Geum.ru
   Авторефераты по всем темам  >>  Авторефераты по биологии  

На правах рукописи

Терехов Владимир Иванович

ЭКОЛОГО-лесоводственные основы повышения углерододепонирующей функции байрачных дубрав курской области

03.02.08 - экология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Воронеж - 2012

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Воронежская государственная лесотехническая академия

Научный руководитель:        доктор биологических наук, профессор

  Таранков Владимир Иванович

Официальные оппоненты:  Харченко Николай Николаевич, доктор биологических наук, профессор ФГБОУ ВПО Воронежская государственная лесотехническая академия

Сидоров Геннадий Сергеевич, кандидат сельскохозяйственных наук, начальник лесопаркового участка ФГУП Научно-исследовательский институт лесной генетики и селекции

Ведущая организация:  Федеральное государственное бюджетное учреждение Центрально-черноземный государственный природный биосферный заповедник им. проф. В.В. Алехина

Защита состоится 22 ноября 2012 года в 900 часов на заседании диссертационного совета Д212.034.01 при ФГБОУ ВПО Воронежская государственная лесотехническая академия по адресу: 394087, г. Воронеж, ул. Тимирязева, 8, ВГЛТА. Тел. (факс) 8(473)2537847.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО Воронежская государственная лесотехническая академия.

Автореферат разослан 10 октября 2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета                                 Капитонов Дмитрий Юрьевич

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Изучению углерододепонирующей функции лесных экосистем уделяется значительное внимание и прежде всего в связи с угрозой парникового эффекта. Леса мира резервируют (депонируют) порядка 90 % общего ежегодного потока углерода между земной поверхностью и атмосферой. Эффективность данной экологической функции прямо пропорциональна массе компонентов лесного фитоценоза. Следовательно, чем выше продуктивность лесов, тем больше они депонируют углерода, усваивая в процессе фотосинтеза углекислый газ и выделяя в атмосферу кислород. 

Актуальность оценки баланса углерода подтверждается принятием Рамочной конвенции ООН об изменении климата (1992) и Киотского протокола (1997). Наравне с сокращением выбросов парниковых газов данные документы призывают  к защите и поддержанию источников депонирования и хранилищ парниковых газов и воплощению в жизнь практических методов  воспроизводства лесов.

Байрачные дубравы Курской области выполняют многосторонние экологические функции, прежде всего в плане предотвращения водной эрозии и дефляции почвы, воздействия на газовый состав атмосферного воздуха. Пользование древесиной в этих лесах имеет второстепенное значение, однако обеспечивает потребности местного населения. Проблема усиления углерододепонирующей функции байрачных дубрав  может быть решена путем внедрения в практику лесного хозяйства научно обоснованных мероприятий по повышению продуктивности лесов. Настоящая работа посвящена выявлению закономерностей проявления углерододепонирующей функции дубрав в байрачных лесорастительных условиях.

Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является выявление эколого-лесоводственных  характеристик фитоценозов байрачных дубрав, наиболее эффективно влияющих на проявление их углерододепонирующей функции.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Установление закономерностей возрастной динамики запаса стволовой древесины в порослевой и семенной байрачной дубраве.

2. Выявление оптимальных способов замены порослевых дубрав семенными в байрачных лесорастительных условиях.

3. Установление закономерностей углерододепорирующей функции байрачных дубрав; выявление эколого-лесоводственных  характеристик фитоценозов, наиболее эффективно влияющих на ее проявление.

Объекты и объем исследования. Объектами исследования служили порослевые и семенные байрачные дубравы, а также лесные культуры на территории Щигровского лесничества Курской области. Все пробные площади заложены в преобладающем типе лесорастительных условий Е2, типе леса дубрава байрачная снытьевая. В порослевых дубравах заложено 7 пробных площадей, охватывающих возрастной ряд от 43 до 95 лет, в семенных дубравах - 8 (возрастной ряд от 19 до 76 лет), в лесных культурах - 16 пробных площадей. В сформировавшихся древостоях измерено более 3000 деревьев дуба и сопутствующих пород, в лесных культурах - более 3500 саженцев. Обследовано 165 учетных площадок для оценки подлеска и напочвенного покрова, 75 площадок для характеристики естественного семенного возобновления под пологом леса, заложено и описано 3 почвенных разреза.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Закономерности возрастной динамики запаса стволовой древесины в порослевой и семенной байрачной дубраве.

2. Способы замены порослевых дубрав семенными в байрачных лесорастительных условиях.

3. Закономерности углерододепонирующей функции байрачных дубрав; эколого-лесоводственные  характеристики фиотоценозов, наиболее эффективно влияющих на ее проявление.

Научная новизна и практическая значимость работы. Впервые для данного региона выявлены закономерности возрастной динамики запаса стволовой древесины, а также санитарного состояния древостоев дуба семенного и вегетативного происхождения в байрачных лесорастительных условиях. Установлены оптимальные способы лесовосстановления байрачных дубрав. Показаны особенности проявления углерододепонирующей функции в зависимости от возраста и происхождения древостоев байрачной дубравы.

Достоверность и обоснованность результатов исследования, выводов и рекомендаций обусловлены использованием обширного экспериментального материала, обработанного методами математической статистики с помощью стандартных компьютерных программ, согласованностью полученных данных с общебиологическими закономерностями развития биогеоценозов байрачных дубрав и результатами исследования других авторов.

ичный вклад автора. Диссертация является результатом многолетних исследований (с 1994 по 2011 годы). Автором осуществлялось планирование исследований, сбор материала, обработка и интерпретация результатов, разработка рекомендаций для производства, подготовка  статей, в том числе и в соавторстве.

Апробация. Основные результаты исследований докладывались  на конференции Восстановление эколого-ресурсного потенциала агролесобиоценозов, лесоразведение и рациональное природопользование в Центральной лесостепи и юге России (Воронеж, ВГЛТА, 2008); на XI, XII, XIII международных конференциях Плодоводство, семеноводство, интродукция древесных растений (Красноярск, СибГТУ, 2008, 2009, 2010, 2011), на  конференциях профессорского преподавательского состава ВГЛТА в 2009, 2010, 2011 г.г.  По материалам диссертации опубликовано 6 научных работ, в том числе 2 в изданиях из списка ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 214 страницах компьютерного текста и включает общую характеристику работы, 6 глав, выводы, библиографический список (175 наименований, в т.ч. 18  иностранных авторов), 70 таблиц, 31 иллюстрацию, 5 приложений.

1 История и современное состояние вопроса

(АНАЛИТИЧЕСКИЙ обзор литературы)

Естественные циклические колебания климата усиленных антропогенным воздействием и интерференция парникового эффекта обусловливают возможность глобального потепления. В этой связи актуальной проблемой является стабилизация газового состава атмосферы. Одним из способов решения этой задачи является мобилизация углерододепонирующей функции лесных биогеоценозов, в различных лесорастительных зонах в том числе байрачных дубрав Курской области. Эффективность углерододепонирующей и кислородопродуцирующей функций древостоев находится в прямой зависимости от их фитомассы (Комиссаров, 1965; Исаев, 1994; Замолодчиков, 1998; Кобак, 1999; Таранков, 2006). Исследованиями многих авторов (Таранков, Караванская, 2003; Таранков и др., 2007; Таранков и др., 2008) установлено, что интенсивный прирост древесины отмечается в молодняках (с момента их смыкания) и средневозрастных дубравах. Именно на эти возрастные группы приходится максимальное поглощение углерода за вегетационный период.

Изучением природы дубрав и способов их восстановления еще до ревонлюции 1917 года занимались Г. Ф. Морозов, Г. Н. Высоцкий, М. М. Орлов, А. Н. Соболев, В. Д. Огиевский, Н. А. Михайлов, Д. И. Кравчинский и другие крупные отечественные ученые. Оригинальные способы восстановления дубрав разрабонтали известные лесничие А. П. Молчанов, Г. А. Корнаковский, Б.И. Гузовский. Исследованию данного вопроса посвятили свои работы и ряд современных ученых (Лосицкий, 1949, 1963,1981; Напалков, 1951; Гнатенко, 1960, 1961; Ушатин, Бугаев, 1961; Рихерт, Буховец, 1961; Чернобровцев, 1964; Молчанов, 1964, 1971, 1975; Лукьянец, 1979; Орлов, Осипов, 1989; Алентьев, 1990; Калиниченко, 2000; Шутяев, 2000 и др.).

Дубравы в лесостепных районах не только являются ценными понставщиками древесины, но и имеют важное полезащитное и водоохранное знанчение. Они увлажняют воздух, а также - за счет снегонакопления - почву полей, защищают ее от эрозии. Решению проблемы повышения продуктивности, сохранения и воспроизводства дубрав посвящены работы многих авторов (Тюрин, 1949; Алентьев, 1960, 1976, 1990; Рубцов, 1972; Новосельцев, Бугаев, 1985; Бугаев, Мусиевский, Царалунга, 2002;  Ерусалимский, 2000; Вересин, 1971; Выводцев, 1997, 2006, 2007; Евченко, 2002, 2007 и др.). Основные принципы ведения хозяйства в байрачных лесах должны быть направлены на сохранение и усиление защитных функций, улучшение породнного состава, повышение продуктивности насаждений. Научные основы и практические рекомендации по рубкам ухода, а также санитарным рубкам в дубравах широко отражены в литературе (Иванов В.И., 1928; Иванов Г.С., 1952; Гусилашвили, 1956; Тимофеев, 1961; Молчанов, 1964; Колесников, 1979; Буш, 1984; Новосельцев, Бугаев, 1985; Харченко и др., 1996, 1998,2010; Алентьев, 1990; Ерусалимский, 2000; Калиниченко, 2000; Маликов, Царалунга, 2006; Мусиевский, Самойлов, 2010; Мусиевский, 2009, 2011 и другие авторы). В результате исследований и обобщения производственного опыта разработаны методы восстановления дубрав, методы рубок спелого леса, рубок ухода и санитарных рубок, способы создания культур и типы смешения пород.

Изучению углерододепонирующей функции дубрав посвящены работы А.С. Исаева (1993, 1994), Г.А. Заварзина (1994), А.И. Уткина (1995, 2001), В.И. Таранкова (2003, 2006, 2007, 2009), Н.В. Караванской (2004) и других авторов. Установлено, что углерододепонирующая и кислородопродуцирующая функции лесных биоценозов находятся в зависимости не только от фитомассы древостоя, но и от продуктивности нижних ярусов, а также от массы древесного детрита и лесной подстилки. В дубравах всех возрастных групп основная масса фитоценоза сосредоточена в древостое (около 90 %). С возрастом древостоя в фитоценозе нарастает масса подлеска, напочвенного покрова, накапливается древесный детрит. Депонирование углерода на длительный период осуществляется в массе стволовой древесины, корней и ветвей деревьев, а также в древесном детрите. Исследования по изучению закономерностей углерододепонирующей функции байрачных дубрав Курской области предприняты впервые в настоящей работе.

2 характеристика факторов среды в районе исследований

Курская область расположена между 5054' - 5226' северной широты и 3405' - 3831' восточной долготы (Курская область: атлас, 2009), на юго-западных склонах Среднерусской возвышенности. Густота долинно-балочной сети на большей части территории колеблется от 0,7 до 1,3 км/км2. Климат Курской области умеренно континентальный, с умеренно холодной зимой и теплым летом. Территория области за год получает солнечной энергии 89 ккал на 1 см2 поверхности, а с учетом отражения - 36 ккал/см2. Продолжительность солнечного сияния в год составляет около 1780 часов (45% летом, и около 55% зимой). Для области характерна пасмурная погода, общее число пасмурных дней в год составляет около 60 %, облачных и ясных - по 20 %. Развитию большой облачности способствует относительно высокая влажность воздуха и частые циклоны.

Среднегодовая температура воздуха по области колеблется от + 4,6 С (на севере) до + 6,1 С (на юго-западе). Период со среднесуточной температурой воздуха выше 0 С продолжается 220 - 235 дней. Для области характерна неоднородность в распределении атмосферных осадков. В северо-западных районах выпадает от 550 до 640 мм осадков в год, на остальной территории - от 475 до 550 мм в год. На тёплый период (апрель-октябрь) приходится 65 - 70 % годовой суммы осадков.

Характерной зональной растительностью Курской области являются чередующиеся дубравные леса и луговые степи. В настоящее время большая часть земель распахана и занята культурной растительностью. Все леса  Курской области расположены в лесостепной зоне, относятся к защитным. Преобладающие типы леса - дубравы. Общая площадь дубрав 134,2 тыс. га - 72 % всех лесов области. Землиалесного фонда Российской Федерации и лесные насаждения, не входящие в лесной фонд, занимают 317,2 тыс. га (10,6 % от площади области).

3 Программа, методика и объекты исследований

Программа исследований, для  реализации поставленных задач, включала проработку следующих вопросов:

- подбор объектов и полевые исследования современного санитарного состояния и продуктивности байрачных дубрав.

- анализ производственного опыта лесовосстановления байрачных дубрав Курской области.

- оценку углерододепорирующей функции байрачных дубрав. Разработку рекомендаций по рациональному ведению хозяйства в байрачных дубравах Курской области, направленных на повышение углерододепонирующей функции.

Методика исследований. Современное санитарное состояние и продуктивность байрачных дубрав исследовались путем закладки пробных площадей. Полевые исследования на пробных площадях производились общепринятыми методами изучения состояния и продуктивности биогеоценозов (Программа  и методика биогеоценотических исследований, 1966; Лесотаксационный справочник, 1980; Алексеев, 1989 и др.). Учет и оценка состояния лесных культур осуществляли глазомерным и выборочно-перечислительным методами (Лесотаксационный справочник, 1980).  Все работы выполнены по окончании линейного прироста побегов дуба в июле-сентябре 2008 и 2010 года.

При камеральной обработке пробных площадей общепринятыми методами (Лесотаксационный справочник, 1980 и др.) рассчитаны таксационные характеристики древостоя, а также биологическая продуктивность всех компонентов фитоценоза (древостой, подрост, подлесок, живой напочвенный покров), масса лесной подстилки. Исходные данные замеров на пробных площадях обработаны методами математической статистики (Зайцев, 1984). Достоверность выводов соответствует 95-процентному доверительному уровню.

Оценка углерододепорирующей функции байрачных дубрав основывалась на расчете количества поглощаемого в процессе фотосинтеза углекислого газа и выделяемого кислорода при образовании годичного прироста фитомассы (Таранков, 2006). В качестве исходных данных для расчетов использовались полученные по материалам пробных площадей сведения о запасе фитомассы древостоя, подлеска, подроста, живого напочвенного покрова, лесной подстилки.

Для оценки запасов углерода использовали расчетно-измерительный метод (Замолодчиков, 1998; Замолодчиков, Уткин и др., 2005). Интенсивность депонирования углерода (годовой сток) рассчитывали по текущему приросту фитомассы (Кобак, 1999). Содержание углерода в абсолютно сухом веществе фитомассы определяли, используя конверсионные коэффициенты: 0,5 - для стволов, ветвей и корней; 0,45 - для листьев (Исаев, 1993, 1994). Для оценки баланса углекислого газа применяли расчетный метод (Таранков, 2006).

Объекты исследований. Объектами исследования служили порослевые и семенные байрачные дубравы, а также лесные культуры дуба черешчатого на территории Щигровского лесничества Курской области. Все пробные площади заложены в преобладающем типе лесорастительных условий Е2, типе леса дубрава байрачная снытьевая. В порослевых дубравах заложено 7 пробных площадей, охватывающих возрастной ряд от 43 до 95 лет, в семенных дубравах - 8 (возрастной ряд от 19 до 76 лет) (таблица 1).

Таблица 1 - Таксационная характеристика древостоев по материалам

пробных площадей, заложенных в байрачных

дубравах Щигровского лесничества

№ пробн. площ./

квартал/

выдел

Состав

древостоя

Порода

Возраст, лет

Средние:

Бонитет

Пол-нота

Запас,

м3/га

Индекс категории

санитарного состояния

высота, м

диаметр, см

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

  Порослевая дубрава

1/

10 Дбн

Дбн

43

11,0

13,6

IV

0,77

148

1,86

54/2

Ед. Яс

Яс

26

5,1

4,3

IV

0,01

1

2,14

Ед. Гр

Гр

26

5,0

4,6

IV

0,01

7

1,14

Итого:

0,79

156

1,71

2/

10 Дбн

Дбн

55

16,5

19,6

III

0,78

204

3,01

61/1

Ед. Клп

Клп

11

8,2

10,1

V

0,01

1

1,17

Итого:

0,79

205

2,09

3/

10 Дбн

Дбн

65

19,5

23,4

III

0,78

231

2,89

67/12

Ед. Гр

Гр

60

12,6

14,8

Vа

0,02

4

1,49

Итого:

0,80

235

2,19

4/

10 Дбн

Дбн

75

22,0

27,3

III

0,80

254

2,16

61/1

Ед. Клп

Клп

16

7,6

9,7

V

0,01

3

1,27

Итого:

0,81

257

1,72

5/

8Д2Ос +Кло

Ед. Гр

Д

93

18,8

33,7

IV

0,58

184

1,56

47/4

Ос

53

19,2

23,3

V

0,11

  42

4,37

Кло

33

11,2

12,3

IV

0,06

  9

1,08

Гр

33

10,3

16,6

IV

0,04

  6

3,31

Итого:

0,79

241

2,08

6/

7 Дбн

Дбн

93

24,2

44,5

III

0,46

181

1,85

47/4

3 Ос

Ос

53

23,2

31,2

III

0,22

  83

2,75

+ Гр

Гр

33

10,5

18,0

IV

0,06

8

2,14

Ед. Ивд

Ивд

33

11,0

14,7

IV

0,06

6

2,33

Ед. Лп

п

33

14,2

15,3

III

0,03

6

2,47

Ед. Кло

Кло

33

13,0

12,6

III

0,03

5

1,14

Итого:

0,86

289

2,13

7/45/1

10 Дбн

Дбн

95

24,3

34,7

IV

0,80

273

2,59

       Окончание таблицы 1

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Семенная дубрава

8/89/2

10 Дбв

Дбв

19

6,5

5,3

II

0,8

39

2,1

9/72/9

10 Дбв

Дбв

26

8,6

8,7

II

0,8

82

1,5

10/48/2

10 Дбв

Дбв

37

10,9

10,9

II

0,8

129

1,8

11/54/2

10 Дбв

Дбв

43

12,8

15,5

II

0,8

157

1,8

1264/9

10 Дбв

Дбв

55

15,4

17,2

II

0,8

211

2,1

13/44/2

10 Дбв

Дбв

76

21,0

25,1

II

0,8

303

2,1

10Дбн

Дбн

70

22,4

23,3

II

0,32

105

1,64

14/57/1

10Дбв

Дбв

63

21,6

18,7

I

0,26

81

1,35

Итого:

0,58

186

1,51

15/

10 Яс

Яс

19

II

0,80

33

Примечания. Дбн - дуб черешчатый байрачный порослевой; Дбв - дуб черешчатый байрачный семенной; Яс - ясень обыкновенный; Ос - осина; Кло - клен остролистный; Лп - липа мелколистная; Клп - клен полевой; Гр - груша обыкновенная; Ивд - ива козья.

В лесных культурах  16 пробных площадей (таблица 2). Пробные площади охватывают все применяемые в регионе способы восстановления байрачных дубрав после сплошной рубки древостоя: искусственное восстановление и содействие естественному возобновлению.

Таблица 2 - Результаты инвентаризации лесных культур

в Щигровском лесничестве Курской области

№ пр. пл.

Возраст культур,

ет

По-

рода

Кол-во сохранивших-ся расте-ний, шт./га

Сохранность, %

Высота, м

Диаметр, см

М

+ m

М

+ m

М

+ m

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

Способ создания - посадкой по бороздам

16

1

Д

903

81,3

3,8

11,97

25,2

1,1

8,01

0,41

0,01

0,08

Акж

984

88,6

3,6

11,27

33,6

1,9

13,3

0,42

0,02

0,16

Кло

1002

90,2

2,1

6,67

48,9

1,0

7,16

0,46

0,01

0,09

Итого

2889

86,9

2,0

10,72

36,3

0,91

11,20

0,43

0,01

0,12

17

1

Д

2275

91,4

2,3

7,38

25,8

0,9

6,38

0,33

0,01

0,03

Яс

393

94,3

2,3

7,36

44,0

1,7

12,15

0,57

0,01

0,13

Акж

399

95,7

2,2

6,90

26,8

0,8

5,78

0,29

0,01

0,05

Итого

3077

92,3

1,3

6,98

28,3

0,79

9,72

0,36

0,01

0,08

       Окончание таблицы 2

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

18

1

Д

2127

95,7

2,2

6,90

23,0

0,8

5,98

0,24

0,01

0,05

Акж

317

85,7

3,7

11,66

42,8

1,3

9,10

0,47

0,01

0,05

Кло

360

97,1

1,9

6,02

24,3

1,1

8,04

0,26

0,01

0,07

Яс

344

92,9

3,2

10,10

43,3

1,6

11,46

0,60

0,01

0,15

Итого

3148

94,5

1,4

8,64

27,4

0,6

7,93

0,30

0,01

0,08

19

1

Д

2363

88,6

3,6

11,27

21,1

0,6

4,46

0,2

0,01

0,06

Акж

600

90,0

3,7

11,76

40,1

1,9

13,62

0,4

0,01

0,08

Итого

2963

88,9

2,6

11,54

24,9

0,5

7,34

0,2

0,01

0,07

21

1

Д

2095

78,2

3,3

12,84

20,8

0,59

5,93

0,30

0,01

0,08

Яс

580

97,5

1,0

3,21

46,7

1,55

15,45

0,51

0,01

0,10

Кло

292

98,1

1,2

3,64

35,7

0,57

5,69

0,36

0,01

0,11

Акж

490

82,4

2,0

6,45

38,4

1,50

14,99

0,35

0,01

0,08

Итого

3457

83,7

1,3

8,25

28,9

0,46

9,14

0,35

0,01

0,09

22

2

Д

1460

65,7

2,5

17,85

29,6

1,6

11,31

0,3

0,01

0,09

23

2

Д

1563

62,5

6,3

12,58

64,0

7,0

36,00

0,38

0,06

0,30

п

667

80,0

10,0

14,14

164,0

14,0

56,00

1,69

0,23

0,92

Итого

2230

67,7

3,1

13,81

93,9

3,4

47,60

0,77

0,04

0,57

24

2

Д

1466

73,3

17,6

30,5

58,0

6,0

29,00

0,38

0,06

0,27

п

533

80

10,0

14,1

131,6

11,0

47,00

1,09

0,13

0,57

Кло

600

90

30,0

42,4

141,0

12,0

52,00

0,92

0,12

0,51

Итого

2599

78,5

5,2

28,62

92,2

2,2

37,42

0,65

0,03

0,56

25

2

Д

1850

92,5

4,79

9,57

36,0

3,0

18,00

0,22

0,03

0,20

п

645

96,7

3,33

5,77

146,0

8,0

43,00

1,61

0,13

0,71

Кло

500

75,0

15,0

21,21

87,8

8,0

32,00

0,55

0,06

0,21

Итого

2995

90,5

1,9

10,53

68,3

2,3

39,47

0,57

0,03

0,49

26

6

Д.

4476

74,0

5,42

17,1

185,0

6,0

63,00

1,82

0,08

0,84

Способ создания - посадкой по полосам

27

6

Д

4762

92,4

4,7

14,9

2,2

0,1

0,57

2,3

0,1

0,96

28

6

Д

4286

90,0

5,0

19,2

1,4

0,4

4,05

1,6

0,1

0,92

Кло

4695

98,6

1,1

6,01

1,9

0,4

3,69

1,3

0,1

0,71

Итого

8981

96,4

2,7

14,28

1,7

0,4

3,91

1,5

0,1

0,82

Способ создания - посадкой в площадки

29

3

Д

2075

77,8

3,4

18,7

0,7

3,5

0,35

0,6

0,1

0,24

30

6

Д

1086

72,8

6,1

6,7

1,3

0,2

0,68

1,1

0,1

0,62

Способ создания - посевом в площадки

31

6

Д

4167

-

-

-

1,6

0,1

0,49

2,2

0,1

0,89

Способ создания - содействие естественному возобновлению

32

6

Д

4190

-

-

-

2,28

0,09

0,850

2,49

0,13

1,180

Примечания. Д - дуб черешчатый; Яс - ясень обыкновенный; Кло - клен остролистный; Лп - липа мелколистная; Акж - акация желтая; М - средня арифметическая величина; + m - ошибка средней арифметической величины; - среднее квадратическое отклонение.

Материалы пробных площадей включают также оценку биологической продуктивности подлеска, подроста, живого напочвенного покрова, а также описание почвенных разрезов.

4 Продуктивность стволовой древесины и санитарное состояние байрачных дубрав

В данной главе анализируется возрастная динамика запаса стволовой древесины в порослевой и семенной байрачной дубраве.

Влияние возраста на продуктивность и санитарное состояние порослевых байрачных дубрав анализировалась по материалам пробных площадей № 1 - 4 и 7  (таблица 1), заложенных нами в средневозрастном (43 и 55 лет), приспевающем (возраст древостоя 65 лет), спелом (75 лет) и перестойном (95 лет) древостоях. Порослевые дубравы сформировались в результате естественного вегетативного возобновления на сплошных вырубках. По материалам пробных площадей № 5 и 6 анализировалось влияние экспозиции склона. Возрастная динамика продуктивности и санитарного состояние семенных байрачных дубрав анализировалась по материалам пробных площадей № 8 - 13, заложенных в молодняке (19 лет) и средневозрастных (от 26 до 76 лет) древостоях. Семенные дубравы сформировались в результате содействия естественному семенному возобновлению (пробная площадь № 8) и в результате создания лесных культур (пробные площади № 9 - 13). Для восстановления недостающих данных по молоднякам в порослевой дубраве, а также по приспевающим, спелым и перестойным древостоям в семенных дубравах использованы таблицы хода роста дубовых древостоев по А.Д. Дудареву (Лесотаксационный справочник, 1980).

Увеличение запаса стволовой древесины в порослевых и семенных древостоях происходит различными темпами (рисунок 1). На стадиях молодняка и жердняка (до 25-летнего возраста) прирост по запасу в порослевой дубраве идет более интенсивно, нежели в семенной. В древостоях старших возрастных групп прирост более интенсивен в семенной дубраве.

На стадии жердняка отмечается максимальный прирост как в семенной, так и в порослевой дубраве, однако в семенной дубраве его величина (6,1 м3/га*год) в 1,2 раза превышает прирост по запасу в порослевой дубраве (5,2 м3/га*год). В средневозрастных древостоях прирост по запасу относительно стабилен и находится на уровне 4,1 - 5,0 м3/га*год в порослевой дубраве и 4,1 - 5,3 м3/га*год в семенной. В приспевающих древостоях, в сравнении со средневозрастными, отмечается снижение текущего прироста по запасу стволовой древесины практически вдвое. В спелых и перестойных древостоях прирост приближается к минимуму.

С учетом того, что стадии от молодняка до перестойного древостоя порослевая и семенная дубрава проходят за неодинаковый промежуток времени, относительно стабильный прирост (на уровне 4,1 - 5,3 м3/га*год) в семенной байрачной дубраве можно ожидать до 100-летнего возраста, а в порослевой (4,1 - 5,0 м3/га*год) - до 55-летнего.

Рисунок 1 - Динамика запаса стволовой древесины в порослевой

и семенной байрачной дубраве

Данное обстоятельство объясняется как разными темпами линейного и радиального роста семенных и порослевых деревьев дуба, так и различием в санитарном состоянии древостоев.

Существенное ухудшение санитарного состояния порослевых байрачных дубрав отмечается с 43-летнего их возраста (рисунок 2), семенных - с 75-летнего.

При одинаковом возрасте санитарное состояние порослевой дубравы хуже, нежели семенной. В целом, семенная байрачная дубрава, в сравнении с порослевой, на более продолжительном временном отрезке отличается большей энергией роста, лучшим санитарным состоянием. Следовательно, замена порослевых дубрав семенными является одним из способов повышения их углерододепонирующей функции.

а - порослевая байрачная дубрава

б - семенная байрачная дубрава

Рисунок 2 - Изменение долевого участия в запасе древостоя деревьев категорий санитарного состояния: I +II - без признаков ослабления и ослабленных;

III + IV - сильно ослабленных и усыхающих; V + VI - сухостойных

5 особенности восстановления дуба в байрачных есорастительных условиях курской области

В данной главе показаны оптимальные способы замены порослевых байрачных дубрав семенными.

В Курской области применяют следующие способы восстановления байрачнных дубрав после сплошной рубки: искусственное восстановление и содействие естественному возобновлению. Искусственное восстановление проводится в следующих вариантах: посадкой двухлетних сеянцев дуба и сопутствующих пород по бороздам; посадкой по полосам; посадкой в площадки; посевом желудей в площадки. Наиболее распространен способ искусственного восстановления посадкой двухлетних сеянцев дуба и сопутствующих пород по бороздам, поскольку большая часть лесокультурного фонда представлена свежими вырубками на склонах крутизной от 8 до 15 градусов. Приживаемость и сохранность культур, а также размеры растений зависят от древесной породы и условий ее выращивания (таблица 2).

При создании культур посадкой по бороздам в первый год роста и после перезимовки отмечается наибольший отпад растений. Сохранность саженцев дуба после второго года роста значительно меньше стандартной величины и колеблется от 62,5 до 73,3 %. Однако на участках, где обеспечен должный уход за лесными культурами (уборка нежелательной древесно-кустарниковой растительности), сохранность саженцев дуба достаточно высока (92,5 %). Средняя сохранность саженцев дуба по окончании второго года роста составляет 73,5 %. Эта величина существенно отличается от приживаемости (фактическое значение критерия Стьюдента выше стандартного). Начиная с третьего года роста существенного отпада саженцев дуба не происходит. Сохранность культур на шестой год роста практически не отличается от этой величины на второй год роста.

Укоренение саженцев дуба полностью завершается уже в первый и второй год их роста в культурах. В шестилетних культурах высота саженцев дуба достигает 185 см при диаметре их стволиков 1,82 см. В этом возрасте конкуренция со стороны травянистой растительности уже не имеет существенного значения, на первый план выходят взаимоотношения с подлесочными породами.

есные культуры, созданные посадкой по полосам, отличаются от культур, посаженных по бороздам, лучшей сохранностью саженцев и большей их высотой. Лесные культуры, созданные посадкой и посевом в площадки по своим параметрам близки к культурам, посаженным по бороздам.

Древостои, созданные путем содействия естественному возобновлению, в шестилетнем возрасте по высоте и диаметру близки к размерам саженцев дуба, высаженным по полосам. Количество растений на единице площади достаточно для образования сомкнутого древостоя. К 19-летнему возрасту формируется сомкнутый древостой, по своим параметрам не уступающий культурам этого же возраста. Восстановление байрачных дубрав способом содействия естественному семенному возобновлению главной породы целесообразно планировать лишь на площадях, обеспеченных достаточным количеством благонадежного подроста дуба. В противоположном случае возможна смена дуба второстепенными породами.

Наиболее эффективным способом восстановления дуба в байрачных лесорастительных условиях Курской области является создание лесных культур посадкой по полосам, поскольку в этих культурах отмечаются лучшая сохранность растений и большие их размеры. На вырубках, обеспеченных достаточным количеством подроста главной породы, целесообразно лесовосстановление путем содействия естественному возобновлению.

6 депонирование углерода и выделение кислорода байрачныМИ дубравАМИ Курской области

При сравнительной оценке углерододепонирующей функции порослевых и семенных байрачных дубрав можно отметить следующие закономерности. Депонирование углерода тесно связано с биологической продуктивностью фитоценозов. В свою очередь, продуктивность байрачных дубрав в значительной степени зависит от происхождения и возраста древостоев.

При близком возрасте древостоя (75 и 76 лет) суммарный запас углерода в компонентах фитоценоза порослевой дубравы  составляет 94,28  т/га (таблица 3), а семенной дубравы - 122,53 т/га. В этом возрасте, с учетом запаса углерода в древесном детрите, лесной подстилке и однометровом слое почвы, суммарный запас углерода в биогеоценозе порослевой байрачной дубравы достигает 261,87 т/га, семенной дубравы - 286,50 т/га. Следовательно, семенные дубравы, в сравнении с порослевыми, за одинаковый промежуток времени депонируют большее количество углерода. Учитывая, что на покрытой лесом площади 56 - 89 % составляет углерод, депонированный однометровым слоем почвы, а в массе углерода, депонированного фитоценозом порядка 90 % приходится на углерод древостоя, связано это, прежде всего, с отмеченными выше закономерностями возрастной динамики запаса стволовой древесины.

Таблица 3 - Запас углерода в фитомассе байрачных дубрав, т/га

Возраст главной породы

Углерод древостоя

Углерод подроста

Углерод подлеска

Углерод живого напочвенного покрова

Всего

углерода фитомассы

В т.ч. без листьев и напочв. покрова

Порослевая дубрава

43

61,49

0,20

13,80

0,11

75,60

73,59

55

73,95

0,01

6,23

0,10

80,29

77,90

65

84,21

0,31

0,73

0,11

85,36

82,65

75

93,48

0,00

0,68

0,12

94,28

91,27

95

106,83

0,16

8,06

0,11

115,16

111,75

Семенная дубрава

3

0,72

0,18

0,00

0,00

0,90

0,73

8

2,34

0,00

0,03

0,00

2,37

1,94

19

15,37

2,19

1,37

0,07

18,99

18,01

26

33,64

0,32

0,25

0,01

34,21

32,20

37

53,15

0,00

0,18

0,00

53,33

50,16

43

63,12

0,13

0,07

0,01

63,32

59,55

55

83,05

0,20

0,16

0,02

83,42

78,46

76

122,50

0,00

0,02

0,01

122,53

115,22

Стабильно высокий прирост стволовой древесины в семенных дубравах наблюдается более длительный промежуток времени. Если к 75-летнему возрасту по массе древостоя порослевая дубрава достигла возраста количественной спелости, то семенная в этом возрасте является средневозрастной. К возрасту ее количественной спелости (121 год) будет депонировано порядка 300 т/га углерода.

Депонирование углерода лесными биогеоценозами связано с поглощением углекислого газа и выделением кислорода в процессе фотосинтеза. Для оценки баланса углекислого газа в биогеоценозах байрачных дубрав нами рассчитаны величина его ежегодного поглощения (годовой сток) в результате прироста фитомассы, а также эмиссия (выделение в атмосферу) в процессе почвенного дыхания и разложения древесного детрита (таблица 4).

Баланс углекислого газа представляет собой разность между его стоком и эмиссией. Как видно из таблицы 4, в порослевой дубраве величина стока углекислого газа превышает его эмиссию уже с 5-летнего возраста древостоя, а в семенной - с 20-летнего. Наиболее значительное превышение стока углекислого газа над его эмиссией наблюдается в порослевой дубраве в возрастном интервале от 10 до 55 лет (3,06 - 4,43 т/га*год), а в семенной дубраве - от 25 и не менее чем до 105 лет (2,21 - 3,82 т/га*год).

Таблица 4 - Расчет баланса углекислого газа в биогеоценозе семенной

байрачной дубравы, т/га*год

Возраст древостоя, лет

а

Сток СО2

Эмиссия при разложении детрита

Почвенное дыхание

Баланс СО2

порослевая

семенная

порослевая

семенная

порослевая

семенная

порослевая

семенная

0

0

0

0

0

3,50

3,50

-3,50

-3,50

5

5,54

1,00

0,01

0,00

3,50

3,50

2,03

-2,50

10

6,63

1,92

0,07

0,00

3,50

3,50

3,06

-1,58

15

7,23

3,16

0,26

0,02

3,50

3,50

3,47

-0,36

20

7,80

5,10

0,27

0,05

3,50

3,50

4,03

1,55

25

8,21

7,40

0,28

0,08

3,50

3,50

4,43

3,82

35

7,90

6,86

0,29

0,09

3,50

3,50

4,11

3,27

45

7,71

6,25

0,40

0,12

3,50

3,50

3,81

2,63

55

7,08

6,14

0,50

0,27

3,50

3,50

3,08

2,37

65

4,95

6,14

0,59

0,29

3,50

3,50

0,86

2,35

75

3,74

6,13

0,62

0,36

3,50

3,50

-0,38

2,27

95

3,00

6,12

1,15

0,38

3,50

3,50

-1,65

2,24

105

1,11

6,12

2,17

0,41

3,50

3,50

-4,56

2,21

Следовательно, семенная байрачная дубрава является поглотителем углекислого газа более чем в 2 раза длительный период в сравнении с порослевой. Порослевая дубрава уже на стадии спелого древостоя является источником поступления углекислого газа в атмосферу.

Депонирование углерода в процессе фотосинтеза сопровождается выделением в атмосферу (эмиссией) кислорода. Суммарная масса кислорода, выделенного древостоем порослевой байрачной дубравы, к 105-летнему возрасту составит 340 т/га, а древостоем семенной дубравы - 490 т/га. Наиболее интенсивное его выделение в порослевой дубраве (2,82 т/га*год) приходится на возрастной промежуток с 43 до 55 лет, а в семенной (6,83 т/га*год) - с 19 до 26 лет. Таким образом, за период своей жизнедеятельности семенная дубрава выделяет кислорода в 1,4 раза больше по сравнению с порослевой.

По данным учета лесного фонда, площадь байрачных дубрав Курской области составляет 115,1 тыс. га, примерно равномерно разделяющиеся на площади семенных дубрав (57,5 тыс. га) и площади порослевых дубрав (57,6 тыс. га). Семенные дубравы представлены преимущественно древостоями 26 - 37-летнего возраста, большая площадь порослевых дубрав имеет возраст 65 лет и более. В силу различий в интенсивности прироста фитомассы, нетто-сток углекислого газа (разница между его поглощением и выделением в атмосферу) в биогеоценозах семенных байрачных дубрав Курской области составляет ежегодно 218,5 тыс. тонн, в биогеоценозах порослевых дубрав - 144,0 тыс. тонн. Семенные дубравы области ежегодно выделяют в атмосферу 287,5 тыс. тонн кислорода, порослевые - 126,2 тыс. тонн. Следовательно, замена порослевых байрачных дубрав семенными оправдывает себя не только с точки зрения повышения их продуктивности, улучшения товарной структуры и санитарного состояния, но и позволяет более эффективно использовать экологические функции байрачных лесов, в том числе депонирование углерода и выделение кислорода. Расчеты показывают, что в Курской области замена порослевых дубрав семенными позволит улучшить баланс углекислого газа в 1,5 раза и повысить выделение кислорода в 1,8 раза.

Выводы

Настоящая работа выполнена с целью выявления эколого-лесоводственных  характеристик фиотоценозов байрачных дубрав, наиболее эффективно влияющих на проявление их углерододепонирующей функции.

1. Увеличение запаса стволовой древесины в порослевых и семенных древостоях происходит различными темпами. На стадиях молодняка и жердняка (до 25-летнего возраста) прирост по запасу в порослевой дубраве идет более интенсивно, нежели в семенной. В древостоях старших возрастных групп прирост более интенсивен в семенной дубраве. Относительно стабильный прирост (на уровне 4,1 - 5,3 м3/га*год) в семенной байрачной дубраве можно ожидать до 100-летнего возраста, а в порослевой (4,1 - 5,0 м3/га*год) - до 55-летнего. В целом, семенная байрачная дубрава, в сравнении с порослевой, на более продолжительном временном отрезке отличается большей энергией роста, лучшим санитарным состоянием. Следовательно, замена порослевых дубрав семенными является одним из способов повышения их углерододепонирующей функции.

2. Наиболее эффективным способом замены порослевых дубрав семенными является создание лесных культур посадкой по полосам, поскольку в этих культурах отмечаются лучшая сохранность растений и большие их размеры. На вырубках, обеспеченных достаточным количеством подроста главной породы, целесообразно лесовосстановление путем содействия естественному возобновлению.

3. Депонирование углерода тесно связано с биологической продуктивностью фитоценозов. Семенные дубравы, в сравнении с порослевыми, за одинаковый промежуток времени депонируют большее количество углерода, в результате чего больше поглощают углекислого газа и выделяют кислорода. Превышение стока углекислого газа над его эмиссией отмечается с момента смыкания молодняков до возраста количественной спелости древостоя. В порослевой дубраве этот период находится в промежутке от 5-и до 70-летнего возраста древостоя, в семенной от 20- и не менее чем до 105-летнего.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

Статьи в изданиях из перечня Высшей аттестационной комиссии

1. Терехов, В.И. Влияние экспозиции склона на углеродный и кислородный баланс в байрачных дубравах Курской области [Текст] / В.И. Терехов, В.И. Таранков // Вестник Северо-Кавказского государственного технического университета. - 2011. - № 1. - С. 100-104.

2. Терехов, В.И. Опыт содействия естественному семенному возобновлению в байрачных дубравах Курской области [Текст] / В.И. Терехов // Вестник Марийского государственного технического университета. Серия Лес, экология, природопользование. 2012 - № 2. - С. 90-99

Материалы международных и региональных научных конференций

3. Таранков, В.И. Влияние экспозиции склона на видовой состав и продуктивность байрачных дубрав Курской области [Текст] / В.И. Таранков, В.И. Терехов  // Плодоводство, семеноводство, интродукция древесных растений: Матер. XI-й Международн. научн. конф. - Красноярск: СибГТУ, 2008. - С. 103-106.

4. Таранков, В.И. Влияние экспозиции склона на депонирование углерода и выделение кислорода байрачными дубравами Курской области [Текст] / В.И. Таранков, В.И. Терехов // Плодоводство, семеноводство, интродукция древесных растений: Матер. XII-й Международн. научн. конф. - Красноярск: СибГТУ, 2009. - С. 117-120.

5. Терехов, В.И. Влияние экспозиции склона на прирост  байрачных дубрав Курской области [Текст] / В.И. Терехов, В.И. Таранков  // Плодоводство, семеноводство, интродукция древесных растений: Матер. XIII-й Международн. научн. конф. - Красноярск: СибГТУ, 2010. - С. 139-142.

Статьи в региональных сборниках

6. Таранков, В.И. Биологическая продуктивность и товарная структура байрачных дубрав Курской области [Текст] / В.И. Таранков, В.И. Терехов // Восстановление эколого-ресурсного потенциала агролесобиоценозов, лесоразведение и рациональное природопользование в Центральной лесостепи и юге России: сб. науч.-исслед. работ по материалам школы-конф. / под ред. авторов - Воронеж: ВГЛТА, 2008. - С. 173-175.

Терехов Владимир Иванович

Эколого-лесоводственные основы повышения углерододепонирующей функции

байрачных дубрав Курской области

Специальность 03.02.08 - экология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Подписано к печати 08.10.12.

Формат 6084 1/16. Объём 1,25 п.л.  Тираж 100 экз. Заказ 378

Отпечатано в типографии ВГЛТА

394087, г. Воронеж, ул. Докучаева, 10

   Авторефераты по всем темам  >>  Авторефераты по биологии