Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук
06.03.01 - лесные культуры, селекция, семеноводство
ЛЕСОВОССТАНОВЛЕНИЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИНТРОДУЦЕНТОВ РОДА PINUS L. В ЗЕЛЕНОЙ ЗОНЕ ПОСЕЛЕНИЙ (НА ПРИМЕРЕ БРЯНСКОЙ ОБЛАСТИ)
Приставко Иван Алексеевич
Брянск 2013
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Согласно лесному законодательству (Лесной кодекс РФ, 2006; Положение об определении…., 2009), зеленые зоны поселений РФ устанавливаются в целях организации отдыха населения, сохранения санитарно-гигиенической, оздоровительной и эстетической ценности природных ландшафтов. Леса зеленых зон должны быть устойчивы к рекреационным нагрузкам, обладать эстетической привлекательностью формируемых ими ландшафтов (Антипов, 2000; Большаков, 2000; Соколова, 2008; Перепечина, 2008; Иванов, 2009).
Применяемые здесь отраслевые технологии лесовосстановления не обеспечивают в полной мере формирование лесных культур требуемых параметров (Таран и др. 1977; Антипов, 2000; Багинский, 2005). Введение в насаждения новых видов позволяет существенно расширить функции насаждений зеленых зон (Рубцов, 1977; Рубцов, 1984; Бирюков, 1989; Дроздов, 2001; Смирнова, 2001).
Имеются только отрывочные данные по введению сосновых интродуцентов в лесные культуры зеленых зон Брянщины (Бирюков, 1989; Рубцов, 1997; Смирнова, 1997, 2001). Влияние почвенно-грунтовых и погодных условий на их рост остается недостаточно изученным, отсутствуют данные по формированию ассимиляционного аппарата и структуре надземной фитомассы, депонированию углерода интродуцентами, требует уточнения технология лесовосстановления.
Работа выполнена в рамках госбюджетной темы на кафедре лесных культур и почвоведения БГИТА: «Разработка эколого-ресурсосберегающих технологий искусственного лесовосстановления в зоне хвойно-широколиственных лесов».
Цель и задачи исследований. Целью диссертационной работы являлось изучение формирования искусственных насаждений сосновых экзотов, их биологической продуктивности, подготовка предложений по введению сосновых интродуцентов в зеленые зоны. Для достижения поставленных целей изучались следующие вопросы:
1. Особенности роста лесных культур сосновых интродуцентов в различных почвенно-грунтовых условиях.
2. Влияние погодных условий на радиальный прирост сосновых видов.
3. Влияние физико-химических свойств почв на рост в высоту и по диаметру.
4. Формирование надземной фитомассы деревьев и насаждений интродуцентов, депонирование атмосферного углерода.
5. Формирование ассимиляционного аппарата, индекса листовой поверхности деревьев и насаждений.
6. Введение интродуцентов в зеленые зоны поселений.
Объектами исследований являлись искусственные насаждения сосны Банкса (Pinus banksiana L.), сосны Веймутова (Pinus strobus L.), сосны Муррея (Pinus murrayana Balf.), сосны кедровой сибирской (Pinus sibirica L.) и сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.), произрастающие в зеленой зоне 8 поселений Брянской области.
Научная новизна. Впервые изучен рост сосновых интродуцентов в насаждениях зеленых зон Брянской области в зависимости от почвенно-грунтовых и погодных условий, получены данные по структуре их надземной фитомассы, формированию ассимиляционного аппарата, депонированию атмосферного углерода.
Практическая значимость работы заключается в обобщении опыта интродукции видов рода Pinus L. в Брянской области, в разработанном комплексе технологических приемов создания лесных культур зеленых зон поселений Брянской области.
Обоснованность выводов и достоверность результатов исследований подтверждается большим объемом экспериментального материала, собранного и обработанного с использованием современных апробированных методов исследований и средств программного обеспечения для ПК.
Основные положения, выносимые на защиту.
1. Особенности роста интродуцентов сосновых видов в зеленой зоне поселений Брянской области.
2. Фракционный состав и вертикальная структура фитомассы сосновых видов.
3. Депонирование атмосферного углерода сосновыми интродуцентами.
4. Формирование ассимиляционного аппарата различных видов сосны.
5. Рекомендации по введению интродуцентов в зеленую зону.
Личный вклад автора. Разработка программы и методики исследований, подбор опытных объектов, сбор, обработка, анализ и обобщение экспериментального материала, формулирование выводов по результатам выполненной НИР, разработка предложений для производства, подготовка докладов и статей.
Апробация работы. Основные результаты исследований доложены и обсуждены на международных научно-практических конференциях: «Леса Евразии - Брянский лес» (Брянск, 2011); «Леса Евразии - Белорусское поозерье» (Беларусь, 2012); «Лесоуправление, лесоустройство и лесозащита - настоящее, будущее» (Брянск, 2012); «Современные проблемы и инновации в ландшафтной архитектуре» (Брянск, 2012); «Биосферносовместимые города и поселения» (Брянск, 2012); «Актуальные проблемы лесного хозяйства и ландшафтной архитектуры» (Брянск, 2013), «Рациональное использование, охрана, защита и воспроизводство лесных ресурсов» (Москва, 2011); на областном конкурсе научных работ «Современные достижения России» (Брянск, 2010-2013 гг., 2012 г - 1-е место, 2013 г - 3-е место); на межкафедральных заседаниях лесохозяйственного факультета БГИТА (2010-2013).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 научных статей, в том числе одна - в журнале, рекомендованном ВАК РФ (в трудах МГУЛа), и одна отправлена в печать.
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 178 страницах, состоит из общей характеристики работы, восьми глав, списка использованных источников и десяти приложений; иллюстрирована 42 таблицами, 34 рисунками. Список использованных источников включает 245 наименований, в том числе 9 на иностранном языке.
СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА
сосновый экзот биологический дерево
В диссертации приведена история становления и развития зеленых зон поселений в России, отражено, что леса зеленых зон улучшают ионизационный состав (Сверчков, 1964; Власюк, 1970; Таран, 1977), температурный режим и влажность воздуха (Берюшев, 1961; Машинский, 1962), обогащают его кислородом (Белов, 1964; Болычевцев, 1968; Володько, 1983) и фитонцидами (Токин, 1957; Пряжников, 1966; Протопопов и др., 1974; Сверчков, 1981), очищают от пыли и газов (Таран, 1977; Илькун, 1978; Вронский, 1996; Уткин и др., 2008). Леса играют значительную роль в углеродном балансе атмосферы (Алексеев, Бердси, 1994; Исаев и др., 1995; Усольцев, 2005). Насаждения зеленых зон все более активно вовлекаются в рекреацию (Большаков, 2000; Иванов, 2009).
На основании работ (Илькун, 1978; Матюк, 1983; Ерохина и др., 1987; Смоляк, 1990; Антипов, 2000; Дубовицкая, 2003; Папулов, 2004; Павлов, 2005; Неволин, 2003; Бех, 2007; Соколова, 2008; Тихонов, Прутской, 2009) выделены дополнительные требования к насаждениям зеленых зон: декоративность, долговечность, устойчивость, быстрота роста, газоустойчивость и др. Перспективны в этом отношении хвойные интродуценты: сосна кедровая сибирская, сосна Веймутова, сосна Банкса, сосна Муррея (Бирюков, 1989; Данчук, 1990; Rudolph, 1990; Дроздов, 2002; Ермоленко, 2002; Демидова, 2003; Беляев, 2010; Васильев, 2010; Мерзленко и др., 2011).
Отмечено, что сосна Банкса (Кобенский, 1966; Лантратов, 1980; Бирюков, 1989; Данчук, 1990; Юскевич, 2000; Шовган, 2002; Жмурко, 2003; Васильев, 2010), сосна Муррея (Мауринь, 1967; Куцевалов, 1977; Мелихов, 1984; Дроздов, 1998; Демидова, 2003; Бирюков, 2007) сосна Веймутова (Лаптин и др., 1979; Болотов, 1986; Бирюков, 1989; Смирнова, 1997; Дроздов, 1998; Фади, 2000; Серебрякова, 2005; Репин, 2009; Мерзленко и др., 2011) и сосна кедровая сибирская (Лоскутов, 1971; Бех, Таран, 1979; Дроздов, Лавренов, 1984; Пермяков, 1986; Игнатенко, 1988; Брынцев, 1990; Бех, 1991; Титов, 1995; Дроздов, 1998, 1999; Фади, 2000; Ермоленко, 2002) активно внедряются в европейской части России и в ближнем зарубежье. В тоже время почти полностью отсутствуют данные по их надземной фитомассе, по структуре ассимиляционного аппарата и его поверхности. Не обоснованы требования к почвенно-грунтовым и погодным условиям для успешного роста, требует корректировки технология лесовосстановления с использованием интродуцентов в зеленой зоне поселений Брянской области.
МЕТОДИКА РАБОТ, КРАТКАЯ ПРИРОДНО-КЛИМАТИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ
Для решения основных задач исследования в насаждениях сосны Банкса (Pinus banksiana L.), сосны Веймутова (Pinus strobus L.), сосны скрученной (Pinus contorta L.), сосны кедровой сибирской (Pinus sibirica L.) и сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) на территории 8 административных районов Брянской области было заложено 22 пробные площади с рубкой 63 модельных деревьев на фитомассу, взято 240 кернов древесины, 98 образцов почвы, 550 образцов фитомассы.
Рост сосновых интродуцентов изучался на временных пробных площадях, заложенных по общепринятым методам (ГОСТ 16128-70, ОСТ 56-69-83). На основании данных измерительной таксации (Загреев, 1991; Кишенков и др., 1996; Анучин, 2004; Верхунов, Черных, 2007) рассчитывали таксационные характеристики древостоев (средний диаметр, высота, относительная и абсолютная полнота, запас). Относительная полнота насаждения определялась в сравнении с насаждением сосны обыкновенной, класс бонитета по шкале М.М. Орлова (1925).
Рубку модельных деревьев проводили в сентябре - первой половине октября (Молчанов, Смирнов, 1967; Родин и др., 1968). Фракционный состав фитомассы определяли по методикам В.А. Усольцева (2005); Л.Е. Родина (1968); А.И. Уткина (1975), М.Г. Семечкиной (1978), А.А. Молчанова (1967). Модельные деревья (по 3 шт. на пробной площади) выбирали средними по высоте, диаметру, степени развития кроны. Фитомассу учитывали по 1-метровым (молодняки) и 2-метровым секциям. Массу ствола определяли через его объем по плотности древесины, полученной по спилам ствола (Молчанов, Смирнов, 1967). Фитомассу фракций кроны находили по модельным ветвям. По разнице весов всей ветви, ветви без хвои 1-го, 2-го, 3-го и последующих годов находили массу хвои различных возрастов. Аналогично устанавливали массу побегов текущего года, массу шишек. Из каждой фракции отбирали образцы, герметично упаковывали в пакеты и отправляли в лабораторию. Сушку образцов осуществляли в сушильном шкафу ШС-80-01 СПУ до постоянного веса при температуре 70-75оС (Snowdon, 2002).
Фитомассу фракций среднего дерева определяли как среднее фитомассы трех модельных деревьев, а запас фракций фитомассы древостоя - как произведение фитомассы каждой фракции среднего дерева на число деревьев на 1 га (Усольцев, Залесов, 2005). Размеры аккумуляции углерода в надземной части исследуемых культур рассчитывали исходя из того, что в 1 кг абсолютно сухой массы ветвей, коры и древесины содержится 0, 5 кг углерода, а в 1 кг абсолютно сухой массы древесной зелени - 0, 45 кг (Исаев и др., 1995 г; Алексеев, Бердси, 1994).
Для изучения почвенных условий на пробной площади закладывали один почвенный разрез глубиной 1, 5…2, 0 м и 3-4 прикопки (30…50 см) по рекомендациям кафедры лесных культур и почвоведения (Орловский, Остроумов, 1987; Маркина, 2003). Из середины слоя каждого генетического горизонта отбирали почвенный образец массой около 1 кг. Физико-химический анализ почвенных образцов проводили стандартными методами (Петербургский, 1968; ГОСТ 29269-91). В почвенных образцах определяли содержание подвижного фосфора (P2O5) и обменного калия (K2O) по А.Т. Кирсанову (ГОСТ 26207-91); гидролитическую кислотность (рH) - по методу Каппена (ГОСТ 26212-91); гумус - по методу И.В. Тюрина в модификации В.Н. Симакова (ГОСТ 26213-91); гранулометрический состав - по Н.А. Качинскому; плотность сложения почвы - весовым методом из рассыпного образца. Расчет запасов азота, фосфора и калия проводили послойно (20, 50 и 100 см) и для горизонтов А1 и А2В по методу Н.П. Ремезова (Маркина, 2013).
Влияние почвенных условий на рост оценивалось по среднему приросту модельных деревьев в высоту и по диаметру в первые 30 лет жизни (Z30h и Z30d). Связь средних приростов и почвенных условий оценивалась методом пошаговой регрессии (Мешалкина, Самсонова, 2008). Для регрессионных уравнений рассчитаны стандартизированные коэффициенты «beta», позволяющие оценить вклады независимых почвенных переменных в средний прирост.
Ширину годичных колец на кернах измеряли по фотографиям высокого разрешения (Марченко, 2008). Временные ряды радиального прироста (Zr) были преобразованы в индексы радиального прироста (Izr), рассчитанные через скользящую среднюю по 5 годам (Кухта, 2003; Велисевич, Хуторной, 2009). Связь индексов прироста и метеоданных (среднемесячные температуры и месячные суммы осадков мая, июня, июля, августа, сентября текущего и предыдущего годов) осуществляли с помощью корреляционного анализа (Тишин, 2011) в соответствии с рекомендациями К.С. Бобковой, (1981), А.Е. Кухта, (2003).
Опираясь на работы М.Я. Оскреткова (1956), Л.П. Яцыно (1977), А.И. Уткина с соавторами (2008) нами использован геометрический метод определения поверхности хвои (Sхв.) через ее длину и периметр поперечного сечения. Площадь поверхности хвои двуххвойных сосен определяли по формуле М.Я. Оскреткова (1959), а пятихвойных - по формуле W.T. Swank, H.T. Schreuder (1974). Хвою 1, 2 и 3 годов отбирали в верхней, средней и нижней частях кроны (Madqwick, 1964; Молчанов, Смирнов, 1967; Родин и др., 1968; Усольцев, Нагимов, 1988; Усольцев, Залесов, 2005). Длину хвои измеряли металлической линейкой с точностью 1 мм, толщину и ширину - по фотографиям высокого разрешения среза поперечного сечения с точностью 0, 01 мм (Марченко, 2008). Для определения площади поверхности хвои (Sхв) дерева нами использован показатель удельной листовой поверхности (SLA). Для всего насаждения по методике А.И. Уткина с соавторами (2008) рассчитан индекс листовой поверхности (LAI).