Обоснование ассортимента древесных пород для защитных лесных насаждений в сухой степи (на примере Волгоградской области)
| Вид материала | Автореферат |
- Влияние защитных лесных насаждений на эколого хозяйственное состояние территории волгоградской, 268.28kb.
- Об утверждении порядка использования районированных семян лесных растений основных, 26.32kb.
- Т иметь место факты незаконной рубки и повреждения лесных насаждений в районе, образующие, 12.65kb.
- Устойчивость древесных растений в урбоэкосистемах северных территорий ( на примере, 384.66kb.
- Правила подготовки и заключения договора купли-продажи лесных насаждений, расположенных, 210.37kb.
- Неразрешимых проблем нет, 53.78kb.
- Программа вступительных экзаменов в докторантуру Рh. D по специальности 6D080700 Лесные, 133.73kb.
- Доклад на совещании «Об итогах развития лесного комплекса Ленинградской области, 265.14kb.
- Об установлении тарифов на тепловую энергию для потребителей, 179.32kb.
- Положение о комиссии по поддержке субъектов малого и среднего предпринимательства;, 757.58kb.
1 2
На правах рукописи
ГУСТОВА Анна Ивановна
ОБОСНОВАНИЕ АССОРТИМЕНТА ДРЕВЕСНЫХ ПОРОД
ДЛЯ ЗАЩИТНЫХ ЛЕСНЫХ НАСАЖДЕНИЙ В СУХОЙ СТЕПИ
(на примере Волгоградской области)
Специальность 06.03.04 – Агролесомелиорация и защитное лесоразведение, озеленение населенных пунктов
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата сельскохозяйственных наук
Волгоград 2009
Работа выполнена в Государственном научном учреждении
Всероссийский научно-исследовательский институт агролесомелиорации
Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук
Виктор Дмитриевич Шульга
Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор
Зыков Иван Григорьевич
кандидат биологических наук Клинкова
Галина Юрьевна
Ведущая организация: ФГОУ ВПО «Волгоградская государственная
сельскохозяйственная академия»
Защита состоится «19» июня 2009 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета при ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт агролесомелиорации по адресу: 400062, г. Волгоград – 62, Университетский пр., 97, а/я 2153, ГНУ ВНИАЛМИ.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Всероссийского научно-исследовательского института агролесомелиорации и на сайте:
www.vnialmi.ru
Автореферат разослан «_15_» мая 2009 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета Л. А. Петрова
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Эффективность защитного лесоразведения в условиях засушливой степи и полупустыни Волгоградской области во многом зависит от ассортимента древесных пород. Они при относительно хорошем росте должны быть засухоустойчивыми, морозостойкими и сравнительно долговечными. Отсутствие указанных особенностей у той или иной древесной породы резко ограничивает возможность ее использования. Многолетняя практика выращивания искусственного леса выявила как возможности создания рукотворных лесов, во многом превосходящих по своей продуктивности и биологическому разнообразию естественные, так и неудачи, связанные с несоответствием ассортимента древесных растений условиям роста.
Подбор ассортимента на основе анализа гидрофизических и гидрохимических свойств древесных пород позволяет повысить биологическую устойчивость насаждений, увеличить срок их жизни, а значит и более полно выполнять свои защитные функции.
Исследования выполнялись с 2005 по 2008 гг. по тематическому плану Всероссийского научно-исследовательского института агролесомелиорации РАСХН (№ Госрегистрации – 01.2.00 109320; 01.2.006 11913).
Цель исследований. Выработка, анализ и теоретическая систематизация фундаментальных гидрофизических и биохимических свойств свежесрубленной древесины лиственных и хвойных древесных пород, составление гидрофизического паспорта, обоснование ассортимента древесных пород для создания устойчивых агролесомелиоративных насаждений.
Задачи исследований:
- исследование видоспецифичной изотермы капиллярного испарения (ИКИ), потенциала влагопереноса, полной влагоемкости (ПВ), диапазонов функциональной влажности, классификация засухоустойчивости на основе потенциала влагопереноса.
- изучение полной влагоемкости и динамики влажности хвои и листьев в целях разработки экспресс-диагноза состояния главных пород.
- исследование окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) и водородного показателя (рН) меристемы, древесины ствола и проводящих корней и их роли в жизни древесных растений.
- обоснование ассортимента пород для защитных лесных насаждений в сухой степи с учетом их гидрофизических и гидрохимических особенностей.
Научная новизна. Результаты исследования гидрофизических свойств свежесрубленной древесины главных и сопутствующих лесообразующих пород позволили выработать и систематизировать объективные знания в области агролесомелиорации. Обоснован ассортимент древесных пород для защитных лесных насаждений; классифицированы древесные виды по засухоустойчивости, величине редоксипотенциала и водородного показателя. Выявлена высокая экологическая роль опада и порубочных остатков в нейтрализации повышенной щелочности степных почв. Разработаны методы экспресс-анализа состояния древесных пород в защитных лесных насаждениях.
Приемы обоснования новых подходов в оценке ассортимента древесных пород представлены в «Рекомендациях по повышению биологической и противопожарной устойчивости сосновых культур и защитных лесных насаждений юго-востока европейской территории России». Они внедряются в лесохозяйственное производство.
Обоснованность и достоверность результатов достигнуты в процессе изучения большого объема статистически обработанного фактического материала, полученного в лабораторных и полевых условиях.
Основные положения, выносимые на защиту:
- гидрофизическое и гидрохимическое обоснование ассортимента хвойных и лиственных древесных пород для сухой степи;
- гидрофизический и гидрохимический экспресс-диагнозы состояния древесных пород (потенциалы влагопереноса, редоксипотенциал, диапазоны функциональной влажности);
- классификация древесных растений по засухоустойчивости (величине потенциала влагопереноса древесины ствола) и величине редоксипотенциала и водородного показателя древесных тканей.
Апробация работы. Основные результаты исследований были представлены на научно-практических конференциях «Наука и молодежь: новые идеи и решения» (Волгоград, 2007) и «Агролесомелиоративное обустройство агроландшафтов» (Волгоград, 2007).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 14 научных работ, в том числе 3 статьи в ведущих рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения и 5 глав, выводов и предложений, приложений. Общий объем составляет 173 страницы, включая 49 таблиц, 15 рисунков и список литературы из 148 наименований, включая 3 иностранных источника.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
1. Аналитический обзор
При создании биологически устойчивых защитных лесных насаждений в трудных лесорастительных условиях основное внимание уделяется правильному подбору древесных пород (Н. Н. Степанов, 1949; А. И. Ахромейко, 1963; Г. Н. Высоцкий, 1949). Для этого при закладке и выращивании лесных культур учитываются их физиологические особенности.
Изучение функциональной влажности древесных растений имеет особое значение. Водный стресс замедляет физиологические процессы. Оптимальные условия фотосинтеза создаются только при постоянной влажности ассимиляционного аппарата. Это математически установлено Д. Д. Фаркьюхаром и Т. Д. Шаркеем (1987). Они доказали, что для успешного процесса фотосинтеза необходимо высокое и стабильное увлажнение. Недостаточная водообеспеченность является лимитирующим фактором для выращивания в нашей области широкого ассортимента древесных растений.
О поглощении воды и восходящем токе писали В. Арциховский (1932), П. Крамер (1983), Х. Лир, Г. Польстер, Г. И. Фидлер (1974), Б. С. Чудинов (1984), В. Д. Шульга (1991). Водному дефициту и физиологическим процессам, связанным с этим, посвятили свои работы П. А. Генкель (1982), П. Крамер, Т. Козловский (1983), М. Д. Кушниренко (1991), Х. Лир (1974). Водный режим растительной клетки изучали Б. С. Чудинов (1989), Г. Польстер (1974).
Нижним концевым двигателем считают корневое давление. Оно не превышает 1-10 атм (Ю. Л. Цельникер, 1969; П. Крамер, Т. Козловский, 1983). Сосущая сила атмосферы одинакова для всех пород, произрастающих на данной территории. Это второй и главный двигатель влагопереноса (П. Крамер, Т. Козловский, 1983). В целом термодинамический градиент на границе «почва – древесное растение» по абсолютной величине значительно меньше, чем на границе «древесное растение – атмосфера». Поэтому для устойчивого роста древесных пород в степи насаждения должны получать дополнительное увлажнение или их древесина должна обладать низким потенциалом влагопереноса, чтобы длительное время противостоять огромной сосущей силе атмосферы (А. Крафтс, 1951). Древесина, имея бóльшую удельную поверхность, чем почва (А. Г. Перехоженцев, 1991), уменьшает существующий градиент на границе «древесное растение – атмосфера». Таким образом, потенциал влагопереноса служит критерием засухоустойчивости и третьим видоспецифичным двигателем влагопереноса. Он позволяет объяснить все возможные отклики древесных пород как на недостаток, так и на избыток влаги в почве, атмосфере и древесине.
Существующие шкалы оценки древесных пород по засухоустойчивости Н. А. Ахматова; М. Д. Кушниренко С. Н. Печерской; М. Д. Кушниренко и Г. П. Курчатовой; П. Крамера и Т. Козловского; Б. 3. Гусейнова (М. Д. Кушниренко, 1991) не имеют физической составляющей. Классификация засухоустойчивости по величине потенциала влагопереноса (В. Д. Шульга, 2002, 2007) лишена этого недостатка. Она позволяет теоретически объяснить причины различной устойчивости древесных пород в степи и тем самым обосновать ассортимент древесных пород для защитных лесных насаждений.
Древесина, как и почва – сложная окислительно-восстановительная система. Процессы фотосинтеза и дыхания связаны как с реакцией окисления, так и восстановления (И. С. Кауричев, 1975). Окислительно-восстановительный потенциал зависит от рН раствора (К. А. Блэк, 1973). этому вопросу посвятили свои работы П. А. Генкель (1962), Н. Д. Нестерович (1967), К. А. Блэк (1973), изучив ОВП и рН почв и отзывчивость на эти условия растений.
Изучение динамики указанных показателей в зависимости от вида, состояния древесных пород позволяет разработать методы экспресс-диагноза и оценить экологическую роль естественного опада в защитных лесных насаждениях.
2. Природные условия региона
Нижнее Поволжье расположено на юго-востоке Восточноевропейской равнины в зонах степи и полупустыни. Рельеф края типично равнинный с колебанием отметок поверхности от 359 м до –15 м, включающий следующие геоморфологические области: Средне-Русскую возвышенность, Доно-Донецкую равнину, Окско-Донскую низменность, Приволжскую возвышенность, Ергенинскую возвышенность, Сыртовую равнину, Прикаспийскую низменность.
Климат области засушливый, с неустойчивым режимом увлажнения, сильными ветрами. Климатические условия характеризуются значительной континентальностью, нарастающей от северо-западных районов к юго-восточной части территории.
Среднегодовая температура воздуха на территории области изменяется от 5,2-5,5°С в северных районах до 8,0-8,3°С в южных районах. Летом наиболее теплыми являются юго-восточные районы, а зимой юго-западные. Годовая амплитуда среднемесячных температур составляет 35°С.
Среднегодовая величина влажности воздуха на территории области составляет 66-75%. В зимнее время относительная влажность достигает максимального значения и составляет 82-86%. В течение двух месяцев весны (март и апрель) влажность быстро понижается и в мае устанавливается ее летний режим – 50-55%.
Среднегодовое количество осадков изменяется от 270 до 450 мм в зависимости от района области. Около 20-30% осадков выпадает в твердом виде. Снежный покров устанавливается в конце ноября, декабре. Запасы воды в снеге 50-40 мм. Глубина промерзания почвы 40-50 см. Снег удерживается в течение 80-120 дней.
На территории Волгоградской области свыше 15 типов различных почв. Список почвенных разновидностей насчитывает около 3000 единиц.
наблюдается постепенный переход от зоны черноземно-степной до полупустынной с северо-запада на юго-восток. Почвенный покров полупустыни представлен преимущественно песчаными и супесчаными, реже суглинистыми отложениями. Он часто засолен, особенно при тяжёлом механическом составе.
На территории области в настоящее время насчитывается около 400 тыс. га естественных лесов и 250 тыс. га искусственных лесных насаждений, различного назначения. Естественные леса приурочены в основном к пониженным элементам рельефа. Средняя лесистость составляет 4,1%. К главным лесообразующим породам относятся дуб, сосна, тополь, ильмовые, ясень, ива, ольха, осина, береза, клен, акация белая. В подлеске встречаются терн, бересклет, можжевельник казацкий, боярышник, крушина, бузина, клен татарский. Из естественной лесной растительности можно выделить пойменные, байрачные, нагорные леса (В. А. Брылев и др., 1995).
3. Объекты и методика исследований
Объектами исследований гидрофизических свойств древесины являлись 13 лиственных и хвойных древесных и кустарниковых пород, произрастающих на территории Волгоградской области – ольха черная (Alnus glutinosa Gaertn.), липа мелколистная (Tilia cordata Mill.), каркас западный (Celtis occidentalis L.), клен татарский (Acer tataricum L.), смородина золотая (Ribes aureum Pursh.), скумпия кожевенная (Cotinus coggygria Scop.), жимолость татарская (Lonicera tatarica L.), бузина черная (Sambucus nigra L.), лещина обыкновенная (Corylus avellana L.), можжевельники казацкий (Juniperus sabina L.) и обыкновенный (Juniperus monosperma Sagr.), тамарикс ветвистый (Tamarix ramosissima Ledeb.), карагана древовидная (Caragana arborescens Lam.).
Исследования окислительно-восстановительных свойств проводились в весенне-летний период 2006-2008 гг. на 25 древесных породах: дубе черешчатом (Quercus robur L.), дубе красном (Quercus borealis maxima Sarg.), березе повислой (Betula verrucosa Ehrh.), вязе приземистом (Ulmus pumila L.), гледичии трехколючковой (Gleditschia triacanthos L.), робинии псевдоакации (Robinia pseudoacacia L.), ясене ланцетном (Fraxinus viridis Michx.), клене остролистном (Acer platanoides L.), груше лесной (Pyrus communis L.), тополе белом (Populus alba L.), абрикосе обыкновенном (Armeniaca vulgaris Lam.). Рассматривались так же кустарниковые породы. Объекты для исследований выбирались в лесном фонде Волгоградского, Камышинского, Новоаннинского лесничеств.
Для построения изотермы капиллярного испарения обработано 690 образцов древесины, полная влагоемкость ствола определялась по 260, корней и листьев по 130 образцам. При определении редоксипотенциала и водородного показателя основных зон ствола, корней и ассимиляционного аппарата произведено 4220 измерений. Функциональная влажность заболони и ядра изучалась на 780 образцах. Расчет функциональной влажности древесины корней и ассимиляционного аппарата проведен по 390 образцам, определение плотности и расчет пористости древесины ствола по 320 измерениям, древесины корня по 260.
Материалы обработаны с использованием компьютерной программы "Excel", с применением статистических критериев, принятых в биологии.
Определение окислительно-восстановительного потенциала ядровой и заболонной древесины проводилось с помощью микропроцессорного рН-метра-иономера И-500 по ГОСТу 28351-89. Содержание функциональной влажности определяли высушиванием до постоянного веса при температуре 103º-105º термовесовым методом по ГОСТу 164731-73.
Работа над фундаментальными гидрофизическими характеристиками проводилась гигроскопическим методом (Б. С. Чудинов, 1984; В. Д. Шульга, А. Н. Максимов, А. Г. Перехоженцев, 1991), с помощью которого определялась изотерма капиллярного испарения при значениях влажности воздуха 92; 77; 54; 33; 14%. Учитывались значения полного водонасыщения материала и «максимального» сорбционного увлажнения – 98%. Расчет потенциала влагопереноса проводился по изотерме капиллярного испарения и интерполированной таблице давления водяного пара при известной равновесной влажности воздуха, приведенной в работе А. Крафтса (1951).
4. Основные гидрофизические характеристики свежесрубленной
древесины и их роль в устойчивости древесных пород
При влажности воздуха более 77% равновесная влажность древесины разных пород в изотермических условиях различается между собой. При меньшей, различия между породами незначительны. Изотерма капиллярного испарения – важная составная часть модели капиллярно-пористого материала, необходимая для расчетов влагопереносных свойств.
Изотермы капиллярного испарения древесины различных древесных пород существенно различаются (табл. 1).
Таблица 1
Особенности изотермы капиллярного испарения древесины некоторых пород
| Порода | Равновесная влажность древесины (%) при относительном давлении пара (p/ps) | ||||||
| 0,14 | 0,33 | 0,54 | 0,77 | 0,92 | 0,98 | 1,0 | |
| Карагана древовидная (Caragana arborescens Lam.) | 3,6 3,6 | 7,4 7,3 | 10,9 10,6 | 18,1 17,5 | 69,5 36,7 | 114,4 58,1 | 150,8 92,9 |
| Клен татарский (Acer tataricum L.) | 3,6 - | 7,4 - | 10,9 - | 18,1 - | 56,0 - | 85,2 - | 123,6 - |
| Скумпия кожевенная (Cotinus coggygria Scop.) | 3,6 3,6 | 7,4 7,3 | 10,9 10,6 | 18,1 17,5 | 37,5 32,4 | 72,0 44,3 | 104,9 77,1 |
| Жимолость татарская (Lonicera tatarica L.) | 3,6 3,6 | 7,4 7,3 | 10,9 10,6 | 18,1 17,5 | 37,3 36,1 | 66,2 56,0 | 101,0 87,4 |
| Тамарикс ветвистый (Tamarix ramosissima Ledeb.) | 3,6 3,6 | 7,4 7,3 | 10,9 10,6 | 18,1 17,5 | 24,4 36,7 | 48,3 56,5 | 85,4 86,5 |
| Можжевельник казацкий (Juniperus sabina L.) | 3,6 3,6 | 7,4 7,3 | 10,9 10,6 | 18,1 17,5 | 28,5 28,0 | 139,1 92,4 | 174,1 137,0 |
| Можжевельник обыкновенный (Juniperus monosperma Sagr.) | 3,6 3,6 | 7,4 7,3 | 10,9 10,6 | 18,1 17,5 | 28,7 27,2 | 138,0 94,5 | 166,4 112,4 |
| Бузина черная (Sambucus nigra L.) | 3,6 3,6 | 7,4 7,3 | 10,9 10,6 | 18,1 17,5 | 37,5 27,4 | 66,8 39,2 | 107,0 80,2 |
| Ольха черная (Alnus glutinosa Gaertn.) | 3,6 3,6 | 7,4 7,3 | 10,9 10,6 | 18,1 17,5 | 70,0 76,3 | 126,9 136,0 | 175,5 181,5 |
| Липа мелколистная (Tilia cordata Mill.)… | 3,6 - | 7,4 - | 10,9 - | 18,1 - | 100,0 - | 140,8 - | 212,3 - |
Примечание. Р/рs – давление пара соответствующее данной влажности воздуха при полном насыщении и при 20 °С. Здесь и в таблицах 2, 3 числитель – заболонь, знаменатель – ядро (спелая древесина).
Найден потенциал влагопереноса в точках перегиба изотермы для древесных растений различных морфологических форм. В древесине главных лиственных пород (В. Д. Шульга, А. Н. Максимов, 1991) он составляет в среднем для 15 видов –27,4 (заболонь) и –29,3 МПа (ядро), для шести видов кустарников –16,2 (заболонь) и –16,8 МПа (ядро). Различия между лиственными главными и лиственными кустарниковыми породами в заболони по потенциалу влагопереноса составляют –11,2, а в ядре соответственно –12,5 МПа. Между главными и кустарниковыми хвойными породами (Д. К. Терехина, 2007) в заболони различия составляют –3,9, а в ядре –1,5 МПа. В целом главные лиственные лесообразующие породы самым существенным образом отличаются от кустарников, между хвойными различия меньше.
Появилась возможность рассчитать силы взаимодействия почвы и растения в любом диапазоне влажности, оценить направления влагопереноса вдоль и поперек ствола (табл. 2, 3).
Таблица 2
Связь потенциала влагопереноса и влажности свежесрубленной древесины*
| Древесная порода | ПВ,% | Абсолютная величина потенциала влагопереноса, МПа, при влажности древесины в долях от ПВ | ||||
| 0,9 | 0,8 | 0,6 | 0,5 | 0,3 | ||
| Карагана древовидная (Caragana arborescens Lam.) | 150,8 92,9 | 1,0(99,2) 1,9(99,3) | 2,3(98,3) 1,3(99,0) | 7,2(94,7) 2,7(98,0) | 10,1(92,7) 7,4(94,6) | 21,4(85,0) 21,1(85,4) |
| Клен татарский (Acer tataricum L.) | 123,6 - | 0,5(99,6) - | 2,0(98,5) - | 5,7(95,8) - | 15,2(89,2) - | 22,3(81,5) - |
| Скумпия кожевенная (Cotinus coggygria Scop.) | 104,9 77,1 | 0,7(99,4) 0,5(99,6) | 1,8(98,7) 1,5(98,9) | 4,7(96,5) 1,9(98,6) | 6,8(95,0) 8,3(94,0) | 17,7(87,5) 24,8(83,0) |
| Жимолость татарская (Lonicera tatarica L.) | 101,0 87,4 | 0,7(99,4) 1,0(99,2) | 1,6(98,8) 1,5(98,9) | 3,6(97,3) 4,1(97,0) | 7,2(94,7) 8,3(94,0) | 19,2(86,5) 23,1(84,0) |
| Тамарикс ветвистый (Tamarix ramosissima Ledeb.) | 85,4 86,5 | 0,5(99,6) 0,9(99,3) | 1,0(99,2) 2,0(98,5) | 2,2(98,4) 5,2(96,2) | 4,5(96,7) 8,3(94,0) | 11,1(92,0) 23,4(83,8) |
| Можжевельник казацкий (Juniperus sabina L.) | 174,1 137,0 | 1,3(99,0) 1,2(99,1) | 2,3(98,3) 2,0(98,5) | 4,9(96,4) 4,1(97,0) | 6,1(95,5) 7,7(94,4) | 8,0(94,2) 9,5(93,1) |
| Можжевельник обыкновенный (Juniperus monosperma Sagr.) | 166,4 112,8 | 1,8(98,7) 1,3(99,0) | 3,1(97,7) 2,7(98,0) | 5,3(96,1) 6,0(95,6) | 6,6(95,2) 7,1(94,8) | 9,0(93,5) 10,0(92,8) |
| Бузина черная (Sambucus nigra L.) | 107,0 80,2 | 0,6(99,5) 1,3(99,0) | 1,3(99,0) 1,9(98,6) | 2,0(98,5) 2,7(98,0) | 5,7(95,8) 3,0(97,8) | 17,0(88,0) 19,8(86,1) |
| Ольха черная (Alnus glutinosa Gaertn.) | 175,5 181,5 | 0,6(99,5) 1,3(99,0) | 1,8(98,7) 1,9(98,6) | 5,9(95,7) 6,4(95,2) | 8,3(94,0) 8,8(93,6) | 18,8(86,8) 19,6(87,2) |
| Липа мелколистная (Tilia cordata Mill.)… | 212,3 - | 2,0(99,8) - | 1,3(99,0) - | 5,4(96,0) - | 9,7(89,3) - | 21,1(85,4) - |
*В скобках указана абсолютная влажность древесины в процентах.
По функции ядровой древесины во влагообмене древесные породы подразделяются на две группы, качественно отличающиеся по засухоустойчивости. Породы-доноры (карагана древовидная, бузина черная), ядро которых в острозасушливые периоды вегетации отдает влагу заболони и породы-акцепторы (ольха черная, жимолость татарская, тамарикс ветвистый, можжевельники казацкий и обыкновенный) у которых ядро отбирает влагу. Породы-доноры более перспективны для использования при создании защитных лесных насаждений, чем породы-акцепторы.
На основании значений потенциала влагопереноса на границе между достаточным и критическим влагосодержанием (0,5 ПВ) среди изучаемых древесных пород были выделены две экологические группы. Карагана древовидная по засухоустойчивости является породой ксерофитом. Потенциал влагопереноса на границе активной влажности для заболони составляет –10,1 МПа,
Таблица 3
Зависимость потенциала влагопереноса от влажности и вида
свежесрубленной древесины
| Древесная порода | Абсолютная величина потенциала влагопереноса, МПа, при влажности, % на абсолютно сухой вес | |||||||||
| 200 | 180 | 160 | 140 | 120 | 100 | 80 | 60 | 40 | 20 | |
| Карагана древовидная (Caragana arborescens Lam.) | - | - | - | 0,6 - | 2,3 - | 5,60 - | 9,10 0,05 | 15,1 2,8 | 24,1 9,7 | - |
| Клен татарский (Acer tataricum L.) | - | - | - | - | 2,3 - | 4,20 - | 9,70 - | 21,0 - | - | - |
| Скумпия кожевенная (Cotinus coggygria Scop.) | - | - | - | - | - | 0,30 - | 1,90 - | 3,4 1,3 | 10,2 5,6 | - |
| Жимолость татарская (Lonicera tatarica L.) | - | - | - | - | - | 0,04 - | 1,90 0,90 | 4,7 2,7 | 10,4 10,0 | - |
| Тамарикс ветвистый (Tamarix ramosissima Ledeb.) | - | - | - | - | - | - | 0,20 0,90 | 1,6 2,7 | 5,6 9,7 | 29,1 - |
| Можжевельник казацкий (Juniperus sabina L.) | - | - | 0,7 - | 3,4 - | 4,1 1,3 | 5,40 2,70 | 6,80 4,30 | 8,5 6,8 | 10,1 9,4 | 29,4 - |
| Можжевельник обыкновенный (Juniperus monosperma Sagr.) | - | - | 0,6 - | 3,2 - | 4,1 - | 5,30 1,60 | 6,80 6,10 | 8,4 6,8 | 10,0 9,7 | - 27,9 |
| Ольха черная (Alnus glutinosa Gaertn.) | - | - 0,04 | 5,4 1,3 | 1,6 2,6 | 3,6 5,0 | 6,60 7,50 | 9,50 10,2 | 15,5 17,0 | 24,3 24,9 | - |
| Липа мелколистная (Tilia cordata Mill.)… | 2,0 - | 1,30 - | 1,5 - | 2,7 - | 6,8 - | 10,1 - | 16,8 - | 21,6 - | 28,1 - | - |
ядра –7,4 МПа. Это означает, что ядро древесины ствола при влажности 46,4% имеет бóльший потенциал влагопереноса, чем заболонь с влажностью 75,4% и является донором влаги. Разница между потенциалами влагопереноса основных зон ствола составляет –2,7 МПа. Заболонь и меристема древесины караганы имеют лучшую водообеспеченность, чем ядро во всем диапазоне возможной влажности древесины от 0,9 до 0,3 ПВ. Более сухое ядро подпитывает достаточно влажную заболонь. Различия заболонной и ядровой древесины по влажности достигают 40% как в диапазонах устойчивого роста, так и в диапазонах риска и необратимых изменений. Действительно, заболонь караганы древовидной, как и дуба черешчатого имеет более низкий потенциал влагопереноса (–10,1 МПа), чем ядро (–7,4 МПа) на протяжении всего вегетационного периода. Этим объясняется высокая устойчивость караганы в сухой степи.
Следующим образом выглядит процесс влагопереноса для мезофитов.
Потенциал влагопереноса древесины заболони жимолости татарской при 0,5 ПВ составляет –7,2 МПа, ядра –8,3 МПа. Это означает, что ядро древесины ствола при влажности 44% является акцептором и оттягивает воду от заболони, имеющей влажность 50%. Различия в их потенциалах влагопереноса составляют –1,1 МПа. При одинаковой влажности 0,5 ПВ древесины заболони и ядра поток влаги направляется в сторону ядра, то есть ядро является акцептором влаги и создает объективные трудности в водном режиме. Кустарник вынужден привлекать катаболическую воду для борьбы с дефицитом влаги в заболони и меристеме. В противном случае в засушливые годы будет происходить более быстрое отмирание старых осевых ветвей, снизится его биологическая устойчивость.
4.1.2. Динамика функциональной влажности древесины и ее лесохозяйственное значение. Оценка влажности древесины – основа диагноза состояния деревьев и древостоев. Знание полной влагоемкости позволяет рассчитать лимиты функциональной влажности древесины и листьев. Диапазонами благоприятного роста породы можно считать 0,9-0,8 от величины полного насыщения. В этих диапазонах влажности влагоперенос в системе «растение – среда» наиболее гармоничен (В. Д. Шульга, 2002). Диапазоном достаточной влаги для нормального роста приняли 0,8-0,6 ПВ, напряженного влагосодержания 0,6-0,5 ПВ, критического – ниже 0,5 ПВ (табл. 4).
Таблица 4
Зависимость диапазонов функциональной влажности древесины
от вида древесных растений
| Порода | Зона ствола | Диапазоны доступной влаги | ||||
| ПВ, % | 0,8-0,9 ПВ оптимальная | 0,6-0,8 ПВ достаточная | 0,5-0,6 ПВ напряженно-достаточная | 0,3-0,5 ПВ критическая | ||
| диапазон | ||||||
| устойчивого роста | риска и необратимых изменений | |||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| Карагана древовидная | Заболонь | 151 | 121-136 | 90-121 | 75-90 | 45-75 |
| Ядро | 93 | 74-84 | 56-74 | 46-56 | 28-46 | |
| Клен татарский | Заболонь | 124 | 99-111 | 74-99 | 62-74 | 37-62 |
| Ядро | - | - | - | - | - | |
| Смородина золотая | Заболонь | 102 | 82-92 | 61-82 | 51-61 | 31-51 |
| Ядро | - | - | - | - | - | |
| Скумпия кожевенная | Заболонь | 105 | 84-94 | 63-84 | 52-63 | 31-52 |
| Ядро | 77 | 62-69 | 46-62 | 39-46 | 23-39 | |
| Жимолость татарская | Заболонь | 101 | 81-91 | 61-81 | 50-61 | 30-50 |
| Ядро | 87 | 70-79 | 52-70 | 44-52 | 26-44 | |
| Тамарикс ветвистый | Заболонь | 84 | 68-77 | 51-68 | 43-51 | 26-43 |
| Ядро | 86 | 69-78 | 52-69 | 43-52 | 26-43 | |
| Можжевельник казацкий | Заболонь | 174 | 139-157 | 104-139 | 87-104 | 52-87 |
| Ядро | 137 | 110-123 | 82-110 | 68-82 | 41-68 | |
| Можжевельник обыкновенный | Заболонь | 166 | 133-150 | 100-133 | 83-100 | 50-83 |
| Ядро | 113 | 90-101 | 68-90 | 56-68 | 34-56 | |
Продолжение табл. 4
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| Бузина черная | Заболонь | 107 | 86-6 | 64-86 | 53-64 | 32-53 |
| Ядро | 80 | 64-72 | 48-64 | 40-48 | 24-40 | |
| Туя западная | Заболонь | 100 | 80-90 | 60-80 | 50-60 | 30-50 |
| Ядро | 68 | 54-61 | 41-54 | 34-41 | 20-34 | |
| Ольха черная | Заболонь | 175 | 140-158 | 105-140 | 88-105 | 53-88 |
| Ядро | 181 | 145-163 | 109-145 | 91-109 | 54-91 | |
| Липа мелколистная | Заболонь | 212 | 170-191 | 127-170 | 106-127 | 64-106 |
| Ядро | - | - | - | - | - |
Кроме диапазонов доступной влаги была проанализирована динамика влажности в течение трех лет и рассчитана их доля от полной влагоёмкости.
В 2006 г. в удовлетворительном состоянии находились ольха черная, тамарикс ветвистый, смородина золотая, клён татарский, жимолость татарская. Значения их функциональной влажности в основных зонах находились в пределах 0,6-0,8 ПВ. Бузина черная, скумпия кожевенная, карагана древовидная, можжевельники казацкий и обыкновенный испытывали трудности с водообеспечением. Значения их влажности во всех зонах находились в среднем в диапазонах 0,3-0,5 ПВ. В 2007 г. большинство растений находились в критическом состоянии. Породы, свойственные умеренным условиям произрастания (лещина обыкновенная, липа мелколистная), также имели низкую функциональную влажность.
4.2. Особенности гидрофизических свойств проводящих корней и ассимиляционного аппарата исследуемых пород. Диапазоны и лимиты влажности проводящих корней и листьев главных лесообразующих пород (табл. 5) позволяют осуществить оперативный прогноз состояния защитных лесных насаждений на достаточно большой период времени. Эти органы – чувствительный индикатор водного стресса (Т. Козловский, 1969).
Влагосодержание ассимиляционного аппарата и проводящих корней большинства древесных растений в течение трех лет относилось к достаточному и напряженно-достаточному диапазонам функциональной влажности. Критическое содержание влаги в листьях и корнях наблюдалось у липы мелколистной, лещины обыкновенной, что говорит о несоответствии природных условий требованиям данных древесных пород.
При проведении лесомелиоративных работ в регионе можно использовать клен татарский, карагану древовидную. Так как карагана – ксерофит, потенциал влагопереноса при влажности древесины 0,5 ПВ для заболони составляет–10,1 МПа, для ядра –7,4 МПа. Клен татарский, несмотря на низкую функциональную влажность, имеет важные для существования в степи характеристики: он также ксерофит, потенциал влагопереноса при 0,5 ПВ составляет для заболони –15,2 МПа. Обе породы являются донорами по функции ядра во влагообмене. Эти условия позволяют успешно существовать в степной зоне. Породы акцепторы и мезофиты, имеющие потенциал влагопе-
Таблица 5
Зависимость диапазонов функциональной влажности корней и листьев от вида древесных растений
| Порода | Зона ствола | Диапазоны доступной влаги | ||||
| ПВ, % | 0,8-0,9 ПВ оптимальная | 0,6-0,8 ПВ достаточная | 0,5-0,6 ПВ напряженно-достаточная | 0,3-0,5 ПВ критическая | ||
| диапазон | ||||||
| устойчивого роста | риска и необратимых изменений | |||||
| Карагана древовидная | Корень | 158 | 126-142 | 95-126 | 79-95 | 47-79 |
| Лист | 230 | 184-207 | 138-184 | 115-138 | 69-115 | |
| Клен татарский | Корень | 128 | 103-115 | 77-103 | 64-70 | 38-64 |
| Лист | 143 | 114-128 | 86-114 | 71-86 | 43-71 | |
| Скумпия кожевенная | Корень | 172 | 137-155 | 104-137 | 86-104 | 51-86 |
| Лист | 185 | 148-166 | 111-148 | 92-111 | 55-92 | |
| Жимолость татарская | Корень | 116 | 93-104 | 69-93 | 58-69 | 35-58 |
| Лист | 209 | 167-88 | 125-167 | 105-125 | 68-105 | |
| Тамарикс ветвистый | Корень | 160 | 128-144 | 96-128 | 80-96 | 48-80 |
| Лист | 227 | 182-205 | 136-182 | 114-136 | 68-114 | |
| Можжевельник казацкий | Корень | 200 | 160-180 | 120-160 | 100-120 | 60-100 |
| Хвоя | 157 | 125-141 | 94-125 | 78-94 | 47-78 | |
| Можжевельник обыкновенный | Корень | 193 | 154-174 | 116-154 | 96-116 | 58-96 |
| Хвоя | 131 | 105-118 | 78-105 | 65-78 | 39-65 | |
| Туя западная | Корень | 101 | 81-90 | 61-81 | 50-61 | 30-50 |
| Хвоя | 219 | 175-197 | 131-175 | 109-131 | 66-109 | |
| Бузина черная | Корень | 112 | 90-100 | 67-90 | 56-67 | 34-56 |
| Лист | 431 | 344-388 | 259-344 | 216-259 | 129-216 | |
| Ольха черная | Корень | 485 | 388-437 | 291-388 | 243-291 | 146-243 |
| Лист | 329 | 263-296 | 197-263 | 164-197 | 99-164 | |
| Липа мелколистная | Корень | 182 | 146-164 | 109-146 | 91-109 | 55-91 |
| Лист | 244 | 195-219 | 146-195 | 122-146 | 73-122 | |
| Лещина обыкновенная | Лист | 246 | 197-222 | 148-197 | 123-148 | 74-148 |
| Корень | 485 | 388-437 | 291-388 | 243-291 | 146-243 | |
реноса от –5,0 до –10,0 МПа, могут существовать в азональных условиях, так как требуют свежих или влажных почв.
Использование в защитных лесных насаждениях липы мелколистной и лещины обыкновенной будет эффективным только на обыкновенных черноземах.
4.3. Классификация древесных пород по засухоустойчивости. Засухоустойчивость – способность растений сухих мест не прекращать жизнедеятельность в засушливые периоды (П. А. Генкель, 1982; М. Д. Кушниренко, 1991). За основу классификации по засухоустойчивости взяты числовые значения потенциала влагопереноса на границе между достаточным и критическим влагосодержанием (0,5 ПВ) (В. Д. Шульга, 2002, 2007).
По величине потенциала древесные породы четко дифференцируются на: ксерофиты (потенциал влагопереноса при 0,5 ПВ ниже –10 МПа), мезофиты (потенциал влагопереноса от –5 до –10,0 МПа), гигрофиты (потенциал выше –5 МПа) (табл. 6).
Таблица 6
Классификация древесных пород по засухоустойчивости
по потенциалам влагопереноса
| Экологические группы | Потенциал влагопереноса заболони, МПа | Группировка древесных пород по засухоустойчивости |
| Ксерофиты | > –10,0 | Дуб красный (–10,2…–10,0 МПа), робиния псевдоакация (–10,5…–7,7 МПа), вяз приземистый (–10,1…–11,1), клен татарский (–15,2 МПа), дуб черешчатый (–12,6…–9,4 МПа), карагана древовидная (–10,1…–7,4 МПа) |
| Мезофиты | –5,0…–10,0 | Береза повислая (–6,8…–5,6 МПа), ясень ланцетный (–6,8…–4,9 МПа), гледичия трехколючковая (–9,0…–15,5 МПа), шелковица белая (–7,7…–9,7 МПа), можжевельник казацкий (–6,1…–7,7 МПа), можжевельник обыкновенный (–6,6…–7,7 МПа), бузина черная (–5,7…–3,0 МПа), скумпия кожевенная (–6,8…–8,3 МПа), жимолость татарская (–7,2…–8,3 МПа), тамарикс ветвистый (–4,5…–8,3 МПа), смородина золотая (–6,8 МПа), каркас западный (–5,7…–6,1 МПа) |
| Гигрофиты | < –5,0 | Ясень обыкновенный (–2,2…–10,5 МПа), бук восточный (–4,8 МПа), граб обыкновенный (–2,7…–2,4 МПа) |
Примечание. Курсивом выделены объекты исследований.
Классификация древесных пород по засухоустойчивости объясняет соотнесение пород к определенным по механическому составу почвам, типам лесорастительных условий. Это может быть использовано и как гидрофизический критерий в отборе плюсовых деревьев.