Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса по изучению опыта интродукции лиственницы 10
1.1. История интродукции лиственницы в Московской области 10
1.2. Состояние вопроса по изучению географической изменчивости лиственницы в Подмосковье 25
Глава 2. Краткая характеристика региона и объектов исследований 30
2.1. Геология и геоморфология района исследований 30
2.2. Климат и агроклиматические условия 32
2.3. Почвенный покров.; 38
2.4. Лесорастительный район 42
2.5. Объекты исследований 46
Глава 3. Программа и методика исследований 55
3.1. Программа исследований 55
3.2. Методика полевых работ 56
3.3. Методика обработки полевого материала 58
3.4. Объём выполненных работ 61
Глава 4. Продуктивность лиственницы в условиях подмоскоья и г. Москвы 62
4.1. Лесоводственное понятие продуктивности лесов 62
4.2. Общие тенденции современного состояния насаждений лиственницы в Московской области и г. Москва 64
4.3. Продуктивность эталонных насаждений лиственницы в Московской области и г. Москва 72
Глава 5. Географическая изменчивость успешности роста и продуктивности лиственницы 80
5.1. Оценка роста климатипов лиственницы в географических культурах Щёлковского учебно-опытного лесхоза 80
5.2. Оценка роста климатипов лиственницы в географических культурах Виноградовского опытного лесхоза 83
Глава 6. Продуктивность и состав смешанных насаждений в зависимости от вида и экотипа лиственницы и сопутствующей породы 105
Рекомендации по выращианию лиственницы 124
Литература 126
Приложение
- Состояние вопроса по изучению географической изменчивости лиственницы в Подмосковье
- Климат и агроклиматические условия
- Методика обработки полевого материала
- Общие тенденции современного состояния насаждений лиственницы в Московской области и г. Москва
Введение к работе
Актуальность темы. Повышение продуктивности лесов -законодательно закрепленная задача лесоводов России. Одним из эффективных способов ее' решения является улучшение состава существующих лесов путём внедрения высокопродуктивных устойчивых древесных пород (Мелехов, 1989). В Подмосковье с первой половины XIX века велась научно-практическая работа по интродукции перспективных древесных пород. Наилучшую продуктивность показала лиственница, вводимая вначале в лесопарковые насаждения, а затем в лесные культуры промышленного назначения. С 1948 г. до конца 60-х годов XX века в Московской области ежегодно создавалось 0,2-0,6 тыс. га лесных культур с участием лиственницы. Часть культур оказалась неудачной в связи с использованием непроверенных семян и ошибочным смешением пород при посадке. В настоящее время в области произрастают лишь 2,2 тыс. га насаждений лиственницы. В связи с тем, что в Подмосковье лиственница по сравнению с местными породами, требует более высоких затрат на проектирование, закладку лесных культур и последующий тщательный уход в первые годы жизни, с середины 80-х годов XX века площади создаваемых культур лиственницы значительно сократились.
До настоящего времени существуют противоречивые рекомендации по интродукции лиственницы в природные условия Подмосковья. Наиболее острыми остаются вопросы выбора наиболее продуктивных видов лиственницы и схем смешения пород. Изучение состояния созданных в Подмосковье насаждений лиственницы имеет большой научный интерес, анализ допущенных ошибок позволит предотвратить их повторение в будущем.
Цели и задачи исследования. Цель работы - научное обоснование
возможности повышения продуктивности лесов Подмосковья путём
интродукции наиболее устойчивых, быстрорастущих и
высокопродуктивных видов лиственницы, на основе опыта выращивания чистых и смешанных лиственничных насаждений, созданных в XIX и XX веках. Для достижения поставленных целей решались следующие задачи:
- анализ современного состояния лиственницы и её продуктивность в
условиях Московской области в разрезе агроклиматических районов с
использованием таксационных характеристик лесного фонда региона;
- выявление высокопродуктивных насаждений лиственницы в
Подмосковье, их детальное изучение с закладкой постоянных и временных
пробных площадей;
- изучение особенностей роста и оценка перспектив выращивания
лиственницы в условиях высокой рекреационной нагрузки в лесопарковых
насаждениях и аллейных посадках в г. Москве;
ретроспективный анализ популяционно-географической изменчивости лиственницы на опытных объектах в Московской области;
- установление закономерностей формирования состава насаждений в зависимости от вида и экотипа лиственницы, а также сопутствующей породы.
Научная новизна. Впервые для природных условий Подмосковья обобщен полуторавековой опыт интродукции 12 видов лиственницы из Евроазиатского и Североамериканского ареалов. Выявлены наиболее перспективные по продуктивности виды и экотипы лиственницы, а также изучены закономерности формирования смешанных насаждений различных видов и экотипов лиственницы с местными лесообразующими породами. Изучено влияние крупного мегаполиса на продуктивность и состояние различных видов лиственницы.
Практическая значимость. Результаты исследований могут использоваться при проектировании и создании высокопродуктивных лесных культур лиственницы промышленного и рекреационного значения, а также корректировки действующего «Лесосеменного районирования основных лесообразующих пород» (1982) для центральных областей европейской части России.
Диссертационная работа частично выполнена в рамках Федеральной целевой программы «Интеграция науки и высшего образования России» (2002-2004 гг., проект № Э0037 / 944 «Создание криобанка основных лесообразующих пород Восточной Европы») и НИОКР Федерального агентства лесного хозяйства Российской Федерации (2008 г., госконтракт № Р-4к-08/8 «Анализ состояния насаждений с участием лиственницы в подзоне южной тайги и зоне хвойно-широколиственных лесов европейской части России и разработка методических рекомендаций по ведению в них лесного хозяйства»).
Основные положения, выносимые на защиту:
Научное обоснование возможности повышения продуктивности лесов Подмосковья путём выращивания лесных культур из посадочного материала высокопродуктивных видов и экотипов лиственницы.
Популяционно-географическая изменчивость различных видов лиственницы.
Формирование оптимальных по составу насаждений лиственницы позволяет значительно повысить продуктивность лесов.
Личный вклад. Аналитический обзор проблемы, определение программы и методики работ, сбор полевого материала, обработка, анализ и обобщение полученных результатов, обоснование выводов и рекомендаций выполнены диссертантом самостоятельно. Работа является результатом 8-летних исследований автора (2000-2008 гг.).
Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались на Международной научной студенческой конференции
«Проблемы рационального хозяйства и охраны лесных экосистем - 98» (Москва, 1998); IV Пущинской конференции молодых ученых (Пушино, 1999); Международной конференции молодых ученых «Леса Евразии в третьем тысячелетии» (Москва, 2001); II Пущинской международной школе-семинаре «Экология 2002: Эстафета поколений» (Пущино, 2002); III Пущинской международной школе-семинаре «Экология 2004: Эстафета поколений» (Пущино, 2004); VIII Молодёжной конференции ботаников (Санкт-Петербург, 2004); IV Международной конференции молодых учёных «Леса Евразии - Восточные Карпаты» (Рахов, Украина, 2004); III Молодёжном научном семинаре «Биоразнообразие природных и антропогенных экосистем» (Екатеринбург, 2004); V Международной конференции молодых учёных «Леса Евразии - Уральские горы» (Чебаркуль-Екатеринбург, 2005); IV Пущинской международной школе-семинаре «Экология 2006: Эстафета поколений» (Пущино, 2006); VI Международной конференции молодых учёных «Леса Евразии -Венгерский лес» (Шопрон, Венгрия, 2006); Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы региональной экологии в условиях устойчивого развития» (Киров, 2007); VI Пущинской международной школе-семинаре «Экология 2007: Эстафета поколений» (Пущино, 2007); VIII Международной конференции молодых учёных «Леса Евразии -Северный Кавказ» (Сочи, 2008).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ, в том числе 1 в издании, рекомендованном ВАК.
Объём и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов и рекомендаций, списка литературы, включающего 216 наименований. Текстовая часть диссертационной работы изложена на 154 страницах, включая 31 таблицу, 20 рисунков и 3 приложения.
Состояние вопроса по изучению географической изменчивости лиственницы в Подмосковье
Введение в лесоводственную культуру новых пород - интродуцентов, сложный процесс, требующий проведения в условиях каждого лесорастительного района предполагаемой посадки большого количества опытов по подбору наиболее продуктивных видов и экотипов. Ареал естественного произрастания различных видов лиственницы занимает практически всю таёжную зону северного полушария. Разнообразие климатических, гидрологических, почвенно-грунтовых и фитоценотических условий в местах естественного произрастания обусловили наличие большого количества видов и межвидовых гибридов лиственницы, а в пределах вида -большого количества экотипов, обладающих различной лесохозяйственной ценностью. Московский регион, исторически располагающий на своей территории сеть лесных научно-исследовательских учреждений, является центром научных исследований по многим направлениям, в том числе и в вопросах географической изменчивости древесных пород. Насаждения лиственницы часто создавались из семян неизвестного происхождения. Основные выводы о районах возможной переброски семян были сделаны на основании небольшого числа посадок в Лесной опытной даче ТСХА и немногочисленных насаждениях известного происхождения.
Виды и экотипы, которые были апробированы на территории Московской области в промышленных посадках (Тимофеев, 1971; Рубцов, Николаев, Глазунов, 1997; Мерзленко, Мельник, 2000, 2001) к середине XX века представлены в таблице 4. В середине XX века, в связи с возникшим дефицитом проверенных семян и случаями гибели насаждений лиственницы, созданных из непроверенного посадочного материала, возникла необходимость проведения специальных исследований по выявлению новых возможных районов получения семян. В Московской области для решения этих вопросов заложены географические культуры: в 1946 г., 1948 - 1955 гг. в Серебряноборском опытном лесничестве Института леса АН СССР (Дылис, 1947, 1961), в 1952 и 1958 гг.- в Бронницком лесничестве (Дементьев, 1959), в 1957, 1960 и в 1964 гг.- в Щелковском учебно-опытном лесхозе (Мельник, 2002).
Московская область становится центром изучения географической изменчивости лиственницы. Приказом Министра лесного хозяйства РСФСР № 467 от 14 октября 1966 предписывалось обеспечить в 1967 - 1968 гг. закладку географических культур лиственницы в каждом специализированном лесосеменном лесхозе, широко используя опыт создания таких культур в Бронницком лесничестве Московской области.
Для эффективного использования в селекционно-семенноводческих целях географической изменчивости наследственных свойств основных лесообразующих пород требовалось применение особых методик. Такую методику разработал в 1972 г. ВНИИЛМ и одобрил Проблемный совет по лесной генетике, селекции и семеноводству и утвердил Председатель Госкомлеса СССР.
В период с 1973 по 1978 гг. по этой методике был заложен уникальный, не имеющий аналогов в мировой практике эксперимент по созданию сети географических культур основных лесообразующих пород: сосны, ели, дуба, лиственницы, кедра, пихты, охватывающий все лесорастительные районы страны. В России сохранился 71 участок географических культур указанных пород при их общей площади 793,9 га (Родин, Проказин, 2000).
Полных данных об испытанных видах лиственницы и результатах испытания в географических культурах Серебряноборского опытного лесничества Института леса АН СССР найти не удалось. Культуры были посажены двухлетними сеянцами из семян, собранных в природных популяциях Восточной Сибири и Дальнего Востока в 1948 - 1955 гг. В ходе работ испытаны лиственницы из Южного Сахалина; Ольгинского района Приморского края; низовий Амура (Николаевский лесхоз); Вилюйский район Якутской АССР; Покровский район Якутской АССР; Сосново-озерский район Бурятской АССР; Чернышевский лесхоз Читинской области; провинция Шаньси Северного Китая; Синотибетские альпы в провинции Сычуань (Дылис, 1961). Опубликованы данные о росте некоторых видов в возрасте до 20 лет, наиболее успешные результаты показали лиственница амурская и лиственница европейская (Тимофеев, 1977; Никитин, 1983).
Географические культуры лиственницы в Щёлковском учебно-опытном лесхозе заложены в разные годы несколькими исследователями для изучения различных вопросов роста лиственницы. Так в 91 квартале Воря-Богородского лесничества культуры созданы с целью изучения особенностей строения и роста корней лиственницы и определения устойчивости различных видов лиственницы к почвенным вредителям. В процессе этих работ испытывались экотипы лиственницы из Чехословакии (лесничества Бонимиль); третье поколение лиственницы европейской и лиственницы
Сукачева из Московской области (Броницкое лесничество); лиственница сибирская из Красноярского края (Бейский лесхоз) (Законова, 1974).
При испытании .. лиственницы в географических культурах Щёлковского учебно-опытного лесхоза МГУЛ были получены неудовлетворительные результаты роста дальневосточных происхождений. В 40-летнем возрасте на участке 10 лучшей по таксационным показателям была лиственница происхождением из Красноярского края и Свердловской области. Значительно отставала в росте по высоте и диаметру, а также и по запасу стволовой древесины лиственница хакасская (Мельник, 2002). Следует отметить, что по данным биометрических измерений, выполненным в 13-летнем возрасте А.И. Александровым (1971), наблюдалась аналогичная тенденция. Неудовлетворительные результаты также были получены при массовом введении в культуры лиственницы сибирской происхождением из Хакасии, при восстановлении лесосек военного времени на Клинско-Дмитровской гряде в Московской области. Лиственница снижает прирост после 30 лет, и, при наличии в составе до 5 единиц, заглушается елью, выпадает из состава насаждения (Мерзленко, Мельник, 2002).
Климат и агроклиматические условия
По данным агроклиматического справочника Московской области (1967), климат области характеризуется теплым летом, умеренно холодной зимой с устойчивым снежным покровом и хорошо выраженными переходными сезонами.
Годовой приход солнечной радиации (суммарной) на территории Московской области составляет примерно 87 ккал/см2, в том числе 41 ккал/см2 в виде рассеянной радиации. Среднемесячная температура воздуха самого теплого месяца - июля- 17 - 18,5С.Температура воздуха самого холодного месяца - января -10 —11 С. Годовая амплитуда среднемесячной температуры -27 — 28,5С. В отдельные годы возможно понижение температуры до -54С (1940). Летом на юге области до 39С (1938). В 90 % лет абсолютный минимум — -30С, а абсолютный максимум -32С.
Период с положительной среднесуточной температурой- 206 — 216 дней (с начала апреля до начала ноября), с отрицательной среднесуточной температурой -160 — 230 дней. Безморозный период длится 120 - 140 дней. Длина дня летом составляет 15 — 17 часов.
Московская область относится к зоне достаточного увлажнения, годовая сумма осадков составляет в среднем 550 — 650 мм. Две трети осадков в году выпадает в виде дождя. Преобладают дожди средней интенсивности, ливневые дожди сопровождаются грозами, иногда градом. В год бывает 21 -25 дней с грозой и 1 - 2 с градом.
Снежный покров образуется в конце ноября. К концу зимы высота снежного покрова достигает 30 — 45 см. Наибольший запас воды в снеге составляет 80-105 мм.
Ветровой режим характеризуется преимуществом северо-западных ветров в тёплый период (май - сентябрь) и юго-западных, южных и западных-в холодный. Скорость ветра в теплый период составляет 2 — 4 м/сек, в холодный период- 3 — 5,5 м/сек. Скорость ветра в тёплый период в дневное время суток в 2 - 2,5 раза превышает скорость ветра ночью.
Показателем теплообеспеченности вегетационного периода служит сумма положительных среднесуточных температур воздуха за период активной вегетации растений, то есть за период со средней суточной температурой выше 10С. Эта сумма на территории области изменяется от 1800Сдо2200С.
Условный показатель увлажнения — гидротермический коэффициент (отношение суммы осадков к испаряемости, выраженное суммой положительных температур воздуха за период выше 10С, уменьшенное в 10 раз), то есть:
Изменяется по области от 1,6 на северо-западе, до 1,2 на юго-востоке. Влагообеспеченность при таких ГТК достаточная. Учитывая тепло- и влагообеспеченность, а также рельеф и тип почвы, Московскую область можно разделить на три агроклиматических района. Карта агроклиматических районов Московской области показана на рис. 1.
Первый (I) агроклиматический район занимает северо-западную часть территории. Сумма среднесуточных температур за период активной вегетации растений составляет 1800 - 1900С. Гидротермический коэффициент 1,5 - 1,6.
Второй (II) агроклиматический район занимает центральную часть области. Сумма среднесуточных температур воздуха за период активной вегетации изменяется от 1900С до 2100С. Гидротермический коэффициент - 1,3 - 1,4. По разновидностям почвенных условий II район можно разделить на два подрайона: Па — с суглинистыми почвами и Пб — с песчаными и супесчаными почвами.
Третий (III) агроклиматический район занимает юго-восток области. Сумма средних суточных температур воздуха за период вегетации растений составляет 2100 - 2200С. Гидротермический коэффициент равен 1,2 — 1,3.
Методика обработки полевого материала
Статистическая обработка данных биометрических измерений проводилась методом вариационной статистики (Свалов, 1983) для того, чтобы объективно оценить достоинства и недостатки проведенных наблюдений, чтобы по результатам выборочных наблюдений сделать выводы об исследованной совокупности. Вычислялись следующие признаки: средняя арифметическая величина, среднее арифметическое отклонение, дисперсия совокупности, несмещенная дисперсия, коэффициент вариации, ошибка выборочной средней величины, показатель точности опыта, коэффициент корреляции, ошибка коэффициента корреляции. Полученный при исследовании географических культур лиственницы материал (линейные измерения и количественные учёты) позволил применить методы вариационной статистики (Рокицкий, 1961; Дворецкий, 1971; Свалов, 1983; Лакин, 1990) с расчётом для каждого признака среднего значения, ошибки значений, стандартного отклонения, точности и достоверности опыта, коэффициента изменчивости. В целом, точность определения диаметра и высоты не превышала 5 % при вариации от 9 до 57%. При измерении линейных приростов в высоту в ряде случаев точность превышала 5 %, что обусловлено высокой биологической, изменчивостью признака (в отдельных вариантах коэффициент вариации, достигал 106 %). В общем, получаемая точность опыта считается достоверной для лесохозяйственных исследований (Трулль, 1966) и обеспечивает достоверность теоретических выводов и закономерностей. Для объективного суждения о сравнительной, успешности роста и продуктивности испытываемых провениенций лиственницы рассчитывался относительный показатель, выраженный в единицах (долях) стандартного отклонения, что широко используется зарубежными учёными (Giertych, 1976, 1979; Paule, Laffers, Korpel, 1985). Такой подход дает возможность получения информации no-пластичности климатипов, т.е. их способности к адаптации в новых географических пунктах. Однако методика расчётов имела ряд специфических видоизменений, и в итоге было выдано среднеарифметическое значение долей стандартных отклонений по высоте, диаметру и запасу, как суммарный показатель целесообразности интродукции или внедрения конкретных провениенций (Мерзленко, Мельник, 1995). В связи с этим ход расчетов имел нижеследующую последовательность: 1) составление выборки опыта (перечня испытываемых провениенций); 2) расчет статистических показателей по высоте, диаметру, т.е. у получение p, - среднеарифметических показателей роста каждого климаэкотипа, а также местного климаэкотипа Хт; 3) расчет х по запасу стволовой древесины для всей выборки опыта; 4) расчет географического дифференциала или абсолютной успешности провениенций: 5) расчет в долях стандартного отклонения относительной успешности испытываемой првениенции: где U — абсолютная успешность провениенций по конкретному показателю роста и по запасу, S — стандартное отклонение по всей выборке опыта; 6) получение обобщенного показателя целесообразности внедрения климаэкотипа: относительная успешность по высоте; Qd — относительная успешность по диаметру; QM — относительная успешность по запасу. 7) оценивая полученные данные Gn, каждому экотипу присваивался соответствующий ранг Rn. 8) Расчёт общего индекса оценки продуктивности экотипа I: Для объективной оценки роста провиниенций использовался индекс оценки потомств (Роне, 1980). По возможности учитывалось максимальное число количество перечетов. Статистическая обработка материала выполнялась с применением современной электронно-вычислительной техники. На основании полученных при данных расчётах показателях делались выводы и рекомендации для использования изучаемых экотипов различных видов лиственницы для условий Московской области.
Общие тенденции современного состояния насаждений лиственницы в Московской области и г. Москва
Результаты работы лесоводов Московской области по интродукции различных видов лиственницы видны из динамики лесного фонда Московской области. За полуторавековой период введения лиственницы в лесные культуры промышленного значения площади лиственничников заняли обширные территории лесного фонда, показывая высокую продуктивность и устойчивость в данных условиях. В последнее время площади с преобладанием лиственницы значительно сокращаются. Так на 1 января 1983 г. насаждения с преобладанием в составе лиственницы занимали (без учета Кривандинекого и Щелковского учебно-опытного лесхоза) 2536,7 га, на 1 января 1993 г. -2492,0 га, на 1 января 2003 г.- 2223,0 га, что составляет 0,16% от общей территории лесного фонда области. Основная причина сокращения площадей, занятых лиственничными насаждениями, — общее снижение доли лесных культур при лесовосстановлении вырубок и приоритет в создании лесных культур местным видам, по причинам более простой агротехники создания и последующего ухода, а также наличия достаточного количества семян местного происхождения, более доступных, дешевых и хорошо проверенных. Площади производства лесных культур в Московской области в последние десятилетия не только не уменьшились, но и возросли. Однако лесные культуры лиственницы практически перестали создаваться, их доля не превышала 1 %. В период с 2009 - 2018 гг. долю лиственницы в общем объеме лесных культур планируется довести до 3% (Лесной план..., 2008). В Московской области лесная растительность занимает площадь 1,58 млн. га с запасом 352,12 млн. м3. На ее территории находится 26,2 % площади и 33,9 % запаса всех насаждений лиственницы в Центральном федеральном округе. По преобладающим породам площадь покрытых лесной растительностью земель Московской области разделена следующим образом: сосна обыкновенная 338,5 тыс. га (21,4 %); ель европейская 411,6 тыс. га (26,0 %); различные виды лиственницы 2,2 тыс. га (0,2 %); высокоствольный и низкоствольный дуб 26,6 тыс. га (1,7 %); береза 591,2 тыс. га (37,4 %); осина 145,5 тыс. га (9,2 %); ольха 54,2 (3,4 %); липа 9,6 тыс. га (0,6 %); прочие породы менее 0,5 тыс. га (0,02 %). Запасы древесины в Московской области распределены следующим образом: сосна европейская 82,82 млн. м3 (23,52 %); ель европейская 98,07 млн. м3 (27,85 %); различные виды лиственницы 0,53 млн. м3 (0,15 %); высокоствольный и низкоствольный дуб 5,39 млн. м3 (1,53 %); береза 117,73 млн. м3 (33,43 %); осина 36,97 млн. м3 (10,5 %); ольха 8,0 млн. м3 (2,27 %); липа 2,54 млн. м3 (0,72 %); прочие породы менее 0,09 млн. м3 (0,03 %). Средние таксационные показатели в Московской области по всем хвойным породам следующие: возраст — 68 лет; бонитет —1,2; полнота - 0,7; запас покрытых лесом земель 250 м3/га; запас спелых и перестойных насаждений 314 м3/га; среднее изменение запаса на 1 га - 3,5 м3/га; текущее изменение запаса 3,3 м3/га; средний состав 6Е1С2БЮс. Средние таксационные показатели в Московской области по всем мягколиственным породам следующие: возраст — 63 года; бонитет — 1,4; полнота - 0,71; запас покрытых лесом земель 168 м3/га; запас спелых и перестойных насаждений 130 м3/га; среднее изменение запаса на 1 га — 3,0 м3/га; текущее изменение запаса 2,7 м3/га; средний состав 5Б40сШ. Из представленных данных видно, что в настоящее время требуются значительные работы по вводу в эксплуатацию мягколиственных насаждений и дальнейшее повышение продуктивных лесов, в том числе созданием лесных культур лиственницы. По лесорастительным районам (Курнаев, 1982) общую территорию Московской области можно разделить на следующие группы: 1. Леса, расположенные в центральном районе подзоны северных хвойно-широколиственных лесов. 2. Леса, расположенные в центральном районе подзоны южных хвойно-широко-лиственных лесов. 3. Леса, расположенные в центральном районе подзоны широколиственных лесов. При проведении лесоустройства и составлении лесоустроительных материалов не выделяются отдельные виды лиственницы. При инвентаризации существующих насаждений чаще всего встречаются насаждения из лиственницы европейской и Сукачева. Практически невозможно получить данные по количеству и качеству лесных культур, созданных из семян различных областей, поэтому возможно получить только приблизительные данные о продуктивности лиственницы как рода, без разделения его на отдельные виды и экотипы.
