Содержание к диссертации
Введение
I. ПРИРОДНО-КЛИМАТИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ 8
1.1. Географическое местоположение 8
1.2. Климат 8
1.3. Рельеф и гидрология 12
1.4. Почвы 12
1.5. Растительность и лесной фонд 14
1.6. Основные типы сосновых лесов 17
II. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ 22
2.1. Подбор и закладка пробных площадей 23
2.2. Живой напочвенный покров 24
2.3. Корневая система сосны обыкновенной в возрасте от 2 до 7 лет 26
2.4. Фитомасса подземных органов живого напочвенного покрова. 26
2.5. Объем выполненных работ 27
III. ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ 28
IV. СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕНИЯ ВОПРОСА 53
V. ВИДОВОЙ СОСТАВ ЖИВОГО НАПОЧВЕННОГО ПОКРОВА ОСНОВНЫХ ТИПОВ ЗЕМЕЛЬ ДЖАБЫК-КАРАГАЙСКОГО БОРА 63
VI. ДИНАМИКА НАКОПЛЕНИЯ ФИТОМАССЫ ЖИВОГО НАПОЧВЕННОГО ПОКРОВА 77
6.1. Сезонная динамика накопления фитомассы 77
6.2. Погодинная динамика накопления фитомассы 90
6.3. Фитомасса подземных органов живого напочвенного покрова... 96
VII. ХАРАКТЕРИСТИКА КОРНЕВОЙ СИСТЕМЫ САМОСЕВА И ПОДРОСТА СОСНЫ ОТ 2 ДО 7 ЛЕТ 102
VIII. ЛЕСНАЯ ПОДСТИЛКА В СОСНЯКАХ 107
8,1. Мощность лесной подстилки в сосняках Джабык-Карагайского
бора 107
8.2. Запас лесной подстилки в основных типах леса Джабык-Карагайского бора 108
IX. ЕСТЕСТВЕННОЕ ВОЗОБНОВЛЕНИЕ ПОД ПОЛОГОМ ЛЕСА И ВРЕДИНАХ 114
9.1. Полог леса 114
9.2. Редины 120
9.3. Влияние живого напочвенного покрова на лесовозобновление... 122
ЗАКЛЮЧЕНИЕ И РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ 125
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 126
ПРИЛОЖЕНИЕ 136
- Климат
- Живой напочвенный покров
- ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ
- СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕНИЯ ВОПРОСА
- ВИДОВОЙ СОСТАВ ЖИВОГО НАПОЧВЕННОГО ПОКРОВА ОСНОВНЫХ ТИПОВ ЗЕМЕЛЬ ДЖАБЫК-КАРАГАЙСКОГО БОРА
Введение к работе
Актуальность темы. Джабык-Карагайский бор - уникальный лесной массив, играющий важную средообразующую роль в степной зоне Челябинской области. Его экологическое, лесоводственное, геоботаническое, социальное, экономическое значение имеет не только локальный, но и региональный масштабы. Отрицательное влияние антропогенного фактора в течение длительного времени на фоне жестких природных условий обусловили деградацию бора. Большая часть территории бора представлена расстроенными пожарами насаждениями, рединами, обширными пастбищами и другими сельскохозяйственными угодьями. Последнее приводит к усилению процессов остепнения, затруднению процессов естественного лесовосстановления и вызывает необходимость проведения научных исследований, направленных на поиск путей повышения лесоводственной эффективности проводимых лесхозом лесохозяйственных мероприятий.
Цель и задачи исследований. Цель исследований заключалась в комплексном изучении напочвенного покрова на различных типах земель. На основании полученных данных разработать рекомендации по оптимизации мероприятий, направленных на повышение устойчивости лесных насаждений Джабык-Карагайского бора.
Для достижения поставленной цели проведены:
Сбор и анализ данных материалов о составе и состоянии живого напочвенного покрова, лесной подстилки в естественных и искусственных насаждениях, на вырубках, гарях, под пологом леса и землях, вышедших из-под сельхозпользоваиия: изучена сезонная и погодичная динамика накопления надземной и подземной фитомассы живого напочвенного покрова на различных типах земель; определены мощность, запас и структура лесной подстилки на различных типах земель; описана архитектоника корневых систем и развитие микоризы у сеянцев сосны на стадии возобновления, а также в естественных молодняках и лесных культурах; исследовано влияние живого напочвенного покрова и лесной подстилки на успешность лесовозобновления.
Научная новизна.
Впервые изучены особенности формирования и накопления фитомассы живого напочвенного покрова в надземных и подземных сферах в условиях интразональных лесных насаждений. Выявлена степень влияния травяно-кустарничкового яруса и лесной подстилки на лесовозобновление в условиях Джабык-Карагайского бора. изучена сезонная и погодичная динамика накопления надземной и подземной фитомассы живого напочвенного покрова на различных типах земель; определены мощность, .запас и структура лесной подстилки на различных типах земель; описана архитектоника корневых систем и развитие микоризы у сеянцев сосны на стадии возобновления, а также в естественных молодняках и лесных культурах; исследовано влияние живого напочвенного покрова и лесной подстилки на успешность лесовозобновления.
Защищаемые положения. В работе исследованы и обоснованы следующие положения, представленные к защите: видовой состав и формирование живого напочвенного покрова в условиях Джабык-Карагайского бора в большей степени определяются условиями увлажнения, а не древесным ярусом; в подземном слое накапливается значительная органическая масса, превосходящая надземную; из-за относительно низкой производительности сосняков лесная подстилка не является значительным препятствием для естественного возобновления; - мощным экологическим фактором по отношению к процессу возобновления выступает живой напочвенный покров, который при большом развитии препятствует появлению всходов и формированию подроста, конкурируя за свет, влагу и минеральное питание,
Практическая значимость работ. Разработанные в ходе выполнения диссертационной работы рекомендации могут быть реализованы при проектировании и проведении лесовосстановительных и лесохозяйственных мероприятий в лесхозах, эксплуатируемых насаждений Джабык-Карагайского бора, что обеспечит повышение эффективности лесовозобновления и в целом лесообразовательного процесса.
Апробации работы. Основные положения и результаты исследований докладывались и обсуждались на Научно-технических конференциях студентов и аспирантов (Екатеринбург, 2003,2004), Международных научно-практических конференциях «Актуальные проблемы лесного комплекса» (Брянск, 2003), «Экология; образование, наука, промышленность и здоровье» (Белгород, 2004), «Лесопользование, экология и охрана лесов: фундаментальные и: прикладные аспекты» (Томск. 2005), Всероссийской конференции, посвященной 60-летию Института леса им. В.Н. Сукачева СО РАН и 70-летию образования Красноярского края (Красноярск, 2004),
Обоснованность и достоверность материалов исследований подтверждается большим объемом экспериментальных данных, применением научно-обоснованных методик, использованием современных методов обработки, анализа и оценки достоверности полученных результатов.
Публикации. По данным диссертации опубликовано 18 статей и раздел в монографии.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 9 глав, общих выводов и рекомендаций производству, а также библиографического списка, включающего 120 наименований. Работа изложена на 145 страницах и содержит 34 рисунка, 20 таблиц и 1 приложения.
Климат
Климат района исследований (Добрынин, 1948; Колесников, І961, 1969, 1978; Цепляев, 1961; Харитонов, Мочалкин, 1967; Урал и Приуралье, 1968; Атлас..., 1973; Данилик, Исаева и др., 2001) резко континентальный.
Суммарная солнечная радиация составляет 82,2 ккал/см в год. Сумма положительных температур выше +10С 2000-2100С. Безморозный период длится 130-120 дней (в среднем с 18 мая по 15 сентября), а вегетационный период - 150-180 дней. Средняя температура января -18С, а абсолютный минимум -46С, средняя температура июля +18С, а абсолютный максимум +45С. Средняя годовая температура воздуха +0,5-1,4С. Распространено явление инверсии. В пониженных местоположениях формируются морозобойные ямы и котловины, где проявляются более поздние весенние и ранние осенние заморозки по сравнению с возвышенными участками. В таких условиях низкими температурами могут повреждаться или даже гибнуть лесные культуры, в частности ели. Для района характерен возврат холодов.
Годовое количество осадков 250-350 мм, большая часть из них (160-260 мм) выпадает в теплое время (апрель-сентябрь). Недостаток зимних осадков предопределяет невысокую влагозарядку почвы весной. Весна засушливая. Осадков в апреле выпадает не более 20 мм. Низкая влагозарядка почвы за счет талой воды и небольшое количество осадков в апреле обусловливают засушливые явления в первой половине лета, когда идут наиболее активные ростовые процессы у древесных растений и на транспирацию расходуется много влаги. В мае осадков выпадает больше, чем в апреле (30-45 мм), но они поступают в виде ливней и в основном уходят поверхностным стоком, почти не влияя на улучшение влагообеспеченности территории. В июне осадков также выпадает относительно немного. Более активные осадки наблюдаются в июле и августе. Хотя они улучшают влагообеспечение территории и повышают жизнедеятельности древесных растений, однако кардинально водный баланс в лучшую сторону не сдвигают.
Наиболее благоприятна для лесной растительности относительная влажность воздуха 60-80%. В районе исследований она летом в основном не превышает 50%, в отдельные дни, опускаясь до 5-10%. Засушливая первая половина лета часто усугубляется воздействием суховейных ветров. Число дней с ними в летнее время может достигать 65-70.
Живой напочвенный покров
На всех пробных площадях описывался живой напочвенный покров.
Виды даны в соответствии со сводками «Флора СССР (1934-1960), «Определитель растений Башкирской АССР» (1966), «Определитель высших растений Европейской части СССР» (1969).
В основу всех методик исследований запасов ЖИЛ и подстилки положены разработки Н.П.Ремезова с соавторами (1959) и позже обобщенные Л.Е.Родиным в работе «Методические указания ...» (Родин и др., 1968). Кроме того, учтены методические разработки и других авторов (Аткин, Аткина, 1999; Корчагин, 1976). Придерживаясь основных положений этих методических работ, были внесены ряд дополнений и изменений, обусловленных особенностью и специфичностью района исследований и условий местопроизрастания, в основном это касается размеров и количества учетных площадок.
Для определения фитомассы ЖНП в абсолютно сухом состоянии, отбирались образцы путем срезания растений на 50 см2 в границах учетных площадок, разбирались по агроботаническим группам и затем высушивались до абсолютно-сухого состояния при температуре не выше 104С.
Лесная или лугово-степная подстилка изучалась следующим образом. В пределах пробной площади на учетных площадках шаблоном вычленялось 50 см и на этих образцах выполнялось следующее: замерялась толщина подстилки в 5 точках, производился сбор всей органической мортмассы до минерального горизонта по слоям разложения; подстилка разбиралась по фракциям, высушивалась и взвешивалась. Для характеристики процессов разложения подстилки определялся подстилочно-опадочный коэффициент -отношение всей подстилки к опаду на момент исследований (Луганский Н.А, 1996).
Характеристика объектов исследований
Основная часть полевых исследований в Джабык-Карагайском бору выполнена на специально заложенных постоянных пробных площадях (35ППП) (рис.3.1).
ППП размещены в трех лесничествах: Анненском (12), Джабыкском (12) и Парижском (И) (табл.3.1 и 3.2). Они охватывают преобладающие типы леса. Из 35 ППП в естественных лесных насаждениях заложено 12, остальные 23 заложены в искусственных насаждениях. В насаждениях I класса бонитета заложено 11 ППП, П - 13 , III - 10 и одна ППП - в насаждениях IV класса бонитета. По классам возраста ППП разделяются следующим образом. В естественных насаждениях возраст древостоя варьирует от II класса по VII класс включительно, в искусственных насаждениях этот диапазон включает I-IV классы, а абсолютный возраст древостоев составляет от 13 до 160 лет. Полнота древостоев ППП варьирует в естественных насаждениях от 0,43 до 1,55, в искусственных - от 0,22 до 1,32. из них в высокополнотмых насаждениях (полнота 0,8 и более) заложено 22 ППП, в среднеполнотных (полнота от 0,5 до 0,8) - 9 и в низкополнотных (полнота менее 0,5) - 4.
Кроме ППП для изучения характеристик наземной и подземной фитомассы закладывались временные пробные площади (ВЇЇП) в наиболее распространенных типах земель. Их таксационная характеристика приведена в табл. 3.3. Отобранные участки охватывают насаждения Анненского лесничества.
В соответствии с заданием, исследования проводились в различных типах леса в естественных насаждениях (сосняк приручьевый, сосняк зеленомошный и сосняк лишайниковый), а также на открытых межлесных пространствах (старопахотные земли, степь ковыльная и степь чилиговая).
Состояние изучения вопроса
При изучении продуктивности лесов основное внимание уделяется древостоям. Каждый тип леса характеризуется определенным напочвенным покровом, сформировавшимся под пологом насаждений, но он очень часто остается вне поля зрения исследователей как величина неизмеримо малая по сравнению с фитомассой древесных пород. Между тем напочвенный покров -важный компонент лесного насаждения как экосистемы и крупное звено малого биологического круговорота. В лесах засушливого климата живой напочвенный покров играет важную экологическую роль, часто выступая в качестве эдификатора (Аткина, 2000). В современной научной литературе существуют различные толкования отдельных терминов и определений. Мы приводим в данной работе наиболее часто используемые понятия.
Продуктивность - скорость накопления фитомассы за единицу времени на единице площади (прирост), (обычно берется сезон).
Фитомасса - совокупность всей живой надземной и подземной растительной массы в расчете на единицу объема или площади (г/м , кг/м , ц/га, т/га)
Напочвенный покров - совокупность травянисто-кустарничкового яруса, мхов, лишайников и лесной подстилки под пологом насаждений, на вырубках и гарях.
Живой напочвенный покров - совокупность травянистых растений, полукустарников, кустарничков, мхов и лишайников, произрастающих на покрытых и не покрытых лесом землях.
Лесная подстилка (мортмасса)- напочвенный покров из мертвой органической массы, формируемой за счет лесного опада.
Изучение количественных показателей продукционных процессов живого напочвенного покрова имеет важное значение для характеристики широкого круга процессов происходящих в лесу (Иванова, 1999; Магасумова, 2004, Жданова, 2004; Ярославцева, 2005; Залесов, 2005).
Известно, что для территорий с засушливым климатом нарастание зеленой массы в напочвенном покрове служит препятствием возникновению и распространению процессов горения (Софронов, Волокитина, 1990; Софронова, 2006; Курбатский, Иванова, 1983), По наблюдениям Н.М. Баранова (1979), горение не может распространяться по живому напочвенному покрову, если надземная масса трав достигнет 60% максимального запаса и будет превосходить запас ветоши.
Большинство признаков растительного сообщества изменяется в течение года наряду с изменениями условий среды. Эта изменчивость обусловлена различными проявлениями жизнедеятельности растений, образующих фитоі{еноз. Каждое растение в периоды роста и покоя проходит ряд определенных фенологических фаз развития, для каждого растительного сообщества характерен свой ход сезонных изменений, свои сроки начала и окончания вегетации, периоды максимального развития, общей длительности цветения, изменения числа вегетирующих, цветущих и плодоносящих видов, смены фаз сезонного состояния. В связи с этим в каждом сообществе по особому проходят нарастания органической массы, разложение отмерших остатков и обмен веществ между растениями, почвой и окружающим воздушным пространством (Корчагин А.А., Лавренко Е.М., 1972).
Видовой состав живого напочвенного покрова основных типов земель джабык-карагайского бора
На основе анализа геоботанических описаний живого напочвенного покрова пробных площадей нами сделана следующая характеристика преобладающих типов леса.
Сосняк злакоео-разнотравно-степной. Для него характерен хорошо развитый травяной покров, более или менее остепненный. Господствуют вейники наземный и тростниковидный, ракитник русский. Можно выделить более сухой и более влажный подтипы. В первом подтипе по обилию преобладает лабазник шестилепестный (Сор1), во втором — сныть обыкновенная (Сор1).
В этих лесах обычны костяника каменистая, земляника лесная (Sp), клевер люпиновидный, осока корневищная (Sol). Кроме них растут дягиль лекарственный (Sol), скерда сибирская, бодяки разнолистный (Sol) и огородный (Sol), дудник лесной, бубенчик лилиелистный (Sp), реброплодник уральский, володушка золотистая, порезник сибирский (Sol), валериана лекарственная (Sol), живокость высокая, вика лесная (Sol) и др.
Сосняк лишайниковый. В травяном покрове много мятлика степного (Sp), лабазника шестилепестного (Sp) и местами горечавки Долуханова, тысячелистника обыкновенного (Sol). Но все растения находятся в вегетативном состоянии, не цветут и не плодоносят, расположены по поверхности куртинами. Характерным элементом для этого типа леса является наличие в живом напочвенном покрове кладонии, располагающейся также отдельными куртинами на выходах горных пород.
Древостой местами разрежен и включает в себя вкрапления не покрытых лесом участков, на которых встречаются фрагменты ковыльно-типчаковой степи с ковылем перистым (Sp). Сосняк разнотравно-зеленомошный. Этот тип леса характеризуется пестрым составом травяного покрова, но в основном он представлен вейником тростниковидным, коротконожкой перистой (Sol) и орляком. Здесь отмечены и степные растения: ковыли перистый, узколистный, волосатик и красивейший (Sol), типчак, овсецы пустынный и Шелля (Sol). Широко представлен единственный вид мхов - плеуроций Шребера.
Сосняк крупнотравно-приручъевый. Видовой состав живого напочвенного покрова этого типа леса богат, в него входят много бобовых: клевер люпиновидный, вика мышиная (Sp), чина луговая и гороховидная, полынь широколистная и понтийская, тысячелистник обыкновенный (Sol), лабазник шестилепестный (Ш), акониты, дельфиниум высокий (Sp) и др. Все растения очень крупные, обильно цветут, плодоносят и формируют большую фито массу.
Не покрытые лесом участки в насаждениях упомянутых типов леса разнообразны и по видовому составу живого напочвенного покрова. Они представляют преимущественно степные ценозы:
1. Горные мезо-ксерофитные гвоздичники с гвоздикой иглолистной и володушкой многожилковой. На каменистых обнажениях и склонах произрастают ковыли волосатик, Залесского, красивейший, Лессинга, Коржинского, овсец пустынный, типчак, чабрец Маршалла, остролодочник волосистый и Ипполита, скабиоза исетская, астра ромашковидная, копеечник Гмелина, катран татарский, осока стоповидная, пырей пустынный и плевеловидный, кохия простертая, гвоздика иглолистная, клаусия солнцепечная, луки красноватый и торчащий, шиверекия горная, истод сибирский, флокс сибирский, крупка сибирская, гониолимон высокий, астрагал Гельма, полыни австрийская, шелковистая, сизая, крупноцветковая, широколистная и др. (обилие - Sol).
