Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса 8
2 Регион, программа и методика исследования 19
2.1 Регион исследования 19
2.2 Природно-климатические условия региона исследования 25
2.3 Программа и методика исследования 34
3 Продуктивность лесных полос с участием робинии лжеакации 42
3.1 Ход роста робинии в лесных полосах при смешении с другими породами 42
3.2 Надземная фитомасса лесных полос с участием робинии 70
3.3 Жизненное состояние лесных полос 81
Выводы 92
4 Мелиоративная роль фитонасыщенности лесных полос с участием робинии лжеакации 94
4.1 Влияние фитонасыщенности лесных полос на свойства почвы под пологом насаждения 94
4.2 Влияние фитонасыщенности лесных полос на снежный покров межполосных полей 100
4.3 Влияние фитонасыщенности лесных полос на урожай
сельскохозяйственных культур 103
Выводы 109
5 Оценка ресурсов лесных полос с участием робинии лжеакации 111
5.1 Ценность древесных ресурсов 111
5.2 Ценность мелиоративных ресурсов 114
5.3 Общая ценность ресурсов лесных полос 117
Выводы 119
Заключение 120
Предложение производству 123
Список литературы
- Природно-климатические условия региона исследования
- Надземная фитомасса лесных полос с участием робинии
- Влияние фитонасыщенности лесных полос на снежный покров межполосных полей
- Ценность мелиоративных ресурсов
Природно-климатические условия региона исследования
Сторонником совместного произрастания робинии лжеакации и сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) на песчаных почвах выступает X. Эйзенрейх [147]. Однако в нашей области не удалось создать продуктивные сосново-робиниевые древостой. Так по данным А.А. Кулыгина и В.М. Павлова [89], в 1939 году в Каменском лесхозе Ростовской области под меч Колесова с размещением 3x1 м была посажена робиния лжеакация с сосной обыкновенной. В возрасте 36 лет таксационные показатели робинии были больше, чем у сосны по высоте на 9,0 % и по диаметру примерно на 41 %. Однако, по данным П.В. Сидаренко и О.И. Ба-хиловой [127], в условиях свежей субори робиния лжеакация растёт лучше, чем сосна обыкновенная, а в условиях сухого бора, наоборот, сосна выше робинии.
Для древостоя при смешении робинии лжеакации и гледичии трёхколючко-вой (Gleditsia triacanthos L.) характерны все недостатки чистых насаждений [75]. Так по данным Н.М. Грисюк и О.Н. Царенко [43], в молодом возрасте гледичия растёт лучше робинии. Согласно исследованиям Л.С. Савельевой [120], гледичия имеет поверхностную корневую систему, что усиливает конкуренцию за влагу верхних горизонтов почвы. Однако, по данным А.А. Кулыгина [88], на богатых почвах, смешанные робиниево-гледичиевые насаждения могут расти по классу бонитета 1а.
На неудачные опыты создания культур робинии лжеакации с ясенем обыкновенным (Fraxinus excelsior Bork.) в Манычском лесхозе Ростовской области и в Ново-Покровском лесничестве Краснодарского края указывает В.П. Кучин [91]. По данным Н.М. Грисюк и О.Н. Царенко [43], своевременным проведением ухода можно получить высокопродуктивное смешанное насаждение ясеня обыкновенного и робинии лжеакации (насаждение Н.П. Кобранова в Мариупольской Л ОС). Однако В.В. Паракин [108] считает, что в полезащитных лесонасаждениях «ясень обыкновенный не будет являться хорошим спутником для робинии лжеакации, так как угнетается ею и в сильной степени поражается древесницей въедливой». По мнению М.И. Гордиенко [38], П.В. Сидаренко и О.И. Бахиловой [127], в смешении с ясенем ланцетным (Fraxinus lanceolata Bork.) робиния лжеакация растёт лучше, чем в чистых по составу насаждениях.
В условиях Велико-Анадольского массива (Украина) произрастают достаточно продуктивные насаждения робинии при смешении с клёном остролистным (Acer platanoides L.) [141]. По мнению В.И. Гримальского [40], клён остролистный при смешении с робинией лжеакацией способствует формированию у неё «стволов лучших технических качеств». Однако Ф.Н. Харитонович [144] считает, что робиния лжеакация своей корневой системой угнетает клён остролистный.
По данным А.А. Кулыгина [86], в Романовском лесхозе Ростовской области на тёмно-каштановых почвах робиния лжеакация хорошо произрастает с клёном татарским (Acer tataricum L.). С клёном ясенелистным (Acer negundo L.) робиния лжеакация не образует устойчивых массивных насаждений в условиях степи [127]. Ф.Н. Харитонович [143] считает нецелесообразным смешивать робинию лжеакацию с березой, обе породы являются светолюбивыми и плохо оттеняют почву. По мнению Л.С. Савельевой [120], породой-ингибитором для робинии лжеакации является абрикос обыкновенный.
По мнению В.В. Паракина [109] (в Ростовской области) и А.И. Голикова [35] (в Молдавии) для получения древостоев высокой продуктивности хорошими спутниками для робинии лжеакации будут теневыносливые кустарники, такие, как жимолость татарская, бузина чёрная, свидина кроваво-красная, клён татарский, смородина золотая и другие. Ф.Н. Харитонович [143] рекомендует в насаждения робинии вводить бузину чёрную, гордовину, калину, клён татарский, бирючину. Мелиоративное влияние лесных полос, заключающееся, прежде всего, в формировании микроклимата и почвенных условий, исследовалось в работах Панфилова Я.Д. [107], Бодрова В.А. [23], Матякина Г.И. [97], Никитина П.Д. [100], Долгилевича М.И. [51], Высоцкого Г.М. [30], Васильева Ю.И. [26], Степанова A.M. [128], Гаршинёва Е.А. [34], Барабанова А.Т. [17], Константинова А.Р. и Струзера Л.Р. [79], Семенютиной А.В. [124], Кретинина В.М. [82], Танюкевича В.В. и Полуэктова Е.В. [130], Каргова А.С. [73], Сушкова М.М. [129] и др. [150, 157, 158, 159].
Агролесомелиоративные насаждения формируют микроклимат, повышают плодородие почв, снижают резкие проявления водной и ветровой эрозии [9]. При этом создаются условия для адаптации возделываемых видов и сортов растений к местным условиям среды. Так согласно разработанной В.М. Ивониным [66] теории адаптивной лесомелиорации, «противостояние опустыниванию степных аг-роландшафтов с помощью агролесомелиоративных насаждений возможно при адаптации их к факторам окружающей природной среды и расширении адаптивных возможностей культивируемых растений, с повышением устойчивости, продуктивности, биоразнообразия ландшафтов и биологизации их технических составляющих при наращивании биомассы растения».
В агролесомелиорации мелиоративное влияние насаждений на агроланд-шафты связывают с их конструкцией (продуваемой, ажурной, плотной) [22, 63, 76]. Однако в большей части робиниевых лесонасаждениях, возраст которых составляет не менее 40 лет, с момента закладки посадок не проводились хозяйственные работы, направленные на поддержание их конструкций. Таким образом большая часть посадок стихийно разрослась и самоуплотнилась. На эту проблему обращали внимание Ю.И. Васильев [26] - в Волгоградской области, В.В. Танюке-вич [134] - в Ростовской области.
По данным В.В. Танюкевича и Н.В. Михеева [133], несмотря на однородность конструкций и прочих условий, на межполосных полях имеет место значительная вариабельность урожая и показатели микроклимата (скорость ветра, толщина снежного покрова и т. д.). Это наталкивает на мысль о том, что «в условиях стихийно сформировавшихся агролесомелиоративных насаждений применение конструкции в нынешнем её понимании затруднено» [131]. Определение конструкций лесных полос проводится визуально, что при отсутствии эталона влечёт за собой известную погрешность (АС РФ № 2285389). Кроме того, визуальная оценка насаждений не в полной мере учитывает их физические свойства как объекта.
Новым подходом в агролесомелиорации следует считать мелиоративную роль фитомассы, которая формирует надземный профиль насаждения с различной степенью фитонасыщения. Впервые такая гипотеза была высказана М.И. Долги-левичем [49]. Доказательства данного подхода были опубликованы в 1988 году Усольцевым В.А. [138, 139] для лесов Северной Евразии, а в 2013 году Танюке-вичем В.В. [131] для чистых по породному составу лесных полос Ростовской области (рисунок 1.1 - 1.2).
Согласно этим данным, робиниевые лесные полосы плотной конструкции, преобладающие в Ростовской области, имеют существенно изменяющуюся надземную фитомассу, величина которой зависит от условия местопроизрастания насаждений. По мере увеличения надземной фитомассы происходит резкое снижение энергии ветра у заветренной опушки. При этом обратно пропорционально происходит снего- и влагонакопление. Однако данный подход, относительно смешанных по составу насаждений, требует уточнения в силу конкурентных взаимоотношений древесных пород, о чём говорилось ранее.
Изучением фитомассы лесомелиоративных насаждений занимался относительно небольшой круг учёных. Среди них следует отметить работы Долгилевича М.И., Попова В.П., Поповой О.С. [50], Кулика К.Н. [83], Князевой Л.А. [77], Танюкевича В.В. и Ивонина В.М. [131, 133], а также зарубежных учёных [148, 149, 151, 153]. В основном этими авторами даются укрупнённые оценки биомассы насаждений, причём, как правило, молодняков, с расчётом энергетического эквивалента самой массы. Методические вопросы исследования фитомассы лесных насаждений проработаны Замолодчиковым Д.Г. [56], Зубовым СМ. [60], Исаевым А.С. [71], Рождественским С.Г. [117], Усольцевым В.А. [138, 139], Уткиным А.И. и Дылисом Н.В. [142] и др.
Надземная фитомасса лесных полос с участием робинии
Опытные участки (оп. уч.) № 1-4 были заложены в Боковском административном районе (рисунок 2.1). Согласно типологической формуле, насаждения с участием робинии лжеакации произрастают на южных тяжелосуглинистых чернозёмах. По своему увлажнению почвы относятся к сухим и суховатым. Опытные участки № 5-8 закладывались в Октябрьском (с) административном районе. Насаждения произрастают на обыкновенных тяжелосуглинистых суховатых чернозёмах. Опытные участки № 9-11 были заложены в Красносулинском административном районе. Здесь встречаются два типа почв: чернозёмы южные и обыкновенные. Почвы средние суглинистые, суховатые и свежие по увлажнению.
Таким образом, было заложено 11 опытных участков (оп. уч.), в том числе в чистых робиниевых насаждениях - участки № 3, 4, 5, 8, 10. В робиниево 36 ясенеевых насаждениях (Fraxinus lanceolata Bork.) - участки № 1, 7 и 9. В робини-ево-вязовых лесных полосах (Ulmis pumila L.) - участки № 2, 6 и 11. Почти все исследуемые лесные полосы имеют визуально одинаковую конструкцию - плотную. Возраст насаждений на момент исследования 35-40 лет.
При разработке первого программного вопроса проводили закладку пробных площадей по ОСТ 56-69-83 «Площади пробные лесоустроительные. Методы закладки» [104]. На пробных площадях проводилась сплошная перечислительная таксация, по результатам которой определяли среднюю высоту и диаметр древесной породы и лесной полосы в целом, возраст, густоту, состав и запас лесонасаждения. По полученным данным пробных площадей были выбраны модельные деревья для изучения их хода роста. Анализ хода роста деревьев проводился по общепринятой в таксации методике [70] с определением возраста по пятилетним периодам, с исследованием хода роста по высоте, диаметру и объёму ствола. Конструкцию исследуемых лесных полос различной фитонасыщенности определяли оптическим методом с анализом фотоизображения на ПК с использованием программы «GIMP 2».
Группу возраста робинии лжеакации определяли согласно данным Ивонина В.М. и Танюкевича В.В. [68], для Доно-Донецкого ЛМР: молодняки - до 20 лет; средневозрастные насаждения - от 21 до 50 лет; приспевающие - от 51 до 60 лет; спелые и перестойные - от 61 до 80 лет. Продолжительность класса возраста принималась 10 лет. Возраст спелости у робинии лжеакации составил 61-70 лет.
На пробных площадях проводилось исследование надземной фитомассы, при этом ориентировались на методику Танюкевича В.В. [131]. Отбор модельных деревьев проводился по линии условного поперечного профиля в каждом ряду. Были приняты следующие разделения фитомассы на укрупнённые фракции: ствол с корой, ветви, древесная зелень. Масса фракций определялась в свежесрублен-ном состоянии, точность измерения до 100 гр. Ориентируясь на ГОСТ 16483.1-84 [39], исследовались спилы на содержание сухого вещества термовесовым методом. Древесная зелень собиралась согласно ГОСТ 21769-84 [40] для последующей сушки и определения массы в воздушно-сухом состоянии. Объём надземной ча сти исследуемых насаждений, оказывающих мелиоративное влияние на межполосное поле, рассчитывали как произведение средней высоты, протяжённости посадки и её ширины с учётом разрастания.
Фитонасыщенность 1 га лесной полосы определялась как отношение надземной фитомассы насаждения к объёму её надземной части. Распределение насаждений по степени фитонасыщенности (высокая, средняя, низкая) проводили по формуле Гаусса. - Г=о- (21) где М- среднее значение фитонасыщенности по всем пробным площадям; л, - фитонасыщенность і-ой пробной площади, %; о - стандартная ошибка Гаусса; п - число пробных площадей, шт.
Исследования фитомассы и роста робинии в лесных полосах проводили с учётом их жизненного состояния. Жизненное состояние робинии лжеакации определяли по шкале категорий состояния лиственных пород (таблица 2.3), с расчётом средневзвешенной категории состояния древостоев (Кср). При Кср= 1-1,5 древостой считается условно здоровым; при Кср= 1,6-2,5 слабоугнетённым, при Кср = 2,6-3,5- среднеугнетённым, при Кср= 3,6-4,5 - сильноугнетённым и при Кср выше 4,6 погибшим.
Установление видового состава возбудителей болезней робинии лжеакаци-ии проводили по макроскопическим и микроскопическим признакам поражений листьев, ствола и ветвей [55]. Также в ходе исследований определялись интенсивность транспирации, водоудерживающая способность и активность окислительно-восстановительных ферментов (каталазы) у здоровых и угнетённых в различной степени деревьев. Определение интенсивности транспирации определяли при помощи торсионных весов по методу Иванова Л.А. [52]. Метод основан на учёте изменения массы срезанного транспирирующего листа за короткие промежутки времени, что даёт возможность наблюдать транспирацию в том состоянии насыщенности листа водой, в котором он находится на растении.
Влияние фитонасыщенности лесных полос на снежный покров межполосных полей
Приведённые данные таблицы 3.11 и рисунков 3.30-3.32 показывают, что в 20-тилетнем возрасте (молодняки) дерево имеет высоту 7,7 м и диаметр ствола 8,3 см; в 50 лет (средневозрастное насаждение) высота дерева будет 12,4 м, а диаметр его ствола составит 13,6 см; в 60 лет (приспевающие насаждения) дерево достигнет высоты 13,5 м, а диаметра - 14,3 см. Объём ствола, согласно графику, в 20 лет составит 0,023 м3; в 50 лет - 0,090 м3, а в 60 лет - 0,1066 м\ В возрасте спелости (70 лет) робиния достигнет высоты 14,0 м и диаметра ствола 15,0 см, объём ствола будет 0,121 м3. Во время проведения исследования возраст робинии лжеакации был 35 лет, средний запас стволовой древесины составлял 84,83 м3/га. К возрасту спелости запас древесины робинии может достигнуть 97,94 м3/га.
Таким образом, в возрасте спелости на чернозёмах южных высота робинии лжеакации в робиниево-ясеневом древостое составила 12,2 м, а диаметр ствола -14,1 см (оп. уч. № 1); в робиниево-вязовой лесополосе соответственно - 8,6 м и 10,0 см (оп. уч. № 2); в чистом по составу насаждении высота робинии равна 10,3 м, диаметр ствола 12,0 см (оп. уч. № 3); с подлеском из смородины золотой, соответственно - 11,5 м и 12,6 см (оп. уч. № 4); в робиниево-вязовом древостое высота робинии составит 8,8 м, а диаметр ствола будет 10,8 см (оп. уч. № 11). Наибольшую высоту и диаметр робиния лжеакация имеет при произрастании с ясенем зелёным и в лесонасаждении с подлеском из смородины золотой. Наименьшие таксационные показатели были получены при смешении робинии с вязом мелколистным.
На чернозёмах обыкновенных в возрасте спелости высота робинии лжеакации в чистом по составу древостое равна 12,8 м, а диаметр ствола - 13,8 см (оп. уч. № 5); при произрастании с вязом мелколистным высота робинии составит 11,2 м, диаметр ствола - 12,2 см (оп. уч. № 6); при смешении с ясенем зелёным высота робинии 14,6 м, диаметр ствола 16,2 см (оп. уч. № 7); с подлеском из жимолости татарской соответственно - 13,7 м и 14,6 см (оп. уч. № 8); в робиниево-ясеневом насаждении на свежих чернозёмах (оп. уч. № 9), высота робинии будет 16,0 м, диаметр ствола 18,8 см; в чистом по составу древостое на свежих чернозёмах (оп. уч. № 10) её высота равна 14,0 м, диаметр ствола - 15,0 см. Наилучшие таксационные показатели робиния лжеакация имеет при смешении с ясенем зелёным и в насаждении с подлеском из жимолости татарской, наихудшие - при произрастании с вязом мелколистным.
Надземную фитомассу лесных полос исследовали, в соответствии с приведённой в главе 2.3 методикой, на опытных участках № 1-4 и № 11, заложенных на чернозёмах южных, и № 5-10, заложенных на чернозёмах обыкновенных. Лесонасаждения на чернозёмах обыкновенных представлены пяти-шестирядными посадками, с шириной лесополосы 15-18 м. Количество рядов в лесонасаждениях на чернозёмах обыкновенных от 3 до 7, ширина, соответственно, 9-21 м. Возраст защитных лесонасаждений 35-40 лет. В таблицах 3.12-3.15 приведены данные по надземной фитомассе защитных лесонасаждений с учётом их ширины и состава. Данные таблицы составляли по форме, предложенной Танюкевичем В.В. [131].
Надземная фитомасса 3-ёхрядной робиниевой лесной полосы, произрастающей на чернозёме обыкновенном (состав ЮРл) № оп. уч. Параметры 1 га лесной а. кО. Таксационные показатели Надземная фитомасса, кг/га А5о я в3 (-о Ксв Я О Н ЯО полосы Sсв"І-о о3 м S оSСв св& а Й «г св SCJсв X свСі ч о и нCJ 3 иЁ и древесная зелень 3 ю о длина, м ширина, м 5 1111 9 1 9,7 10,5 442 21,22 10968 4109 371 15448 0,48 10,6 11,3 478 22,93 11850 4440 401 16690 лJ 9,8 10,6 446 21,40 11060 4144 374 15577 Итого: 10,0 10,8 1366 65,55 33881 16394 1145 47720 Графический анализ распределения надземной фитомассы по основным фракциям и рядам в насаждении представлен на рисунке 3.32.
Распределение фракций надземной фитомассы по рядам в трёхрядной робиниевой лесополосе на чернозёме обыкновенном Наибольшая фитомасса в лесной полосе характерна для фракции «ствол» и составляет 76,5 % от общей наземной фитомассы насаждения. На долю ветвей приходится примерно 21 % и древесной зелени - 2,5 %. Надземная фитомасса лесной полосы по рядам распределяется не равномерно. Наибольшее значение фитомассы по приведённым фракциям (ствол, ветви, древесная зелень) характерна для среднего ряда лесной полосы и составляет 16690 кг/га, что примерно на 7 % больше, чем в опушечных рядах. Уменьшение фитомассы в крайних рядах в защитных лесных насаждениях связано с наличием опушечного эффекта [105, 133]. Фитонасыщенность надземной части 1 га трёхрядной робиниевой лесной полосы, чистой по составу, на чернозёме обыкновенном составляет 0,48 кг/м3.
Ценность мелиоративных ресурсов
Исследования влияния лесных полос с участием робинии на формирование снежного покрова проводили в 2011-2013 гг. в аграрных хозяйствах по районам исследования согласно приведённой в главе 2.3 методике. В Боковском административном районе исследования проводили на межполосном поле хозяйства «Каргинское», в Октябрьском (с) районе - в хозяйстве «Заря Дона» и Красносу-линском районе - в хозяйстве «ОАО Сулинское».
В зимний период древесные породы находятся в безлистном состоянии и на снегораспределение на межполосном поле будет оказывать влияние фитонасы-щенность лесной полосы [133], которая, как уже указывалось ранее, несмотря на идентичную внешнюю конструкцию, существенно отличается в зависимости от породного состава древостоя. Почти все исследуемые лесные полосы визуально имеют плотную конструкцию, кроме трёхрядной лесополосы, количество рядов составляет от 5 до 7, схема посадки 3,0 1,0 м.
В таблице 4.3 приводятся результаты полевых экспериментов по изучению мелиоративного влияния лесных полос с участием робинии имеющих разную фитонасыщенности на мощность снежного покрова на межполосном поле.
Влияние лесных полос различной фитонасыщенности на мощность снежного покрова на межполосном поле Состав лесной полосы Фитонасы-щенность,кг/м3 Мощность снежного покрова (см) на расстоянии, кратном Н 10 20 30 35 (контроль)
Регрессионный анализ таблицы 4.3 позволил получить следующие уравнения зависимости мощности снежного покрова в зоне мелиоративного влияния лесных полос с участием робинии от их фитонасыщености:
Рисунок 4.4 - Мощность снежного покрова на межполосном поле в зоне мелиоративного влияния лесных полос различной фитонасыщенности
Приведённые данные таблицы 4.3 и рисунка 4.4 показывают, что наибольшая мощность снежного покрова (27-30 см) отмечена на расстоянии кратном 5-10Я" от заветренной опушки в зоне мелиоративного влияния робиниево-ясеневых полезащитных лесных полос высокой фитонасыщенности (оп. уч. № 1; № 7; № 9). Наименьшей мощностью снежного покрова (20-24 см) на межполосном поле характеризуются робиниево-вязовые насаждения с низкой фитонасыщенностью (оп. уч. № 2; № 6; № 11). Лесные полосы с подлеском из кустарника (оп. уч. № 4 и № 8) и чистые по составу робиниевые насаждения (оп. уч. № 3; № 5; № 10), характеризующиеся средней фитонасыщенностью, по мощности снежного покрова на расстоянии, кратном 5Н, занимают промежуточное значение (24 - 26 см). У опушки наветренной лесополосы мощность снежного покрова в 1,4 раза выше, чем в центре поля у насаждений с низкой фитонасыщенностью, и в 1,6 раз у насаждений с высокой фитонасыщенностью, что свидетельствует об уменьшении скорости ветра под влиянием лесных полос. Минимальная мощность снега (13-19 см) отмечена и на контроле (35Я).
Таким образом, мощность снежного покрова в зоне мелиоративного влияния защитных лесных насаждений зависит от фитонасыщенности лесных полос. Эти данные соответствуют результатам исследования Танюкевича В.В. и Ивонина В.М. [133] по влиянию лесных полос различной фитонасыщенности на ветровой режим.
Лесные полосы, оказывая влияние на снегораспределение, могут воздействовать и на величину урожая сельскохозяйственных культур [63]. Согласно приведённой в главе 2.3 методике, в районах проведения исследований в тех же хозяйствах, где изучалась мощность снежного покрова на межполосных полях, на указанных контрольных точках в 2012-2013 гг. был проведён учёт урожая озимой пшеницы в состоянии полной её спелости (Приложение В). Культура межполосных полей - озимая пшеница, сорт «Коллега». Сорт полукарликовый с высотой растения 83-90 см, среднеспелый, сравнительно устойчив к полеганию. Имеет высокую всхожесть 96%, вес 1000 зёрен составляет 40-45 г, норма высева - 286 кг/га, густота растений 285-330 шт. / м2. Средний урожай озимой пшеницы в зоне мелиоративного влияния лесных полос с участием робинии различного породного состава и фитонасыщенности приведён в таблице 4.4.