ДИНАМИКА ПОКАЗАТЕЛЕЙ НИЖНЕГО ЯРУСА ДРЕВОСТОЯ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ ОСУШЕНИЯ И СПЛОШНОЙ ВЫРУБКИ ДРЕВОСТОЯ

ДИНАМИКА  ПОКАЗАТЕЛЕЙ  НИЖНЕГО  ЯРУСА  ДРЕВОСТОЯ  ПОД  ВОЗДЕЙСТВИЕМ  ОСУШЕНИЯ  И  СПЛОШНОЙ  ВЫРУБКИ  ДРЕВОСТОЯ

профессор,  д-р  биол.  наук

Солнцев  Роман  Викторович

аспирант,  Уральский  государственный  лесотехнический  университет,  РФ,  г.  Екатеренбург

E-mail: 

Нагимов  Зуфар  Ягфарович

профессор,  д-р  с.-х.  наук,  директор  института  леса  и  природопользования,  Уральский  государственный  лесотехнический  университет,  РФ,  г.  Екатеренбург

DYNAMICS  OF  FACTORS  OF  STAND  UNDERSTOREY  UNDER  THE  INFLUENCE  OF  CLEAR  CUTTING  AND  DRYING  OF  STAND

professor,  Doctor  of  Biological  Sciences

Roman  Solntsev

post  graduate  student  of  Ural  State  Forest  Engineering  University  Russia,   Ekaterinburg

Zufar  Nagimov

professor,  Doctor  of  Agricultural  Science,  Director  of  the  Institute  of  Forest  and  Natural  Resource  Management,  Ural  State  Forest  Engineering  University  Russia,   Ekaterinburg

АННОТАЦИЯ

Изучалось  влияние  расстояния  между  каналами  на  интенсивность  осушения  и  динамику  показателей  нижнего  яруса  древостоя  на  осушаемом  олиготрофном  болоте.  Динамика  уровня  почвенно-грунтовых  вод  (ПГВ)  обнаружена  в  зависимости  от  расстояния  между  каналами.  Реакция  нижнего  яруса  выявлена  по  показателям  корневой  системы,  приросту  в  высоту  и  фитомассе  подроста,  а  также  по  структуре  и  фитомассе  живого  напочвенного  покрова  (ЖНП).  Они  находятся  в  зависимости  от  динамики  ПГВ  и  вырубки  древостоя.

ABSTRACT

Influence  of  ditch  spacing  on  drying  intensity  and  dynamics  of  factors  of  stand  understorey  at  dewatered  oligotrophic  bog  has  been  studied.  Dynamics  of  groundwater  level  has  been  revealed  depending  on  ditch  pacing.  Understorey  behavior  has  been  defined  according  to  root  system,  height  increment,  understorey  phytomass  and  also  according  to  structure  and  phytomass  of  forest  live  cover.  They  depend  on  dynamics  of  groundwater  and  clear  cutting  of  stand. 

Ключевые  слова:   Осушение;  вырубка;  прирост  по  высоте;  фитомасса;  корни;  травяно-кустарничковый  ярус.

Keywords:   drying;  cutting;  height  increment;  phytomass;  roots;  grass-fruitculose  layer. 

Многочисленные  наблюдения  гидрологического  режима  объектов  осушения  в  различных  географических  районах  [8,  7]  показали,  что  динамика  уровня  почвенно-грунтовых  вод  (ПГВ)  на  них  характеризуется  общей  закономерностью:  это  повышение  уровня  ПГВ  весной,  летний  минимум,  осеннее  повышение  и  зимний  минимум,  но  изменяется  уровень  нахождения  ПГВ.

Под  влиянием  осушения,  наблюдается  динамика  показателей  корневой  системы  [1,  5],  по  приросту  в  высоту  [4,  3],  фитомассы  подроста  и  живого  напочвенного  покрова  (ЖНП)  и  его  состава  [6].

Несмотря  на  большое  количество  исследований,  посвященных  гидромелиорации  избыточно-увлажненных  лесов,  многие  аспекты  этой  проблемы  требуют  дальнейшей  научной  разработки  или  совершенствования  в  соответствии  с  новыми  экологическими  требованиями.

Для  достижения  поставленной  цели  решались  следующие  задачи  по  исследованию  влияния  осушения  на  динамику  гидрологического  режима  и  показателей  подроста  под  пологом  древостоев  и  на  вырубках  осушаемой  территории.

Исследования  выполнены  с  2005  по  2008  гг.  в  Уральском  учебно-опытном  лесхозе  (УУОЛ  УГЛТУ).

Сбор  материала  осуществлялся  на  стационаре  «Северный».  Он  заложен  зимой  в  1987—1988  гг.  проф.  А.С.  Чиндяевым,  на  территории  Северского  (кв.  28,  33)  и  Паркового  (кв.  1,  2,  13,  14)  участка.  Его  площадь  составляет  120  га.  Осушение  выполнено  системой  открытых  каналов  с  расстоянием  между  ними  от  64  до  210  м.

Климатические  условия  района  работ  [9]:  количество  осадков  за  год  выпадает  в  среднем  536  мм,  за  вегетационный  период  —  343  мм.  Средняя  температура  воздуха  в  течение  года  —  1,2  ºС,  за  вегетационный  период  —  12,9  ºС.  Безморозный  период  длится  49—126  дней,  в  среднем  86  дней.  Мощность  снежного  покрова  составляет  52  см,  с  плотностью  —  0,19  г/см³  и  запасом  воды  в  снеге  —  97  мм.

Основная  лесоводственно-таксационная  характеристика  насаждений  расположенных  на  середине  межканальных  расстояний  64—210  м  выглядит  следующим  образом:  тип  леса  —  кустарниково-осоковый,  кустарниково-сфагновый,  багульниковый,  класс  бонитета  V—Vа;  Д_ср  9,8—14,2  см;  Н_ср  6,6—13,6  м;  А_ср  96—110  лет;  Р  0,72—1,24;  N  2,0—3,4  тыс.  экз./га;  М  104—205  м³,  численность  подроста  —  ед.  до  8,1  тыс.  экз./га.

Травяно-кустарничковый  покров  типичный  для  верховых  болот  с  сильно  разреженным  моховым  покровом.  Торфяная  залежь  представлена  сфагновым  и  фускум-торфом  мощность  1,5—7,0  м,  степенью  разложения  33—62  %,  рН  3,0—3,1.  Торф  обладает  питательными  элементами  (N,  P,  K)  зольностью  3—15  %.

Изучение  уровня  ПГВ  осуществлялось  по  методике  С.Э.  Вомперского  (1964).  Водно-физические  свойства  торфа  определялись  по  методикам  В.Г.  Минеева,  (1989)  и  И.С.  Кауричева,  (1973).  Определение  агрохимических  свойств  торфа  выполнялось  в  ФГУ  ГЦАС  «Свердловский».

Проведенные  нами  исследования  подтвердили,  что  колебание  уровня  почвенно-грунтовой  воды  (ПГВ)  на  объекте  исследований  подчиняется  известной  закономерности  (рис.  1).

Рисунок  1.  Годовая  динамика  уровня  ПГВ  в  осушаемых  сфагновых  сосняках  за  2005—2008  гг.

Весной  с  марта  по  апрель  он  резко  повышается  (в  среднем  на  7  см)  и  в  мае  достигает  максимального  значения  (13—26  см).  В  последующем  (после  весеннего  максимума)  уровень  ПГВ  постепенно  снижается.  В  августе  наступает  летний  минимум,  с  уровнем  38—63  см.  Осеннее  повышение  уровня  ПГВ  наблюдается  в  сентябре-октябре  (27—52  см).  После  этого  повышения  он  постепенно  снижается  до  наступления  зимнего  минимума  в  феврале-марте  (21—74  см)  [2].  За  весь  период  наблюдений  средний  уровень  ПГВ  на  середине  межканального  пространства  составил  29,1±1,3  см  с  коэффициентом  вариации  (CV)  —  28,2  %.

Средневегетационный  уровень  ПГВ  на  середине  межканального  пространства  зависит  от  величины  межканального  расстояния.  Достоверность  различий  между  уровнями  ПГВ  доказывается  на  5  %  уровне  (t_ф  =  2,06—3,12  >  t_0,05).  Так,  уровень  ПГВ  при  расстоянии  между  каналами  192—210  м  располагался  в  среднем  на  глубине  29,2  см,  при  расстоянии  164—172  м  —  36,8  см,  а  при  расстоянии  64—66  м  —  30,1  см.

Связь  уровня  ПГВ  с  межканальным  расстоянием  слабая,  отрицательная.  Коэффициент  корреляции  (R)  составляет  —  0,29.

Уровень  ПГВ  на  вырубках  всегда  выше,  чем  под  пологом  древостоя.  Различия  по  этому  показателю  между  вырубкой  и  сомкнутым  насаждением  в  вегетационный  период  составляют  всего  2—4  см,  а  зимой  достигают  более  значительных  величин  (до  50  см)  и  доказывается  статистически.

Эффективность  работы  осушительной  сети  выявлялась  по  кривой  депрессии  уровня  ПГВ  (рис.  2).

Рисунок  2.  Кривая  депрессии  уровня  ПГВ  при  разном  расстоянии  между  каналами  (L ,  м)

На  исследуемом  объекте  депрессия  обладает  малым  понижением  уровня  ПГВ  по  поперечному  межканальному  профилю.  Так,  понижение  уровня  ПГВ  от  середины  гидроствора  (0,5L)  до  скважины  (0,05L)  происходит  всего  на  6,4—11,5  см  (CV  =  19,2—24,5  %)  [7].  Только  вблизи  канала  (0,01L)  этот  показатель  существенно  падает  (t_ф  =  1,72—7,15  >  t_0,10)  —  на  12,2—32,2  см.

В  вегетационный  период  норма  осушения  под  пологом  древостоев,  равная  в  данных  условиях  —  30  см,  при  расстоянии  между  каналами  192—210  м  имела  обеспеченность  —  33  %,  164—172  м  —  66  %,  64—66  м  —  50  %.

На  вырубке  В-1  с  межканальным  пространством  64  м  обеспеченность  составила  50  %,  на  вырубке  В-2  с  расстоянием  210  м  —  25  %.  В  целом,  норма  осушения  достигнута.

Корневая  система  подроста  на  20  год  осушения  достигает  3—5  опорными  корнями  глубины  3—9  см  в  зоне  наиболее  благоприятного  водно-воздушного  режима.  Стержневой  корень  образует  сбежистую  форму  с  окончанием  в  виде  метелки  [1]  либо  стержневой  корень  отсутствует  или  имеет  вид  горизонтального  корня.  Только  у  подроста  группы  высот  до  0,5  м  форма  сечения  корней  —  округлая.  Выше  опорных  корней  на  2—4  см  формируются  придаточные  корни.

Связь  между  глубиной  проникновения  корней  подроста  и  уровнем  ПГВ  средней  тесноты.  Коэффициент  корреляции  в  разных  вариантах  объекта  колеблется  от  0,31  до  0,57.

В  целом  по  стационару  длина  распространения  корневой  системы  подроста  на  20-й  год  осушения  составляет  от  7,4  до  75,3  см.  У  подроста  первой  группы  высот  она  варьирует  от  7,4  до  41,5  см,  второй  группы  —  от  14,6  до  61,7  см,  третьей  группы  —  от  42,1  до  75,3  см.

На  вырубках  корневая  система  подроста  сосны  отличается  меньшей  длиной  (на  5,0  см),  большей  глубиной  проникновения  (на  2,2  см)  и  массой  (на  27,24  г),  чем  под  пологом  древостоя.

Фитомасса  подроста  на  20  год  после  осушения  под  пологом  древостоя  в  разных  вариантах  опыта  в  среднем  составила:  у  первой  группы  высоты  —  от  3,54  до  7,74  гр.,  у  второй  группы  высоты  от  22,77  до  50,60  гр.,  у  третьей  группы  высоты  97,62—139,38  гр.

На  вырубках  фитомасса  подроста  значительно  выше,  чем  под  пологом  древостоя.  У  подроста  первой  группы  высоты  она  составила  в  среднем  7,18—17,63  гр.,  у  второй  —  51,90—55,01  гр.,  у  третьей  —  341,13—715,05  гр.

Масса  корней  подроста  на  20-й  год  после  осушения  в  различных  вариантах  опыта  в  среднем  составляет:  у  первой  группы  высот  —  от  0,93  до  2,67  гр.;  у  второй  —  от  7,25  до  34,28  гр.;  у  третьей  —  от  23,84  до  129,73  гр.

Из  всех  фракций  фитомассы  подроста  наибольший  интерес  представляет  масса  хвои  (ассимиляционный  аппарат).  Она  у  подроста  на  вырубках  в  среднем  в  2  раза  выше,  чем  у  подроста  под  пологом  древостоев.  Это  свидетельствует  о  том,  что  ростовые  процессы  на  вырубках  протекают  значительно  интенсивнее.

Видовой  состав  ЖНП  после  20-летнего  периода  осушения  представлен  следующими  видами:  осока  шаровидная  (Carex  globularis  L.),  багульник  болотный  (Ledum  palustre  L.),  морошка  (Rubus  chamaemorus  L.),  брусника  (Vaccinium  vivtis-idaea),  голубика  (Vaccinium  uliginosum  L),  клюква  (Oxycoccus),  сфагнум  узколистный  (Sphagnum  angustifolium  (Russ.)  C.  Yens),  кукушкин  лен  (Pollitrihcum  commone).  На  вырубках  кроме  указанных  выше  видов  встречается  мирт  болотный  (Chamaedaphne  caluculata  L.).

Багульник,  брусника,  голубика,  клюква  и  на  вырубках  и  под  пологом  древостоев  имеют  обилие  в  среднем  10—20  %.  У  осоки,  морошки  и  сфагнума  обилие  под  пологом  древостоя  составило  от  30  до  40  %  (Cop  1).  На  вырубках  кукушкин  лен  имеет  обилие  3—5  %  (Sol),  мирт  болотный  —  30—40  %  (Cop  1)  и  сфагнум  —  50—60  %  (Cop  2).

В  целом,  на  20-й  год  осушения  фитомасса  ЖНП  увеличилась,  по  сравнению  с  данными  до  осушения,  под  пологом  древостоя  на  97,8  г/м²  (170  %),  а  на  вырубках,  по  сравнению  с  данными  на  6  год  осушения,  на  116,6  г/м²  (151  %).  Это  произошло,  в  основном,  за  счет  усиления  роста  и  развития  мезофитов  и  ксерофитов.  Выявлено,  что  с  уменьшением  межканального  расстояния  рост  и  развитие  этих  видов  ЖНП  усиливаются.  А  с  увеличением  расстояния  между  каналами  закономерно  повышается  фитомасса  гигрофитов.

В  результате  проведенных  исследований  установлено,  что  осушение  ведет  к  существенной  трансформации  гидрологического  режима.

Под  пологом  древостоев  в  вегетационный  период  на  середине  межканального  пространства  в  зависимости  от  расстояния  между  каналами  уровень  ПГВ  колеблется  от  29,2  до  36,8  см,  с  нормой  осушения  от  33  до  66  %.  Более  благоприятный  гидрологический  режим  обеспечивается  при  расстоянии  между  каналами  164—172  м.  В  подобных  лесоболотных  биогеоценозах  их  можно  считать  оптимальными.

Уровень  ПГВ  на  вырубках  всегда  выше,  чем  под  пологом  древостоев:  в  вегетационный  период  на  2—4  см,  в  зимний  на  31—50  см.

Особенности  развития  корневой  системы  подроста  в  различных  вариантах  опыта  обусловлены  эдафическими  условиями  и  густотой  подроста.

В  целом,  сформировавшийся  на  20-й  год  осушения  подрост,  на  вырубках  отличается  значительно  лучшими  количественными  и  качественными  показателями,  чем  под  пологом  древостоев.  Показатели  подроста  под  пологом  осушаемых  и  неосушаемых  (контроль)  древостоев  отличаются  не  существенно.

Под  влиянием  осушения  происходит  существенное  изменение  видового  состава  и  фитомассы  ЖНП.  На  20-й  год  осушения  фитомасса  ЖНП  увеличилась  под  пологом  осушаемых  древостоев  на  97,8  г/м²,  а  на  вырубках  —  на  116,6  г/м².  Это  произошло  в  основном  за  счет  усиления  роста  и  развития  мезофитов  и  ксерофитов.

Список  литературы:

1.Вомперский  С.Э.  Биологические  основы  эффективности  лесоосушения.  М.:  Наука.  1968.  —  312  с.

2.Вомперский  С.Э.  Лесоосушительная  мелиорация  (текст)  /  С.Э.  Вомперский,  Е.Д.  Сабо,  А.С.  Формин.  М.6  Лесная  пром-ть,  1975.  —  295  с.

3.Дружинин  Н.А.,  Моисеев  И.И.  Сезонная  динамика  роста  болотных  сосняков  на  Урале.  //  Актуальные  проблемы  осушения  лесов  на  Среднем  Урале.  Информ.  Материалы  к  совещанию,  г.Свердловск,  2—4  августа  1989  г.  Свердловск:  УрО  АН  СССР,  1989,  —  192  с.

4.Елагин  И.Н.  Сезонное  развитие  сосновых  лесов.  Новосибирск:  Наука,  Сиб.  отд.  1976.  —  230  с.

5.Згуровская  Л.Н.  Влияние  микрорельефа  на  жизнедеятельность  всасывающих  корней  древесных  растений  на  болотах  //  Природные  особенности  болот  Приамурья.  Новосибирск:  Наука,  1973.  —  С.  162—185.

6.Красильников  Н.А.,  Нешатаев  В.Ю.,  Нешатаева  В.Ю.  Естественное  возобновление  древесных  пород  и  динамика  живого  напочвенного  покрова  на  вырубках  осушенных  лесов  //  Гидролесомелиорация:  наука  производству.  СПб.:  СПбНИИЛХ,  1996.  —  С.  17—19.

7.Медведева  В.М.  Формирование  лесов  на  осушенных  землях  среднетаёжной  подзоны.  Петрозаводск:  Карелия.  1989.  —  168  с.

8.Сабо  Е.Ю.,  Иванов  Ю.Н.,  Шатилло  Д.А.  Справочник  гидролесомелиоратора  /  Е.Ю.  Сабо,  Ю.Н.  Иванов,  Д.А.  Шатилло.  Справочник  гидролесомелиоратора.  Под  ред.  Канд.  техн.  Наук.  Е.Д.  Сабо.  М.:  Лесн.  пром-сть,  1981.  —  200  с.

9.Чиндяев  А.С.  Лесоводственная  эффективность  осушения  болотных  лесов  Среднего  Урала.  Екатеринбург:  УГЛТА,  1995.  —  186  с.