Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса 8
2. Программа, методика, объекты и объем исследований
2.1. Программа исследований 12
2.2. Основные положения методики исследований... 12
2.3. Объекты и объем выполненных исследований 14
3. Критерии уточнения классификации болот сфагновой группы для отнесения их к гидролесоме- лиоративному фонду 32
4. Лесоводственная эффективность длительного осушения болот сфагновой группы 40
5. Лесоводственная эффективность искусственного облесения осушаемых болот сфагновой группы 58
6. Лесоводственная эффективность естественного и искусственного облесения осушаемых болот сфагновой группы с применением удобрений 68
7. Динамика лесного фонда на объектах длительного осушения с различной представленностью болот сфагновой группы 86
8. Распределение сфагновых болот по группам лесоводственной эффективности осушения и рекомендации по их освоению в лесоводственных, рекреационных и защитных целях 97
Заключение 106
Литература 112
- Критерии уточнения классификации болот сфагновой группы для отнесения их к гидролесоме- лиоративному фонду
- Лесоводственная эффективность длительного осушения болот сфагновой группы
- Лесоводственная эффективность искусственного облесения осушаемых болот сфагновой группы
- Лесоводственная эффективность естественного и искусственного облесения осушаемых болот сфагновой группы с применением удобрений
Критерии уточнения классификации болот сфагновой группы для отнесения их к гидролесоме- лиоративному фонду
К основным группам типов заболоченных лесов и болот (категорий переувлажненных земель - «Основные положения по гидролесомелиорации», 1995) Н.И.Пьявченко (1959, 1963; Сабо и др., 1981) отнес леса и болота: 1) грунтового (евтрофного) типа водно-минерального питания, расположенные преимущественно в пониженных проточных и слабопроточных элементах рельефа и на окрайках переходных болот; 2) атмосферно-грунтового (мезо-трофного) типа водно-минерального питания, характерные для слабопроточных понижений в рельефе и окраек болот с более бедными переходными и верховыми торфами; 3) атмосферного (олиготрофного) типа водно-минерального питания, распространенные в неглубоких понижениях террас и водоразделов и встречающиеся в нижних частях склонов выпуклых верховых болот.
Из третьей группы атмосферного питания выделяется сфагновая подгруппа, которая является наиболее гетеротрофной — неоднородной по лесо-растительным условиям. По исследованиям многих авторов такое разнообразие обусловливается различиями в глубине торфа, строении торфяной залежи, зольности торфа, характере подстилающих торф минеральных грунтов, размещении в рельефе, водно-минеральном питании. Данная подгруппа представлена сфагновым типом условий местопроизрастания на торфянистых, торфяно-глеевых и торфяных почвах верхового типа. Встречается на водоразделах, склонах, нижних частях склонов выпуклых верховых болот, в замкнутых понижениях.
Поскольку сфагновая группа столь различна по лесорастительным условиям, то и лесоводственная эффективность осушения этих земель резко различна, варьируя, по Е.Д.Сабо (Пьявченко, Сабо, 1962), в пределах от 0,3 до 3,8 м3/га дополнительного прироста в год.
Обычно одинаковой лесоводственной эффективностью лесоосушения могут характеризоваться внешне схожие типы леса и болота в пределах одного ландшафта с сопоставимыми по зольности и виду торфа в корнеобитае-мом слое и режиму УГВ, от есть сходными лесорастительными условиями. Однако не редки случаи, когда, один и тот же тип леса или болота может требовать применения различных методов осушения и выбора параметров осушительной сети для достижения сопоставимого лесоводственного эффекта.
В отношении этих земель остро стоит вопрос о совершенствовании метода изучения эффективности гидролесомелиорации для более четкого разделения входящих в нее болот на отдельные подгруппы по отзывчивости на осушение. При этом нет единого мнения в отношении факторов, которые определяют эффективность их лесоосушения.
Критики существующего общепринятого метода (рассмотрено во многих работах - Елпатьевский, 1957; Писарьков, Тимофеев, 1957, 1964; Вомпер-ский, 1968; Бабиков, 1984, 1993 и др.) указывают на недостаточность оценки лесоводственной эффективности осушения только на основе ее взаимосвязи с зольностью торфа и водным режимом почв (УГВ) на конкретном участке (фации) лесоболотного массива (как это принято сейчас). Они (см. ниже) отмечают, что необходим учет смежных с фацией участков, которые влияют на формирование ее лесорастительных условий в результате различий в водно-минеральном питании.
Появились публикации, которые рекомендуют учитывать при гидролесомелиорации такие характеристики, как геоморфологические формы и преобладающий вид стока (Рубцов, Книзе, 1976), гидрологические условия, рельеф местности и причинную связь между географической средой, в которой протекает формирование болот, и закономерности их собственного развития (Елпатьевский, Кирюшкин, 1976; Кирюшкин, 1980; Кирюшкин, Жиров, 2003). Рекомендуется оценивать плодородие торфяных почв не по отдельным показателям, например, по зольности, а по комплексу факторов (Пьявченко, 1978, 1985), включая и такие, как скорость вертикальной и горизонтальной фильтрации в корнеобитаемом слое, концентрацию ионов растворенных веществ в водной среде, содержание углекислоты и кислорода (Иванов, 1988). Широко распространены случаи, когда формирование лесо-растительных условий на окрайках болот происходит как под влиянием на них стока бедных вод с шапок выпуклых верховых торфяников, так и вод с окружающих суходолов с почвами различного минерального состава (Орлов, 1991; Кузьмин, 1993; и др.). В подобных случаях для правильного прогноза лесоводственной эффективности осушения необходимо изучать не только показатели болотного массива, но и учитывать условия близлежащих суходолов.
Из изложенного следует, что дальнейшая детализация классификации переувлажненных земель и, в первую очередь, сфагновой категории, проектирование мероприятий по повышению продуктивности и воспроизводству лесов на них, а, следовательно, и метод изучения лесоводственной эффективности гидролесомелиорации должны базироваться на ландшафтном подходе с учетом местности и генезиса болот на уровне урочищ и составляющих их фаций (Киреев, 1984,2000; Юренков, 1997). Это, в свою очередь, требует учета литологического состава подстилающих горных пород, генетической сопряженности фаций в лесоболотном урочище (Киреев, 2000), мощности очеса и стратиграфии торфяной залежи, особенно в верхнем ее «мелиоративном» (метровом) слое (Константинов, Юзепчук, 1972; Бабиков, 1976, Смирнов, 1983, Красильников, 1998; Кузьмин, 1993 и др.), химизма болотных вод и ряда других факторов.
Лесоводственная эффективность длительного осушения болот сфагновой группы
В соответствии с изложенным выше, этот вопрос изучался с привлечением материалов, имеющихся в лаборатории почвоведения и гидролесомелиорации СПбНИИЛХ. Материалы подобраны по осушаемым сосновым насаждениям чистых и с небольшой (до 1-2 единиц) примесью в составе березы на пробных площадях, заложенных как самим автором, так и другими сотрудниками института в различные годы. В первую очередь оценивалось влияние длительного (до 80 лет) осушения на рост насаждений, произрастающих на площадях с глубиной торфа менее 1,0 м при подстилании его почвами тяжелого (суглинками, глинами) и легкого (супесями и песками) механического состава. В табл. 2 приведена таксационная характеристика сосновых насаждений с торфянистыми и маломощными торфяными почвами на суглинках и глинах по 13 пробным площадям с 17 учетами на них. На рис. 12 рассмотрены зависимости дополнительного накопления запаса за период осушения от давности осушения и возраста насаждений.
Поскольку после осушения полноты и запасы насаждений меняются по-разному, то запасы приводились к нормативной полноте, равной, по предложению М.П.Елпатьевского, К.К.Буша, Е.Д.Сабо, Т.К.Капустинскайте, Ю.Ю.Русецкаса и др. (Константинов и др., 1995), 0,7. На эту же полноту вычислялись величины дополнительного накопления запаса. Методика вычисления следующая: 1) определялся запас на полноту 0,7, исходя из фактического; 2) определялся запас насаждения на тот же возраст, но без осушения по таблицам хода роста сосновых насаждений для Ленинградской области (Третьяков, Горский, Самойлович, 1952) на полноту 0,5 для площадей, занятых в момент осушения древостоями V класса бонитета, и на полноту 0,4 для необлесенных в исходном состоянии болот; 3) вычислялась величина дополнительного накопления запаса за счет мелиорации путем деления разницы полученных в пп. 1 и 2 запасов на продолжительность осушения, лет.
Как видно из рис.12, величина дополнительного накопления запаса меняется с увеличением продолжительности осушения, достигая максимума примерно через 50 лет после проведения мелиоративных работ на суглинках и глинах и примерно через 60 лет после мелиорации на супесях и песках. Для сосновых насаждений кустарничково-сфагнового и пушицево-сфагнового типов при обеспеченности нормы осушения 30 - 40 см лучшие лесово-дственные результаты (от 1 до 2,6 м /га в год) получены на неглубоких торфяниках, подстилаемых суглинками и глинами. На торфяниках, подстилаемых супесями и песками (табл.3) эти результаты в среднем ниже на 0,5 м3/га в год и равны 0,5 - 2,0 м /га в год. Достоверность результатов, аппроксимируемых уравнениями параболы, достаточно высока (табл.4).
Таким образом, подтверждена целесообразность деления неглубоких торфяников сфагновой группы на площади с тяжелыми и легкими минеральными грунтами. При этом зольность верховых и верховопереходных торфов в верхнем 0 - 30 см корнеобитаемом слое не выходит за пределы 3,0 - 5,0 % (табл.5), что не противоречит нормативам (Вомперский, 1957, 1959; Пятец-кий, 1976; Красильников, 1998; и др.). По нашим данным, эффективность длительного осушения этой категории болот сфагновой группы оказалась несколько выше (Основные положения..., 1995) и может быть в ряде случаев оценена второй группой лесоводственной эффективности.
Связь между дополнительным накоплением запаса и возрастом насаждения не обнаружена (см. рис.12). Как в молодых, так и в старых насаждениях одинаково часто можно встретить высокие и низкие показатели дополнительного накопления запаса. Это подтверждает правильность методического подхода, выбранного нами при определении лесоводственной эффективности осушения.
Лесоводственная эффективность искусственного облесения осушаемых болот сфагновой группы
Рассмотрим этот вопрос на примере двух объектов с различной мощно-стю торфяной залежи верхово-переходного и верхового типов. На лесобо-лотном массиве «Введенское» культуры сосны созданы посадкой двухлетних сеянцев под меч Колесова (Бабиков, Матюхина, 1978) по плужным пластам, подготовленным канавокопателем ЛКА-2. Расстояние между бороздами примерно 5 м. Шаг посадки варьирует от 0,6 до 1 м. Культуры заложены в кварталах 159, 160, 172, 173, 183 и 184 Слудицкого лесничества (рис.6) на участках с оторфованием от 0,5 до 2,0 м (рис.7). Торфяная залежь в первом случае верхово-переходная, во втором - верховая. Зольность торфа в верхнем 0 - 30 см слое варьирует соответственно от 4,8 до 8,0 и от 3,4 до 6,0 % при степени разложения 5-10% для верхового и до 30-35% для переходного торфа. Уклоны поверхности не превышают 0,001 — 0,0015. Лесоводственные результаты искусственного их облесения после предварительного осушения площади (осушители глубиною 1,0 м проложены на удалении 150 м друг от друга) приведены в табл. 12 и на рис. 17а.
На участках с верхово-переходной торфяной залежью производительность и запасы насаждений выше, чем на участках с верховой торфяной залежью, где состояние культур очень плохое и они не сомкнулись. На участке с верхово-переходной торфяной залежью производительность насаждений снижается с увеличением глубины торфа от 0,5 до 1,0 м. С увеличением густоты культур снижается средний диаметр.
Последующие исследования на участке с верхово-переходной торфяной залежью показали, что состояние каналов осушительной сети за последние 10-15 лет здесь ухудшилось, наблюдается застой воды. Текущий бонитет за десятилетие снизился с 11,6 до III класса. Наблюдается усыхание культур (рис. 176). Напочвенный покров возвращается к исходному, что отмечено и в менее заболоченных исходных типах леса (Дорошин, 1997).
Для выявления тенденций роста культур был отобран один ряд деревьев (106 шт.). У всех деревьев был замерен ежегодный прирост по высоте (по мутовкам). Для выявления отличий в росте между деревьями различных социальных групп весь массив деревьев был разбит на 4 условные ступени толщины ( до 6 см, от 6 до 8, от 8 до 10 и более 10 см). Для каждой ступени был получен усредненный ряд значений приростов по высоте за период роста культур. Как видно на рис. 18, для всех четырех ступеней толщины характерны однотипные изменения: 1) в период до 1984-1985 гг. происходит заметное увеличение ежегодных приростов; 2) в период с 1985 до 1990-1991 гг. наблюдается резкий спад приростов. Очевидно, что такое заметное изменение может произойти только в силу нарушения одного из основополагающих факторов жизнедеятельности насаждения - в нашем случае — выход из строя осушительной сети и вторичное заболачивание; 3) в период с 1991 по 99 гг наблюдается некоторая стабилизация приростов на различных уровнях с незначительными колебаниями. Такую стабилизацию можно объяснить приспособлением молодых лесных культур к переувлажнению, а некоторое увеличение приростов в отдельные годы - засушливым вегетационным периодом.
Для математического описания наблюдаемых тенденций роста культур нами выбраны полиномиальные кривые, характеризующиеся наибольшими показателями достоверности аппроксимации (R2). Кривые, за весь периода роста культур показывают, что снижение приростов по высоте у меньших ступеней толщины имело место в 1984-1985 гг., а у крупных деревьев — на два года позже.
Важен и вопрос стабильности прироста культур сосны в последние годы. Возможно, что в связи с ухудшением работы осушительной сети и произошел спад приростов, но сейчас он прекратился. Для уточнения этого проанализируем только приросты за последнее десятилетие (рис.19). Как видно, более жизнеспособные деревья максимальных ступеней «откликнулись» на временное улучшение условий (засушливые 1992 - 1993 гг.), но общая тенденция к уменьшению прироста сохраняется.
Изменилось и соотношение деревьев разных бонитетов в разные периоды роста культур с 1990 по 1999 гг. (табл.13) Оказалось, что число деревьев первого бонитета уменьшилось более чем в 2,5 раза. Около 8 % деревьев растут по пятому классу бонитета.
Кроме того, необходимо учитывать, что за период, прошедший с момента посадки культур, происходит заметное изреживание и выпадение деревьев. Известно (Бабиков, Матюхина, 1978), что через 7 лет после создания культур их отпад составил 51-87%. В исследованном учетном ряду длиной 180 м обнаружено 105 живых и 1 мертвое дерево. Следовательно, при среднем расстоянии в ряду 0,8 м, к настоящему моменту уже около 54 % в культурах отпало, что значительно превышает нормы естественного отпада для культур такого возраста. Отметим, что в ряде мест лесоболотного массива «Введенское» культуры уже погибли полностью, а в подавляющем большинстве находятся в бо- лее угнетенном состоянии, чем в месте отбора модельных деревьев. В 2000 году были проведены очередные замеры таксационных показателей лесных культур на пробных площадях (ПП) 3 и 6а. Эти площади были заложены в начале 90-х годов.
Лесоводственная эффективность естественного и искусственного облесения осушаемых болот сфагновой группы с применением удобрений
Исследования по этому вопросу проводились на болотном массиве «Ширский мох» в Опытном лесном хозяйстве «Сиверский лес». Опытный участок (ОУ) 50 заложен В.К.Константиновым в 1990 г. в кв.77 Онцевского лесничества в средней части склона болотного массива в пределах грядово-мочажинного комплекса (рис. 4) с уклоном поверхности 0,002. Задача опыта - изучить влияние интенсивного осушения и удобрения дистрофного болота на эффективность возобновления и рост сосновых молодняков. Участок расположен в межканальном пространстве шириной 60 м и состоит из двух секций 30x20 м с буферным промежутком 120 м и отстоит от просеки между кварталами 77 и 78 на 40 м и 240-260 м от квартала 69. Данный участок осушался в два приема: в 1959 г. были построены экскаватором Э - 352 осушители глубиною 1,3 м через 100 м друг от друга, в 1967 г. в межканальных пространствах проложены дополнительные осушители фрезерной машиной МК - 1,2. Глубина фрезерных осушителей составляла 0,8-1,2 м. В 1991 и 2001 гг. она соответственно уменьшилась до 0,6 и 0,5 м. Глубина торфяной залежи равна 3,0 - 4,0 м. Лесорастительные условия исключительно бедные. Верхний полуметровый слой фускум-торфа в 1990 г. характеризовался слабой степенью разложения (3-9%), низкой зольностью в слое 0,05-0,5 м (1,5-1,8%) (табл. 14). На глубине 0,5-0,75 м залегает пушицево-сфагновый верховой торф со степенью разложения 26% при зольности 1,2%. Только в самом верхнем 5-см слое наблюдалось некоторое увеличение степени разложения (с 3 до 9%) и заметное увеличение зольности (до 4,7%), что было связано с длительным (32 года) осушением и удобрением участка 22 года назад. Двухэтапное осушение способствовало естественному возобновлению и усилению энергии роста имевшегося подроста сосны высотою 0,5 м.
При этом реакция отдельных редкостойных деревьев сосны, имевших возраст до 100-120 лет при средней высоте 2,2 м и среднем диаметре на высоте груди 3,0 см была минимальной (Кирий и др., 1992) В мае 1969 г. по проекту М.Ф.Мойко была удобрена с самолета АН-2 полоса стометровой ширины вдоль просеки между кварталами 77 и 78 в границах 77 квартала от его северной границы до озера Ширское. Секция 1 ОУ-50 попала в эту полосу, а секция 2 заложена вне зоны удобрения. Доза удобрения составила Nioo Р200 Kioo- Применялись мочевина (N 46%), суперфосфат двойной гранулированный (Р2О5 44%) и хлористый калий (К20 58,1 %). На третий год после удобрения осушаемого участка грядово-мочажинного болота с редкой низкорослой сосной размеры хвои старых деревьев возросли примерно вдвое, а хвои подроста - почти на 50%. Масса ее увеличилась соответственно на 230 и 180%. Максимум этого увеличения приходился на второй и третий годы после внесения удобрений. Резко (не менее чем в 2-3,5 раза) увеличилась ширина годичных колец. Прибавка прироста в высоту (на 50% и более) началась со второго года, достигнув максимальных значений на третий-шестой годы. У некоторых деревьев, в том числе старых, наблюдаются весьма высокие темпы роста по диаметру продолжались более 10-15 лет. В 1990, 1991 и 2001 гг. сделаны новые учеты на постоянных пробных площадях (секциях) с удобрением и без внесения удобрений (табл. 15). Результаты исследований позволяют сделать следующие выводы. Интенсивное в два этапа осушение дистрофного грядово-мочажинного верхового болота создает условия для формирования сосновых насаждений из наличного подроста и естественного возобновления. Без дополнительного удобрения осушение таких болот для выращивания насаждений с эксплуатационными запасами древесины нецелесообразно.
Одноразовое внесение полного удобрения улучшило лесорастительные условия бедной торфяной почвы (зольность торфа возросла через 22 года после удобрения только в верхнем 5-сантиметровом слое с 1,8 до 4,7%, что отчасти можно объяснить и другими причинами, например, выпадением атмосферной пыли) и обеспечило рост сосновых молодняков по III классу бонитета. Примененная доза удобрения близка к оптимальным нормам. Исходя из первого учета в 1990 - 1991 гг., считали, что в возрасте 50 лет запас древостоя на удобренном участке даже без дополнительной подкормки составит не менее 100 м3/га. Показатели учета 2001 года превысили прогнозные для удобренного участка, где запас достиг 131 м /га. В целом полученные результаты по облесению дистрофных глубокооторфованных верховых болот естественным и искусственным путем в связи с их осушением и удобрением указывают на возможность вовлечения этой категории переувлажненных земель в мелиорацию при особом обосновании и для специальных целей. Это, прежде всего, актуально для земель, попавших в зону осушения вдоль линейных сооружений (дороги, газопроводы и др.); для территорий, где проводится выращивание лесов, используемых в рекреационных целях (парки, лесопарки и др.). Влияние осушения и лесокультурного освоения аналогичных участков болота «Широкий мох» с уклоном поверхности несколько большим, чем на ОУ-50 изучалось на ОУ-22 и ОУ-23 (рис. 24, 25), которые были заложены М.М. Елпатьевским. Размер ОУ-22 составляет 85x290 м. Он разрезан по длине осушителями и разделен ими на 5 полос шириною 5, 10 и 20 м и разбит на три секции, каждая площадью около 1 га. На двух из них поверхность отфрезерована. На первой -западной - применялась прицепная к трактору Т-100Б машина Mill -1,7, где торф отфрезерован на глубину до 40-50 см с одновременной прикаткой поверхности. На второй - центральной секции - торф фрезеровался навесной машиной ФБН-0,9 на глубину 10-15 см без прикатки обработанной поверхности. Третья - восточная - не фрезеровалась, но, как и весь ОУ-22, была засыпана торфяной крошкой слоем 5 см, выброшенной при прокладке дополнительных продольных каналов фрезерным каналокопателем МК-1,2.
