Экологическое состояние почв и леса низкогорной части адыгеи (на примере майкопского лесничества)
На правах рукописи
Мельник Анна Александровна ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ПОЧВ И ЛЕСА НИЗКОГОРНОЙ ЧАСТИ АДЫГЕИ (на примере Майкопского лесничества) 03.02.08 – экология (биологические наук
и)
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук Ростов-на-Дону - 2011 2
Работа выполнена на кафедре лесохозяйственных дисциплин Майкопского государственного технологического университета
Научный консультант: доктор географических наук, профессор Елисеева Наталия Волеславовна
Официальные оппоненты: доктор биологических наук Зубкова Татьяна Александровна кандидат биологических наук Локтионова Ольга Андреевна
Ведущая организация: Кубанский государственный аграрный университет, г. Краснодар
Защита диссертации состоится 29 апреля 2011 г. в 15:00 на заседании диссертационного совета Д 212.208.32 по биологическим наукам при Южном федеральном университете (344006, г. Ростов-на-Дону, ул. Б. Садовая, 105, ЮФУ, зал заседаний, e-mail: [email protected], факс: (863)2638723).
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Южного федерального университета (344006, г. Ростов-на-Дону, ул. Пушкинская, 148) и на сайте Южного федерального университета по адресу: http://www.sfedu.ru.
Автореферат разослан 23 марта 2011 г.
Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат биологических наук Т.В. Денисова ОЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность исследования. В последнее время потребление лесных ресурсов повсеместно увеличивается, превосходя их воспроизводство. В результате остро встает необходимость совершенствования ведения лесного хозяйства, обеспечивающая непрерывное и рациональное использование и воспроизводство лесов. Эта проблема особенно остро стоит в Республике Адыгея. За последние 50 лет в ее лесном фонде в связи с интенсификацией лесопользования произошли существенные изменения в структуре лесов, их производительности и качественном состоянии. Леса Северо-Западного Кавказа являются богатейшим источником получения крупномерной древесины.
Насаждения, произрастающие здесь, отличаются высокой продуктивностью.
Запасы стволовой древесины на отдельных участках достигают 1300 м3 на га.
Водоохранная и почвозащитная роль этих лесов очень велика. Они регулируют водный режим рек, предотвращают смыв и размыв почвы.
Всего 100-150 лет назад леса вырубали, чтобы расчистить территорию под пашни, сенокосы, пастбища. В настоящее время характерен противоположный процесс – использование сельскохозяйственных угодий для выращивания искусственных древесных насаждений (Карпачевский, 1981). Для разработки правильной системы лесохозяйственных мероприятий необходимо изучение процессов возобновления почвенного покрова под пологом леса и на вырубках.
Почвы лесных фитоценозов Майкопского лесничества1 Республики Адыгея являются перспективным объектом исследований по причине их малой изученности. В связи со сложившейся ситуацией соответственно была поставлена цель и задачи исследования.
Цель и задачи исследования. Целью исследования явилось изучение и оценка экологического состояния почв и лесов низкогорной части Адыгеи (на примере Майкопского лесничества).
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
В 2010 г. Краснооктябрьский опытный лесхоз переименован в Лесосеменное опытное лесничество, подразделение «Майкопское лесничество», управления лесами Республики Адыгея.
1. Проанализировать изменение экологического состояния почвенного покрова при разном лесохозяйственном использовании.
2. Проанализировать изменение экологического состояния лесов при разном хозяйственном использовании.
3. Провести таксационную оценку лесов низкогорной части Адыгеи.
4. Установить основные оптимальные направления ведения хозяйства и дать рекомендации по рациональному использованию лесов низкогорной части Адыгеи.
Положения, выносимые на защиту:
1. Основное изменение экологического состояния почвенного покрова в лесах Адыгеи происходит при разных антропогенных нагрузках: сплошная рубка леса, раскорчевка и распашка вырубок, создание посадок плантационного типа.
2.На раскорчеванных площадях изменяются естественные условия процессов почвообразования.
3.На производительность лесов существенное влияние оказывает мощность гумусового профиля и физико-химические свойства почв в корнеобитаемом слое.
4.Таксационная оценка леса позволяет оценить экологические свойства лесных почв, а создание лесосеменных плантаций позволяет сохранить многие виды древесных пород.
Личный вклад автора. В диссертацию вошли материалы, полученные лично автором или при его непосредственном участии в результате полевых и лабораторных исследований (2005-2009 гг.). Результаты исследований и их анализ представлены в публикациях.
Научная новизна исследования. Впервые для лесных биогеоценозов Северо-Западного Кавказа на основе комплексного подхода дана экологическая оценка и составлены прогнозы об изменении естественных свойств лесных почв на антропогенные. Обозначены основные факторы, приводящие к негативным деградационным процессам. Составлены прогнозные модели трансформации лесных почв в антропогенные почвы. Установлено, что такие факторы, как сплошные рубки леса, раскорчевка, мелиоративная вспашка и др.
приводят к деградационным процессам.
Практическая значимость исследования. В работе представлены новые подходы к экологической и таксономической оценке леса и лесных почв.
Установлено, что за время жизни одного поколения деревьев в лесу (100- лет) формируется пространственная структура, которая может быть нарушена сплошными рубками леса без искусственного лесовосстановления.
Почвообразующая роль древостоя проявляется в свойствах почвы под кроной.
Полученные данные могут быть использованы при экологической оценке состояния лесных почв, производственными организациями лесного хозяйства, природоохранными и научно-исследовательскими организациями. Результаты исследования используются в учебных курсах «Лесного почвоведения», «Почвенно-экологический мониторинг» в Майкопском государственном технологическом университете, а также в курсе «Природопользование» в Академии ИМСИТ (г. Краснодар).
Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на научно-практических конференциях студентов и аспирантов МГТУ в 2004- гг., II научно-практической конференции «Экологические проблемы. Взгляд в будущее» (Ростов-на-Дону–Абрау-Дюрсо, 2005);
Международной научной конференции «Проблемы устойчивого функционирования водных и наземных экосистем» (Ростов-на-Дону, 2006);
Международной научной конференции «Экология и биология почв» (Ростов-на-Дону, 2007);
ХII Международной научно-практической конференции «Экологические проблемы современности» (Майкоп, 2008) и др.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 работ, из них статьи в изданиях из перечня ВАК, общим объемом 1,25 п.л., доля участия автора – 80%.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, глав, выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на страницах, включает 33 таблицы, 7 рисунков и 6 приложений. Список литературы включает 158 наименований, в том числе 15 зарубежных авторов.
Автор глубоко признателен за помощь в работе научному руководителю – д.г.н., проф. Елисеевой Н.В., а также д.с.-х.н., проф. Сухоруких Ю.И., к.с. х.н., доц. Хатукаю Х.М. и всем, кто поддерживал меня во время выполнения диссертационной работы.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ В главе исследованы история и степень изученности вопроса.
Проанализировано большое количество литературных источников, на основании чего приведены: характеристика лесов Северо-Западного Кавказа, основные аспекты лесопользования, характеристика почв, экологическое значение лесных и почвенных ресурсов. Анализ литературных источников показал разнохарактерность исследований, отсутствие полной оценки экологического состояния почв и лесов.
ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ Объектом исследования было выбрано Майкопское лесничество (до г. Краснооктябрьский опытный лесхоз), которое расположено в юго-восточной части Майкопского района, его площадь составляет 5133 га.
В главе представлено подробное описание объектов исследования – почвенного покрова, лесной растительности, лесной подстилки. Приведена природная характеристика исследуемой территории, которая включает физико географические и климатические условия данного объекта. В структуре земельного фонда республики земли сельхоз предприятий составляют 45%, а земли лесного фонда – 24%. На все остальные - приходится около 30%.
Рис. 1. Структура земельного фонда Лесные площади распределены неравномерно, большая часть лесов сосредоточена в предгорной и горной зонах. Основные лесообразующие породы - бук и дуб.
В связи с многообразием форм рельефа, почвообразующих пород, климата и растительности, почвенный покров Республики Адыгея, и Краснооктябрьского опытного лесхоза в частности, отличается большим многообразием.
В полевых условиях проводили определение водопроницаемости по профилю почвы. Для проведения лабораторных исследований отбирались почвенные образцы в опорных разрезах. В лабораторных условиях проводили определение физико-химических свойств по общепринятым методикам (Аринушкина,1970, Вадюнина, Корчагина, 1986, Дмитриев, 1974, Качинский, 1930, Практикум по почвоведению, 1986). Для оценки деятельности почвообитателей на почвообразовательные процессы был выбран участок м2, где применялась методика определения размеров норной сети (Быков, Просвирина, 1990, 1992). В основу методики оценки лесных ресурсов на территории Краснооктябрьского опытного лесхоза положены общие положения проведения лесоустроительных работ по селекционной инвентаризации насаждений и селекционной оценке деревьев, методика проведения единовременной инвентаризации селекционно-семеноводческих объектов. На пробных площадях проводили подеревную селекционную оценку по М.М. Вересину. В карточку учета, кроме того, заносили общее санитарное состояние насаждений (наличие больных, ослабленных и усохших деревьев интенсивность плодоношения). В работе использовали материалы почвенного обследования и кадастровой оценки (Почвенный очерк, «Росгипрозем», 1972;
Отчет об определении кадастровой стоимости земельных участков в составе земель сельскохозяйственного назначения Республики Адыгея, 2006).
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 3.1 Экологические особенности почвенного покрова Краснооктябрьского опытного лесхоза Под влиянием сложного сочетания биоклиматических факторов, материнских пород и рельефа почвенный покров представлен следующими типами: серыми лесостепными, бурыми лесными почвами и эродированными почвами крутых склонов. Преобладающую часть территории занимают лесостепные почвы (307 га), что составляет 51,2% от общей площади. Они распространены на плоских повышениях и пологих покатых склонах. Среди этих почв иногда встречаются каменистые разновидности, а на слабодренированных склонах северных экспозиций встречаются оглеенные.
Бурые лесные почвы занимают 146 га. Залегают они на водоразделах, склонах различной крутизны и экспозиции. В связи с близким залеганием плотных пород (карбонатных кремнистых песчаников) они в большинстве случаев маломощны и каменисты (рис. 2). Площадь в основном залесена или занята сенокосно-пастбищными угодьями с густым травянистым покровом, препятствующим проявлению эрозии. Установлено, что на сенокосных угодьях смыв почвы практически отсутствует, но, в то же время, он наблюдается под густой древесной растительностью, где поверхность почвы практически лишена травяного покрова.
темно-серые лесостепные 14% сверхмощные темно-серые лесостепные сверхмощные оподзоленные 37% 11% серые лесостепные сверхмощные бурые лесные типичные 14% бурые лесные оподзоленные 5% 11% 8% сильноэродированные почвы балок и оврагов почвы крутых склонов Рис. 2. Соотношение различных типов почв в Краснооктябрьском опытном лесхозе Эрозионные процессы интенсивно проявляются на участках, где проводятся рубки леса и верхний слой почв нарушен механизмами и раскорчевкой. Здесь наблюдается как смыв почвы, так и оврагообразование. В зависимости от гранулометрического состава, мощности горизонтов АВ и содержания гумуса, оподзоленности, вышеуказанные почвы делятся на ряд разностей.
Опорный разрез № 1 на темно-серых лесостепных сверхмощных почвах был заложен на слабопологом склоне в 36-м квартале в 300 м от северной границы квартала на плантации ореха грецкого посадки 2000 года. Состояние плантации удовлетворительное. На этой площади ранее произрастал дубовый лес возраста 60-70 лет. Сомкнутость кроны была значительная. Подлесок отсутствовал. После раскорчевки в 1976 г. была создана плантация ореха грецкого и фундука. В первые годы деревья развивались удовлетворительно, а через 3 года отпад деревьев составил 85%. В течение следующих лет эта площадь не эксплуатировалась и только в 2000 г. вновь создали плантации ореха грецкого. В настоящее время плантации вступают в стадию плодоношения.
А – 0-35 см – влажный, темно-серый, рыхлый, тяжелосуглинистый, мелко-комковато-порошисто-зернистый, густо пронизан мелкими корнями растений, переход в следующий горизонт постепенный;
АВ – 35-55 см – влажный, темно-серый с буроватым оттенком, слабоуплотненный, тяжелосуглинистый, ореховато комковато-зернистый, мелкие ржавые пятна, корни растений, переход в следующий горизонт постепенный;
В1 – 55-70 см – влажный, бурый с сероватым оттенком, уплотнен, глинистый, глыбисто-комковатый, пятна полуторных окислов R2O3, переход ясный;
В2 – 70-110 см – влажный, темно-серый, почти черный, очень плотный (слитой), глинистый, глыбисто-комковатый, орштейный, редко корни растений;
ВС – 110-150 см – влажный, буровато-серый, уплотненный, глинистый, комковато-ореховатый, пятна полуторных окислов, переход заметный;
С – 150-170 см – влажный, желтовато-бурые делювиальные глины, вскипание от 10% HCL со 160 см (белоглазка).
По гранулометрическому составу темно-серые лесостепные сверхмощные почвы относятся к тяжелосуглинистым (табл. 1).
Содержание физической глины (частиц менее 0,01 мм) в слоях 0-10 и 40 50 см составляет 53,6-59,6% (табл. 1). По данным Подымова (1970, 1976), Быстрицкой и Тюрюканова (1974), Елисеевой (1983), содержание физической глины более 60% приводит к слитообразованию. С глубиной содержание физической глины заметно возрастает до 68%, профиль становится глинистым с возрастанием степени глинистости от легкой до тяжелой.
Объемная плотность почвы – фактор лимитирующий проникновение корней в почвенную толщу. Так, в почву с плотностью 1,4 г/см3 корни уже не идут (Елисеева, Карпачевский, 2007). Данные объемной плотности темно-серой лесостепной сверхмощной почвы Краснооктябрьского опытного лесхоза приведены в табл. 2.
Результаты показали, что верхние горизонты до глубины 30 см характеризуются рыхлым сложением (1,1-1,29 г/см3), и в них развивается корневая система травянистой и древесной растительности. С глубиной происходит утяжеление гранулометрического состава, уменьшается и плотность корневой системы в почве и заметно возрастает плотность почвы (1,39-1,45 г/см3).
Таблица Гранулометрический состав темно-серых лесостепных сверхмощных почв Содержание фракции в % Глубина Сумма Гранулометр 0,05-0,01 мм 0,25-0,05 мм 0,005-0, взятия фракций 0,01-0, 0,001 мм 1-0,25 мм ический образца, 0, мм мм состав см мм Тяжело 0-10 3,0 22,6 20,8 10,0 11,6 32,0 53, суглинистый Тяжело 40-50 4,1 15,5 20,8 6,0 25,6 28,0 59, суглинистый Глинистый 50-70 2,0 10,0 22,4 7,2 11,6 46,8 65, Глинистый 80-90 3,2 16,4 18,4 34,0 8,0 20,0 62, Глинистый 130-140 2,9 9,1 20,0 20,0 20,0 28,0 68, Глинистый 160-170 4,9 3,1 28,0 12,0 12,0 40,0 64, Таблица Физические свойства темно-серых лесостепных сверхмощных почв Объемная плотность, г/см Глубина, см Общая порозность, % 0-10 1,11 20-30 1,29 40-50 1,39 70-80 1,45 100-110 1,38 150-160 1,38 Химический анализ темно-серой лесостепной сверхмощной почвы по показывает, что содержание гумуса в верхнем слое (0-10 см) довольно высокое и варьирует в широких пределах от 3,5 до 7,8% (табл. 3).
Кроме плотности почвы регулятором распространения корневой системы является режим влажности. На темно-серых лесостепных сверхмощных почвах растения развивают неглубокую корневую систему.
Таблица Данные химического анализа темно-серых лесостепных сверхмощных почв мг/ 100 г Гидроли- Сумма Степень Глубина Содер рН рН почвы по тическая поглощен- насыщен взятия жание водн солев Кирсанову кислот- ных ности образца, гумуса, ый ой ность, оснований, основа см Р2О5 К2О % мг/экв. мг/экв. ниями, % 0-10 6,9 6,0 7,85 1,5 29,0 3,01 36,0 92, 40-50 6,9 5,8 3,10 0,9 34,0 4,21 30,0 90, 60-70 6,6 5,4 0,46 0,4 27,0 3,91 30,8 88, 80-90 6,6 5,2 3,35 - - 4,52 28,0 86, 130-140 6,0 5,2 3,40 - - 3,91 - 160-170 6,6 5,2 - - - 1,20 - Вниз по профилю количество гумуса уменьшается постепенно до глубины 50 см (7,85-3,10%) и далее, с глубины 60 см, резко падает до 0,46%. В то же время на глубине 80-90 см резко увеличивается до 3,35% и держится на этом уровне до 160 см. Такое распределение гумуса по профилю почвы говорит о существовании второго гумусового горизонта (табл. 3).
В результате антропогенного воздействия физические свойства почвы изменяются в неблагоприятную сторону. Наиболее распространенной формой физической деградации почв Краснооктябрьского опытного лесхоза является уплотнение корнеобитаемого слоя, наблюдаемое на интенсивно используемых участках и на пастбищах. Наиболее склонны к уплотнению слабо оструктуренные почвы, содержащие гумуса менее 3%. Переуплотнение почвы, прежде всего, бывает вызвано использованием на полях тяжелой техники, неправильной обработки, а также – пастбищной нагрузкой. Переуплотнение усиливается, если в момент приложения нагрузки почва находится в переувлажненном состоянии, что соответствует 35%.
3.2 Экологические особенности лесного покрова Краснооктябрьского опытного лесхоза Лесная растительность играет решающую роль в экологических функциях почвенного покрова лесов. Горные леса Адыгеи – это объекты особого внимания. Они содержат значительные запасы ценной промышленной древесины, служат источником сырья, выполняют рекреационную, климатообразующую и экологическую роль. Адыгея – это сельскохозяйственная республика, однако на ее территории расположен Кавказский государственный биосферный заповедник, где и располагается основной лесной запас. Лесные площади Адыгеи занимают 285,7 тыс. га, в том числе лесопокрытые площади - 278,4 тыс. га, что составляет соответственно 36,6 и 35,6 % общей площади республики. Большая часть лесов сосредоточена в предгорной и горной зонах. Основные лесообразующие породы – бук и дуб, их произрастание связано с высотой над уровнем моря (табл. 4).
Таблица Типичные почвы на особо охраняемых природных территориях (Козменко, 2006) Почвы Высота Биоценоз над у.м.
Субальпийские 2000-2800 м Луговое разнотравье, березовое луговые криволесье Бурые лесные 750-1800 м Дуб-граб, березняк разнотравно злаковый, букняк ожиново разнотравно-папоротниковый Дерново-карбонатные 600-1100 м Самшит Серые лесные 350-750 м Дуб Горные и предгорные дубовые Адыгеи широко распространены на высотах 300-700 м. В пересеченных горных районах эти леса выполняют важную водоохранно-почвозащитную роль. В дубовых древостоях проводятся рубки главного пользования.
Наибольшую ценность имеют занимающие небольшие площади дикоплодовые леса, каштановые и ореховые насаждения. Площадь дикоплодовых лесов – свыше 15 тыс. га. В настоящее время не менее 50% всей древесины теряется при рубке и транспортировке. Большой проблемой является незаконная рубка не предназначенных для хозяйственного использования насаждений, грубые методы трелевки. Поскольку все леса Адыгеи отнесены к первой группе, устойчивое развитие лесного хозяйства должно предусматривать многолетний период интенсивного ухода за лесом до его полного восстановления. В этот период, по мнению заслуженного лесовода России М. Хатукая, «в лесозаготовительных целях желательно использовать древесину, выращенную на лесосырьевых плантациях, располагаемых на специально отведенных площадях».
3.3 Экологическая роль почвообитателей в почвообразовании и изменении физических свойств почв Краснооктябрьского опытного лесхоза Микроорганизмы и животные играют большую роль в почвообразовании и плодородии наряду с растительным миром. Органическая масса, поступающая от растений, нуждается в переработке и расщеплении на простые химические вещества. В разложении растительного опада и остатков животных основную роль выполняют микроорганизмы и беспозвоночные животные. По данным К.Ш. Казеева и С.И. Колесникова (1998) почвенный зоологический мир Западного Предкавказья по многообразию значительно превосходит мир наземных животных.
В почвенных разрезах отмечены многочисленные ходы почвенных животных, которые переплетаются с корневыми ходами. Такие же явления описаны ранее (Гиляров, 1939;
1958). Некоторые пустоты в почве образованы осами, шмелями, муравьями и др. Пустоты и ходы могут распространяться как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях.
Перемешивание различных слоев почвы в результате деятельности почвенных животных осуществляется по-разному: одни грызуны, роя себе норы, перемещают на поверхность земли огромные количества земли из глубоких слоев и подпочвы, другие способствуют проникновению вглубь вещества гумусовых горизонтов. Грызуны заносят в норы, расположенные в почве, растительные остатки, оставляют экскременты. Норная сеть, образованная мелкими грызунами, как лесная мышь (Apodemus uralensis Pall.) является неотъемлемым структурным элементом почвы и подстилки в лесу. В естественных лесах норы занимают до 10-13% объема подстилки и верхнего слоя почвы. Дополнительный объем нор увеличивает водопроницаемость и аэрацию почв, например, в степных почвах водопроницаемость увеличивается весной (Быков, 2005).
Следует отметить, что роль дождевых червей в перемешивании почвенной массы очень велика. Муравьи также перемещают большое количество почвенной массы из глубоких слов на поверхность земли, а также затаскивают вглубь органические остатки.
Мелкие почвенные беспозвоночные, пропуская через свой кишечник почвенную массу или заглатывая частички почвы вместе с растительной пищей, способствуют весьма тесному смешению минеральных частиц почвы с органическим веществом.
Роль животного населения почвы велика и в активном формировании почвенной структуры. Отмечена структурообразующая деятельность некоторых гусениц и многоножек. Возникающая при этом структура, прочна за счет клейких, а также карбонатных выделений насекомых. В антропогенных почвах отмечается значительно меньшее количество ходов дождевых червей и нор лесных мышей. Например, на вырубках практически отсутствует лесной опад – место обитания лесных мышей.
Как было отмечено выше, слитые почвы Адыгеи имеют очень высокую плотность, которая меняется в зависимости от влажности и почвы (от 1,9-2,0 в сухом состоянии до 1,4-1,42 г/ см3 во влажном). Разница при определении плотности под нетронутым и раскорчеванным лесом значительная (табл. 5). Но даже на переуплотненных почвах естественного сложения плотность почвы уменьшается за счет активной деятельности почвенных обитателей.
Таблица Плотность () различных слоев серых лесных слитых почв, определенная при влажности (W), г/см3, г/см Глубина, см W, % W, % Разрез 1 Разрез 0-10 1,30 26,5 0,85 27, 10-20 1,35 32,3 0,90 23, 20-30 1,34 31,5 1,16 26, 30-40 1,34 29,5 1,28 21, 40-50 1,35 29,1 1,41 20, 50-60 1,36 29,5 1,40 22, 60-70 1,36 30,6 1,43 21, 70-80 1,36 31,9 1,49 20, 80-90 1,41 28,4 1,52 21, 90-100 1,41 30,7 1,52 22, 100-110 1,44 28,6 1,56 24, 110-120 1,48 27,8 1,60 24, В первом разрезе, который заложен был на раскорчеванном участке и претерпел значительное антропогенное воздействие, плотность почвы постепенно возрастает с глубиной. В горизонте 0-10 см она составляет 1, г/см3, в тоже время под лесом возраста около 60 лет в этом же слое плотность значительно ниже и составляет 0,85 г/см3, при этом влажность 26,5% и 27,6 % соответственно. В первом разрезе до глубины 50 см плотность составляет 1, г/см3, а под лесом, где почва находится в естественном состоянии, увеличивается всего до 1,28 г/см3.
Таким образом, при интенсивной механической обработке почв, подверженных слитизации, происходит потеря благоприятных водно воздушные свойства, что отрицательно сказывается на развитии корневой системы древесной растительности. Особенности участия в почвообразовании животных зависят от климатических условий, как показано в работах А.В.
Быкова (2003).
В Краснооктябрьском опытном лесхозе на темно-серых лесостепных сверхмощных почвах со слитым горизонтом в 1973 году заложена плантация ореха. На этих участках дубовый лес оценивался II и III бонитетом. После сплошной рубки эти участки были преобразованы в участки плантационного типа с помощью раскорчевки тяжелой техникой, и даже с помощью взрывов, поскольку почвы имеют тяжелый гранулометрический состав и слитой горизонт. Такая технология привела к полному преобразованию почвенного профиля и ухудшению водно-физических свойств, которые и без того были неблагоприятными. Поэтому создание плантаций и лесосеменных участков было затруднено, и первые опыты оказались неудачными (Елисеева, 2000). Но по прошествии 20-30 лет большинство раскорчеванных участков используются под лесные насаждения, у которых в основном развиты мощные горизонтальные корни.
В Краснооктябрьском лесхозе зеленые зоны составляют 27%, защитных полос незначительно, а 71% приходится на эксплуатируемые леса (табл. 6).
Таблица Распределение общей площади Краснооктябрьского опытного лесхоза по группам лесов и категориям Площадь групп лесов, га Наименование категории % от общей защитности площади итого I II III 1. Зеленые зоны – всего 3420 - - 3420 27, в т.ч. лесопарковая часть 2. Защитные полосы лесов 459 - - 459 3, вдоль автодорог 177 - - 177 1, 3. Эксплуатируемые леса - 8971 - 8971 71, Всего 3597 8971 - % 28,6 71,4 - 3.4 Изменение свойств лесных почв Краснооктябрьского опытного лесхоза при разных антропогенных нагрузках Краснооктябрьский опытный лесхоз с момента его образования претерпевает постоянные изменения. Следствием высокого уровня антропогенных нагрузок является изменение водно-физических свойств почв территории. Сравнительная оценка физических свойств почв под естественными лесными угодьями и на плантационных участках показывает, что последние имеют худшие водно-физические свойства (структурно агрегатный состав, водопроницаемость и т.д.). Для лесных почв Краснооктябрьского опытного лесхоза важной характеристикой является плотность. Плотность слитых почв увеличивается при интенсивном ее освоении. Результаты показали, что в буры большого объема включаются трещины, образованные при высыхании почвы (3-х кратная повторность).
Вода оказывает большое влияние на состояние и свойства почвы.
Показано, что трещиноватость почвы на раскорчеванных участках значительно выше, чем на участках под лесом. В период засухи одновременно с углублением и расширением трещин, которые могут достигать 1,5 м в глубину и 8 см в ширину, почва становится очень твердой, и корням очень трудно преодолеть это препятствие и, кроме этого корни часто разрываются при усадке почвы.
Структурно-агрегатный состав серых лесных почв показывает резкое увеличение выхода глыбистой фракции до 65-70%, комков размером менее мм значительно меньше. В сухом состоянии эти почвы с поверхности разламываются на крупные блоки, а слитой горизонт не разламывается из-за высокой пластичности во влажном состоянии. Определить его структуру во влажном состоянии невозможно. При высыхании он распадается на очень крупные глыбы (табл. 7).
Таблица Агрегатный состав различных горизонтов серых лесных почв в разрезе № 1 по методу Савинова (в числителе – данные сухого просеивания, в знаменателе – мокрого, в %) Горизонт, глубина, Размер фракций, мм см 10 10-7 7-5 5-3 3-2 2- Ап 0-16 45/ 15/ 15/ 10/4 5/20 3/ А1 16-30 60/ 15/ 10/ 8/4 3/19 2/ В1 30-65 64/ 12/ 9/1 7/3 3/17 2/ В2 65-110 71/ 10/ 8/ 7/2 2/15 1/ ВС 110-150 70/ 11/ 8/ 6/ 3/15 1/ С 150 68/ 11/ 10/ 5/1 3/12 2/ Высокая плотность и близкое залегание слитого горизонта к поверхности препятствует проникновению на большие глубины даже моросящих дождей и, соответственно, прониканию корневой системы. С поверхности изучаемые почвы обладают высокой водопроницаемостью (до 30 мм/мин.) при влажности 20%. Это можно объяснить рыхлостью пахотного горизонта и трещиноватостью. Но с глубины 10 см фильтрация уменьшается в сотни раз: с 30 мм/ мин до 2,4 мм/мин (табл. 8). Такие величины фильтрации не обеспечивают вертикального тока воды. Избыток атмосферной влаги вызывает образование верховодки в подпахотном слое, которая может сохраняться до месяцев в году. Это приводит к вымоканию корневой системы и выносу питательных элементов боковым током и к процессам глееобразования.
Таблица Водопроницаемость серых лесных слитых почв разреза № (метод трубок с переменным напором) Глубина, Характеристика Водопроницаемость, Влажность, см слоя мм/мин. % Ап Распаханный 30,0000 15, с поверхности Ап 10 Плотный 1,5850 15, А1 20 Плотный 2,4100 21, В1 50 Слитой 0,0012 30, В2 80 Слитой 0,0030 30, ВС 150 Слитой 0,0011 32, В течение вегетационного периода влажность почвы значительно изменяется. Весной почва наиболее насыщена влагой в результате снеготаяния, обильного выпадения осадков в виде дождя, в летний период почва иссушается и к концу вегетации влажность несколько увеличивается. Определение динамики почвенной влаги под естественным лесным покровом и под плантационными посадками представлено на рис. 3.
запасы влаги, мм плантационные посадки естественный лесной покров весна лето осень время года Рис. 3. Динамика запасов влаги в почве за вегетационный период под разным уровнем антропогенного использования участков Под плантационными посадками общие запасы воды в весеннее время года в слое 0-100 см значительно выше, чем под естественным лесным покровом (458 мм и 359 мм соответственно). В летний и осенний периоды разница в запасах влаги выравнивается. Это связано с транспирацией воды из нижних слоев почвенного профиля корнями и просыханием по трещинам.
Повышенная влажность на плантационных посадках, по-видимому, связана с несомкнутостью кроны деревьев и, как результат, в зимний период происходит накопление снежного покрова, а в весенний – промачивание в результате интенсивных осадков. Под естественными лесными массивами запасы влаги несколько меньше из-за сомкнутости кроны, но эта влага в течение вегетационного периода практически не изменяется, что является положительным фактором для роста и развития леса.
3.5 Экологические предпосылки распределения листогрызущих насекомых в лесопарковой зоне Лесной фонд лесопарковой зоны образован вторичными лесами второй и третьей I генерации. Это связано с вырубкой лесов на хозяйственные нужды города. Дубняки с господством дуба черешчатого - занимают наибольшую площадь среди дубово-грабовых лесов - 153,7 га. Общий состав древостоя: 5Д, 2Грб, 1Б, 1Кл.кр, 1Яс. Господствующая высота древостоя 18 - 20 м, диаметр ствола 40 - 45 см, возраст 50 -70 лет. Местами расстояние между деревьями может быть значительным, и лес приобретает парковый характер, что является результатом проводившихся здесь значительных рубок.
Ярус подлеска не выражен, рассеяно растут: шиповник, свидина, лещина и азалия. Травянистый покров мощный, с преобладанием злаков, богатый по видовому составу. На незначительной площади - 10,6 га, встречаются дубняки, в древостое которых преобладают перестойные деревья дуба летнего, высотой 24 - 28 м, диаметром ствола 60 -90 см, в возрасте 100 - 120 лет. Сомкнутость крон высокая - до 0,8, в связи с этим подлесок и травянистый покров почти не развиты. Только ранней весной здесь обильно вегетируют эфемероиды.
Дубняки с господством дуба скального - занимают площадь 32,3 га, располагаясь в основном вдоль пологих склонов, общий состав древостоя:
лещина, бересклет, боярышник и берека. Травянистый покров развит неравномерно. На прогалинах обильно разрастается ожина (Rubus caesius), в нескольких местах встречены заросли каприфоли (Lonicera caprifolium).
Результаты видового состава и численности листогрызущих показали следующее: зеленая дубовая листовертка Tortrix 7Д, ТГрб, 1Кл.кр, 1Яс.
Господствующий диаметр деревьев 25 -28 см, высота - 19-21 м, возраст 80 - лет. Эти леса характеризуются большим количеством сухостойных деревьев от 40 до 60 %. Из-за множества суховершинных деревьев сомкнутость крон неравномерна и колеблется от 0,3 до 0,6.
Грабово-дубовые леса (грабовники) - этот тип леса возник в результате проводившихся здесь рубок, и является как бы переходным типом. Общая площадь этих лесов 40,3 га. Приурочены они к мощным темно-серым, хорошо увлажненным почвам - на северо-восточном склоне лесопарка. Общий состав древостоя: 6Грб, 1Д, 1Б, 1Кл.кр, 1Яс.
В подлеске преобладает свидина, в небольшом количестве встречена viridana, боярышниковая листовертка Archips crataegana, дубовый блошак Haltica quercetorum, осиновый листоед Melasoma populi. пяденица зимняя Operophthera brumata, пяденица обдирало Erannis defoliaria, кольчатый шелкопряд, тополевая пяденица Biston strataria, совка лишайница Daseochaeta alpium, непарный шелкопряд Lymantria dispar.
В районе смотровой площадки лесопарковой зоны кроны дубов были повреждена листогрызущими насекомыми, на модельных ветвях повреждения составляли 33-42%. Среди листогрызущих преобладали личинки зеленой дубовой листовертки Tortrix viridana и боярышниковой листовертки Archips crataegana. На отдельных молодых деревьях дуба листва повреждена пяденицами до 70%, на модельных ветвях насчитывалось 5-7 личинок. Клен в меньшей степени повреждался насекомыми, степень повреждения листьев не превышала 15%, на молодых ветвях обнаружены колонии тли. Липа повреждалась листовертками незначительно, процент поврежденных листьев составил 10%. При увеличении гидротермического коэффициента, численность листогрызущих снижалась: повреждения листьев дуба составляли 5-10%, среди листогрызущих вредителей отмечены личинки зимней пяденицы (78%), листовертки (18%) и тополевой пяденицы (3%). Ильм, граб и клен оказались более устойчивыми к повреждению листогрызущими. Экологическая плотность зимней пяденицы составляла 19 шт/100г листвы, экологическая плотность листоверток - 4 шт/ 100 г листвы. Эти данные согласуются с наблюдениями М.В. Прибыловой (1995), которой было показано, что при суммарной численности гусениц пядениц и листоверток 25-30 шт/100г листвы, угроза объедания кроны составляет 25-30%. Неблагоприятные климатические условия вызывают значительное увеличение доли сосущих дендрофильных вредителей.
Сравнение листогрызущих вредителей в разных типах леса, показало, что их численность значительно выше в порослевых дубово-грабовых насаждениях.
Грабовники, напротив, отличаются сравнительно невысокой численностью листогрызущих. В перестойных дубняках семенного происхождения листогрызущие вредители не были обнаружены.
Таким образом, для улучшения санитарного состояния насаждений, создания устойчивых, здоровых и эстетически ценных лесных массивов, необходимо проведение лесохозяйственных мероприятий и постепенное замещение дубрав порослевого происхождения семенными древостоями.
3.6 Экологическая оценка состояния селекционно-семеноводческих объектов Краснооктябрьского опытного лесхоза Краснооктябрьский опытный лесхоз предназначен для создания селекционно-семеноводческой базы Республики Адыгея. Для этого выделены плюсовые деревья, с которых собирается семенной материал для посева в школках и для дальнейшего использования в лесном хозяйстве и озеленении, а также оценено состояние и эффективность использования объектов постоянной лесосеменной базы Краснооктябрьского опытного лесхоза. Отобраны участки из сформированных лесных делянок, которые отвечают требованиям отраслевого стандарта для подготовки и аттестации и включения в состав постоянной лесосеменной базы.
Для этого были проведены первоначальные рекогносцировочные обследования объектов единого генетико-селекционного комплекса Краснооктябрьского опытного лесхоза.
Результаты обследования аттестованных объектов лесхоза (табл. 9) и не аттестованные (табл. 10) показали, что лесосеменная плантация дуба черешчатого составляет 4,5 га в кв. №59 лесосеменного лесничества, заложена в 1986 году на раскорчеванной площади привитыми саженцами с закрытой корневой системой.
Таблица Количественная оценка аттестационных объектов постоянной лесосеменной базы Краснооктябрьского опытного лесхоза Лесосеменные Постоянный Плюсов плантации лесосеменной участок Плюсовые Объект ые насаждения в т.ч. в т.ч.
аттестации деревья всего всего шт. вступ. в вступ. в шт. шт./га шт./га плодон. плодон.
На день проверки числится всего:
в т.ч. дуб 164 194,3 4,5 4,5 330,5 330, из них 163 194,5 4,5 4,5 330,5 330, осмотрено 8 148,8 4,5 4,5 280,5 280, Таблица Инвентаризация не аттестованных объектов постоянной лесосеменной базы и генетико-селекционных объектов Краснооктябрьского опытного лесхоза В т.ч. рекомендовано для Перечень рекомендованных Числитс Из них к дальнейш забрак объектов я всего осмотрено аттестац его овано ии формир.
ЛСП – всего, га 43 29 - 29 в т.ч. дуб 43 29 - 29 ПЛСУ, всего га 392,7 78,7 - 78,7 в т.ч. дуб 392,3 78,7 - - Генрезерватор всего, га 189 - - - дуб чер. и скал. 189 - - - из них плюс. насаждений 105,4 92,8 - - Маточн. плантации всего, га 3,8 3,8 - 3,8 в т.ч. дуб 3,8 3,8 - 3,8 Испыт. культуры, га 15,5 15,5 - 12 в т.ч. дуб 15,5 15,5 - 12 Эта площадь была аттестована в 1995 году. В настоящее время сохранился 21 клон, с общей сохранностью деревьев 40%. Рост и развитие деревьев хорошее. Отдельные деревья повреждены златогузкой. Часть деревьев плодоносит. Заготовлено желудей: в 2006 – 15 кг, 2007 – 3 кг, в 2008 – 77кг.
Следует отметить, что необходимо срочно обновить аншлаги на этих плантациях, повесить в крону бирки с номерами клона, убрать дички дуба Гартвиса, вести борьбу с вредителями, для того, чтобы они соответствовали своему назначению и требованиям к семенным плантациям.
ВЫВОДЫ Краснооктябрьский опытный лесхоз (Майкопское лесничество) является ярким представителем антропогенно преобразованной территории, на которой отмечается очень значительная пестрота почвенного покрова из-за достаточно сложного рельефа, а сплошные рубки леса привели к негативным экологическим последствиям почвенного покрова и леса:
- при интенсивном лесопользовании произошло изменение почвенного покрова – ухудшились водно-физические и химические свойства лесных почв:
плотность почвы в слое 0-20 см увеличилась с 0,9 г/см3 под пологом естественного леса до 1,35 г/см3 (в плантационных посадках).
Водопроницаемость соответственно тоже значительно уменьшилась. С поверхности почвы водопроницаемость 30 мм/мин, а с глубины 20 см уменьшается до 2,4 мм/мин. При таких низких значениях фильтрации эти почвы можно отнести к непромывному типу водного режима, что с экологической точки зрения очень неблагоприятно для всех видов растительности. Из всего выше сказанного можно сделать вывод, что при смене лесных БГЦ на антропогенные происходит активная смена естественных физико-химических процессов почв на искусственные.
- произошло изменение видового состава и численности естественного растительного покрова;
- на раскорчеванных площадях исчезла лесная подстилка, которая служит источником образования органического вещества почвы;
- уменьшилась численность ходов дождевых червей : под пологом естественного леса на 1 м2 встречается до 25 ходов на глубину до 60 см и шириной до 8 мм, а на участке плантационного типа учет ходов дождевых червей показал значительное их снижение по количеству до 12 и глубине до см.;
- при сравнении листогрызущих вредителей в разных типах леса, выяснено, что их численность значительно выше в порослевых дубово грабовых насаждениях. Грабовники, напротив, отличаются сравнительно невысокой численностью листогрызущих. В перестойных дубняках семенного происхождения листогрызущие вредители не были обнаружены. Поэтому необходимо постепенное замещение дубрав порослевого происхождения семенными древостоями.
Все почвы Краснооктябрьского опытного лесхоза по своим физическим, химическим свойствам, а также лесохозяйственной и экологической ценности предложено объединить в четыре группы.
1.Лучшие почвы. В эту группу входят бурые лесные типичные глинистые (65 га), расположенные в 37 и 45 кварталах, содержание гумуса 4,6%. Эти почвы обладают очень высоким потенциальным плодородием, однако эффективное плодородие низкое. Они пригодны под посадки дуба, каштана съедобного, ореха грецкого и др.
2.Почвы среднего качества. В эту группу входят темно-серые лесостепные сверхмощные, темно-серые лесостепные сверхмощные оподзоленные глинистые и тяжелосуглинистые. Их общая площадь составляет 257 га. Эта группа почв обладает неблагоприятными физическими свойствами – наличие слитого горизонта на глубине 60-100 см, что обуславливает их низкую водо- и воздухопроницаемость, препятствует созданию запаса доступной растениям влаги, затрудняет проникновение корней в глубокие горизонты и их нормальное развитие. Для улучшения лесорастительных свойств второй группы почв необходимы мелиоративные мероприятия для улучшения их физических свойств и для повышения эффективного плодородия.
3.Почвы ниже среднего качества. К ним относятся серые лесостепные сверхмощные (50 га), бурые лесные оподзоленные (81 га) тяжелосуглинистые.
В связи с наличием по профилю слитого горизонта В, они обладают неблагоприятными физическими свойствами, что сказывается на водно воздушном режиме. Во влажные периоды года образуется верховодка, которая имеет течение и вымывает органические и минеральные питательные вещества за пределы профиля, чем ухудшает эффективное плодородие.
4.Почвы низкого качества. В эту группу входят сильноэродированные почвы крутых склонов, балок и оврагов, их общая площадь 146 га. Эти почвы подвержены сильному смыву при таянии снега, выпадении большого количества осадков. Для защиты их от развития эрозионных процессов необходимо не допускать вырубки лесных насаждений, а на открытых участках производить залесение древесно-кустарниковыми породами и залужение многолетними травами.
Для отбора плюсовых деревьев необходимо учитывать бонитет почвы, ее антропогенную преобразованность. При обследовании плюсовых деревьев дуба черешчатого замечено, что стволы с груботрещиноватой корой имеют больший диаметр, чем с мелкотрещиноватой.
Результаты статистической обработки показали, что различие в диаметрах существенна: tфак = 4;
при t0,05 – 2,06;
t0,01 – 2,8. Следовательно, продуктивность (масса) плюсовых деревьев дуба черешчатого в спелом возрасте зависит от трещиноватости коры, т.е. от их экологического состояния.
Из приведенных исследований почвенного покрова и лесных массивов установлено, что для сохранения разнообразия древесных пород необходимо иметь селекционный посадочный материал, который позволит сохранить ценные виды древесных пород.
СПИСОК РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Статьи в изданиях, рекомендованных ВАК:
1. Борисова (Мельник) А.А. Экологические аспекты рационального использования лесов Кубани и Адыгеи // Южно-Российский вестник геологии, географии и глобальной энергии. 2006. С. 80-84. (100%, 0, п.л.). (Входил в перечень журналов ВАК в 2006 году) 2. Елисеева Н.В., Борисова (Мельник) А.А. Экологическое состояние леса и лесных почв в Краснооктябрьском опытном лесхозе Республики Адыгея // Естественные науки. Вып. 2 (27). 2009. С. 80-84. (50%, 0,25 п.л.).
3. Борисова (Мельник) А.А., Чернышева Н.В. Экологические особенности почвенного и лесного покрова Краснооктябрьского опытного лесхоза Республики Адыгея // Труды Кубанского государственного аграрного университета. 2009. Вып. 4. С. 136-139 (60%, 0,20 п.л.).
Статьи и тезисы в других изданиях:
Елисеева Н.В., Борисова (Мельник) А.А. Экология серых лесных почв 4.
Адыгеи // Сборник трудов II научно-практической конференции «Экологические проблемы. Взгляд в будущее». Ростов-на-Дону–Абрау Дюрсо. 2005. С. 45-47. (70%, 0,10 п.л.).
Борисова (Мельник) А.А. Воздействие лесной растительности на почву // 5.
Материалы Международной научной конференции «Проблемы устойчивого функционирования водных и наземных экосистем». Ростов на-Дону. 2006. С. 49-50. (100%, 0,09 п.л.).
Елисеева Н.В., Борисова (Мельник) А.А. Лесные ресурсы республики 6.
Адыгея и их экологические аспекты // Материалы Международной научной конференции «Экология и биология почв». Ростов-на-Дону.
2007. С. 90-93. (70%, 0,15 п.л.).
Борисова (Мельник) А.А. Экологические предпосылки распределения 7.
листогрызущих насекомых в лесопарковой зоне г. Майкопа // Материалы студенческой научно-практической конференции. Майкоп. 2007. С.231 233. (100%, 0,08 п.л.).
Борисова (Мельник) А.А., Елисеева Н.В. Изменение экологических 8.
свойств лесных почв Адыгеи при разных антропогенных нагрузках // Материалы ХII Международной научно-практической конференция «Экологические проблемы современности». Майкоп. 2008. С. 259-261.
(70%, 0,02 п.л.).