 и 2010, то в зоне активного посещения (ФЗ-І) - на 17,9-27,6 и 31,7-37,1 %, то есть в 1,4-1,5 и 2,3-6,2 раза.
В свежих условиях произрастания (тип леса С3) сохраняется зависимость анализируемых биометрических показателей ассимиляционного аппарата от условий увлажнения в период исследований, однако она менее выражена, в сравнении с очень сухими сосняками. Длина хвои, прирост побега и масса 1 пары хвоинок в 2010 г изменяется на 2,3-2,5; 6,6-10,3 и 5,8-6,6 % соответственно, в сравнении с 2009 г.
По данным табл. 5.5 и рис. 5.9 - 5.11, в зоне контроля (ФЗ-Ш) в 2011 г. отмечается резкое увеличение длины хвои и массы 1 пары хвоинок, в сравнении с 2-мя другими годами. На наш взгляд, данный факт объясняется прошедшим в 2008 году ветровалом и, проведенными в связи с этим, лесохозяйственными мероприятиями на данном участке, результатом которых стало снижение полноты древостоя до 0,7. Увеличение освещенности и площади роста, при этом, повлияло на рост и развитие хвои.
На развитие ассимиляционного аппарата большое влияние оказывают лесо-растительные условия. Данные табл. 5.7 и рис. 5.12 свидетельствуют, что в свежих и влажных сосняках длина хвои, в среднем, больше на 16,8 %, прирост побега - на 18,8 % и масса 1 пары хвоинок - на 21,9 %, то есть превышают в 1,2-1,4 раза рассматриваемые показатели в очень сухих сосняках.
Влияние рекреационного воздействия и лесорастительных условий на лесную подстилку
Лесная подстилка, являясь одним из элементов лесных.биогеоценозов, наиболее подвержена рекреационному воздействию. Сбор экспериментальных данных по определению запасов ЛП и её мощности осуществлялся на 107 временных пробных площадях (ВГШ).
Данные по характеристикам лесных подстилок на ВПП представлены в приложениях 23-26.
Средние значения запасов лесных подстилок в высокополнотных и средне-полнотных сосновых насаждениях по функциональным зонам и лесораститель-ным условиям представлены в табл. 6.21 и 6.22.
Основные свойства ЛП - мощность и запас - быстро изменяются при любом нарушении лесорастительных условий. Лесная подстилка оперативно реагирует на естественную, стихийную или антропогенную смену ситуации в биогеоценозе (Соловьев, 2010).
Данные сравнительного анализа динамики запаса ЛП в зависимости от степени рекреационного воздействия (табл. 6.21) показывают, что во всех рассматриваемых лесорастительных условиях, в зоне активного посещения (ФЗ-І) отмечается снижение мощности и общего запаса ЛП в 1,4-1,9 и 1,2-1,6 раза соответственно, в сравнении с зоной умеренного посещения (ФЗ-П) и контролем (ФЗ-Ш), за исключением ФЗ-І очень сухих условий произрастания, где наблюдается увеличение общего запаса ЛП при сравнительно низком показателе ее мощности. Данный факт объясняется тем, что в ходе проведения исследований было отмечено не выбивание ЛП до минерального слоя, как это происходит в большинстве случаев, а ее уплотнение. В ходе исследований было выявлено отсутствие в рассматриваемой зоне гумусового слоя, а весь объем подстилки представлял собой измельченный опад, в котором не наблюдается процессов разложения. На наш взгляд, одной из причин наблюдаемого процесса измельчения опада и его уплотнения, без дальнейшего разложения и перехода в гумусовый слой, являются недостаток влаги и равномерного распределения рекреационной нагрузки на насаждения. В данной ФЗ, рекреация наблюдается в виде прогулок отдыхающих и экскурсантов по всей территории. Тропинки в исследуемой ФЗ отсутствуют (рис. 6.8). Результаты наших исследований подтверждаются данными ряда авторов (Бганцова и др., 1987), которые утверждают, что с усилением рекреационных нагрузок подстилка уплотняется, дробится (измельчается), изменяются ее мощность и соотношение подго-ризонтов.
Существенных различий в мощности и запасах ЛП между зоной умеренного посещения (ФЗ-П) и зоной контроля (ФЗ-Ш) во всех рассматриваемых лесорасти-тельных условиях не наблюдается.
В формировании ЛП и ее запасов в фитоценозах решающую роль играет количество опада, его состав и запасы (Постолаке, 1976). Данные табл. 6.21 свидетельствуют о значительных различиях в массе опада между зоной активного посещения (ФЗ-І) и зоной контроля (ФЗ-Ш) во всех исследуемых лесорастительных условиях. В очень сухих и сухих сосняках в ФЗ-І данный показатель снижается в 2,0-2,6 раза, в свежих и влажных и мокрых сосняках - в 1,5-1,6 раза, в сравнении с ФЗ-Ш.
Существенных различий в массе опада между зоной умеренного посещения (ФЗ-П) и зоной контроля (ФЗ-Ш) не наблюдается.
Для оценки скорости разложения опада и освобождения химических элементов используют подстилочно-опадный коэффициент, повышение значения которого свидетельствует о снижении интенсивности биологического круговорота (Кузнецов, 2010).
Согласно данным табл.6.21, подстилочно-опадный коэффициент в зоне активного посещения (ФЗ-І) всех рассматриваемых условий произрастания колеблется в пределах от 4,5 до 13,1, что в 1,4-3,1 раза превышает аналогичный показатель в зоне умеренного посещения (ФЗ-И) и зоне контроля (ФЗ-Ш) и свидетельствует о более низких темпах минерализации растительных остатков.
Медленное преобразование растительных остатков, с коэффициентом 13,1 наблюдается в зоне активного посещения (ФЗ-І) в очень сухих сосняках. В сухих условиях произрастания подстилочно-опадный коэффициент составляет 7,2, в свежих и влажных - 7,3 и в мокрых - 4,5. Из вышеприведенных данных видно, что по мере увеличения степени эдафического увлажнения, отмечается снижение количественного показателя подстилочно-опадного коэффициента. Снижение подстилочно-опадного коэффициента с увеличением степени эдафического увлажнения сохраняется в зоне умеренного посещения (ФЗ-И) и зоне контроля (ФЗ III).
Известно, что мощность, состав и запасы ЛП определяются, главным образом, составом древостоя и условиями его произрастания (Кузнецов, 2010). Гидротермический режим почвы, как правило, является решающим фактором, обуславливающим интенсивность и направленность процессов минерализации и накопления ЛП.
По данным табл.6.23 видно, что при близких значениях запаса ЛП в очень сухих (30,8 т/га) и мокрых (32,0 т/га) сосняках ее мощность в указанных типах леса существенно различается, составляя 2,3 и 3,3 см соответственно. Расчетные значения критерия Стьюдента подтверждают отсутствие статистически значимых различий по запасу ЛП (ts=0,7), и выявленных статистически значимых различий по ее мощности (ts=4,5). Табличные значения критерия Стьюдента при степени свободы и = 43 t о,о5 = 2,02,10,oi = 2,69.
На наш взгляд, вышеуказанный факт объясняется воздействием рекреационных нагрузок. Очень сухие сосняки значительно привлекательнее для рекреантов, чем мокрые, а следовательно, рекреационная нагрузка на них значительно превышает таковую в мокрых сосняках. Другими словами, ЛП в очень сухих сосняках более плотная, чем в мокрых.
