Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Березняки Среднего Поволжья

ВАК РФ 06.03.03, Лесоведение и лесоводство, лесные пожары и борьба с ними

Содержание диссертации, доктора сельскохозяйственных наук, Денисов, Сергей Александрович

ВВЕДЕНИЕ

1. ИЗУЧЕННОСТЬ БЕРЕЗНЯКОВ СРЕДНЕГО ПОВОЛЖЬЯ

2. ПРОГРАММА, МЕТОДИКА, ОБЪЕМ ИССЛЕДОВАНИЙ

3. ЛАНДШАФТНЫЕ ЧЕРТЫ СРЕДНЕГО ПОВОЛЖЬЯ.

ИСТОРИЯ БЕРЕЗОВЫХ ЛЕСОВ В ГОЛОЦЕНЕ

3.1 Рельеф

3.2 Климат

3.3 Почвообразующие породы

3.4 Почвы

3.5 Физико-географическое и лесорастительное районирование

3.6 Роль березовых лесов в формировании лесного покрова в настоящем и историческом прошлом.

4. ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ ПРОДУКТИВНОСТЬ БЕРЕЗОВЫХ

ЛЕСОВ И ИХ ФОРМАЦИОННАЯ СТРУКТУРА

4.1. Потенциальная продуктивность березовых древостоев европейской части России

4.2. Формационная структура березовых лесов Среднего Поволжья

4.2.1. Зона смешанных лесов

4.2.2. Подзона средней тайги

4.2.3. Подзона южной тайги

4.2.4. Зона широколиственных лесов

4.2.5. Зона лесостепи

5. ЛЕСОВОДСТВЕННЫЕ СВОЙСТВА БЕРЕЗЫ ПОВИСЛОЙ

И ПУШИСТОЙ И ИХ НАСАЖДЕНИЙ

5.1. Отношение к климатическим факторам

5.1.1. Отношение к свету

5.1.2. Отношение видов березы к теплу

5.1.3. Отношение к осадкам

5.2. Отношение к почвенно-гидрологическим условиям

5.3. Придаточное корнеобразование березы повислой и пушистой, как их видовая специфика экологического значения

5.4. Репродуктивная способность березняков 154 5.4.1 Плодоношение и качество семян березы

5.4.2. Биометрия семян и особенности анемохории

5.4.3. Характеристика порослевого возобновления

5.5. Динамика роста видов березы в их онтогенезе

5.6. Надземная фитомасса и ее структура у разновидовых березняков

5.7. Сравнительные пылезадерживающие свойства листвы березы повислой и пушистой

5.8. Особенности истечения пасоки у березы повислой

6. БЕРЕЗЫ ПОВИСЛАЯ И ПУШИСТАЯ КАК ЛЕСООБРАЗОВАТЕЛИ. ОСОБЕНОСТИ И ДИНАМИКА ФИТОЦЕНОТИЧЕСКИХ ОТНОШЕНИЙ

6.1. Роль березы в естественном лесовозобновлении гарей

6.2. Березы как основные лесообразователи и породы-пионеры

6.3. О диаметре крон и высоте подроста в связи с переводом площадей с семенным возобновлением березы в категорию хозяйственно-ценных молодняков

6.3. Динамика формационной структуры березняков в связи с их онтогенезом в различных эдатопах

7. ХОЗЯЙСТВЕННОЕ ЗНАЧЕНИЕ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЗОНАЛЬНО-ТИПОЛОГИЧЕСКИХ И ВИДОВЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ БЕРЕЗНЯКОВ

7.1. Меры содействия возобновлению березы и условия по переводу в хозяйственно ценные молодняки площадей вырубок, возобновившихся березой

7.2. Рубки ухода в хвойных молодняках, заросших березой

7.3. Специализация хозяйства на крупномерную древесину в березняках липовых

7.3.1. Световые условия и состояние ярусов растительности

7.3.2. Образование водяных побегов

7.3.3. Динамика основных таксационных показателей

7.4. Лесосырьевое значение видовой спецификации березняков

7.4.1. Запасы бересты в березняках разного видового состава

7.4.2. Запасы почек как лекарственного сырья у отдельных деревьев березы повислой и пушистой

7.4.3. Базисная плотность древесины в березняках в связи с видовым и формовым разнообразием березы

7.5. Основы комплексного хозяйства в березняках из повислой и пушистой березы

Введение Диссертация по сельскому хозяйству, на тему "Березняки Среднего Поволжья"

К березе и березовым лесам можно относиться по-разному - как к сырью, как к лесному биогеоценозу, как к месту отдыха, в конце концов, как к компоненту нашей повседневной жизни.

По учету лесного фонда России на 1.01.1993 года доля мел-кол7иственных лесов определена в 87,7 млн.га (77,5% - березовые леса) с запасом в 8,5 млрд. куб.м (70,2% - запасы березовой дре весины).

На территории Среднего Поволжья, куда входят Костромская, Кировская, Нижегородская, Ульяновская, Пензенская, Самарская области, Республики Марий Эл, Татарстан, Чувашия, Удмуртия, Мордовия, к середине девятнадцатого века участие березняков в лесном фонде не превышало 15%. К настоящему времени их доля здесь возросла по отдельным областям до 30.40%. В целом же, по региону березняки занимают 32,1% лесопокрытой площади (Юр-кевич, Гельтман и др.1978; "Лесной фонд России", 1995).

Так исторически сложилось, что за общим названием рода Betula в практическом лесоводстве скрыты два вида - Betula pendula Roth, (береза повислая) и Betula pubescens Erch. (береза пушистая) Это обусловлено, видимо, установившейся давней традицией считать эти мелколиственные породы сорными, малоценными и не заслуживающими особого внимания, что позволяло до сих пор обходиться лишь общим названием рода "береза" и "березовые леса". Между тем, березы имеют большое народнохозяйственное значение, существенно раличаются по своим лесоводственным (биологическим и экологическим) свойствам. Эти свойства определяют формационную структуру березовых лесов, которая в целом по европейской части России остается не изученной.

Несмотря на значительное распространение в Среднем Поволжье березовых лесов (более четверти земель государственного лесного фонда), особенности их существования и фитоценотических взаимоотношений в данном аспекте не изучены. Лесовозобновительные процессы на гарях и вырубках рассматриваются без учета видов березы.

Существующие нормативные документы фактически не учитывают формационную структуру березовых насаждений. Ведение же хозяйства в березовых лесах требует комплекса знаний о их природе.

С совершенствованием технологий по переработке древесины, значение березы все более возрастает. Так пересматривается отношение целлюлозно-бумажной промышленности к лиственной древесине как существенно более плотной в сравнении с хвойной, что позволяет обеспечить больший выход целлюлозы на варку (Алексеев, Полубояринов, 1986). Сегодня березовая древесина используется весьма широко, а крупномерные сортименты ее стали дефицитны. Все шире используются эти два вида березы в качестве посадочного материала при озеленении на насыпных и намывных почвах, для использования при рекультивации засоленных, нарушенных земель и отвалов различных горнообогатительных и металлургических производств. Множество березняков возникает на вырубках и гарях в результате неправильно примененных рубок леса. Уже только по наличию больших массивов березовых лесов можно судить о смене пород, которая является интегральным зеркалом ведения лесного хозяйства (Колданов, 1966). Предоставленные самим себе, березовые леса, тем не менее, дают значительный выход деловой ценной древесины. В этом смысле они выгодны: при полном отсутствии заботы - значительные доходы. Что же следует ожидать при проявлении должного внимания к хозяйству в березняках?

Следует учесть и большое экологическое значение березовых лесов, которые быстро захватывают открытые пространства, удерживая эти площади за лесной растительностью.

Г.Ф.Морозов (1970), читая лекцию "О лесоводственных устоях", прямо указывал на необходимость уметь законы жизни леса превращать в принципы хозяйственной деятельности. Только претворяя в жизнь это кредо (символ веры), можно реально способствовать формированию устойчивых и высокопродуктивных лесов (рис. 1.).

ЗАКОНЫ ЖИЗНИ ЛЕСА

ЭКОЛОГИЯ видов

ПОРОДЫ

БИОЛОГИЯ видов экотоп V

ТИПЫ ЛЕСА У

ВОЗОБНОВЛЕНИЕ И ФОРМИРОВАНИЕ ммм

МММ

СЫРЬЕВОЕ И ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ ЛЕСОВ

ХОЗЯЙСТВЕННОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ

ОТБОРЕ СЕЛЕКЦИЯ

МЕЛИОРАЦИЯ

РУБКИ ЛЕСА

СОДЕЙСТВИЕ ВОЗОБНОВЛЕНИЮ ЛЕСА

ЛЕСНЫЕ КУЛЬТУРЫ жжж

МЕТОДЫ ВЕДЕНИЯ ЛЕСНОГО ХОЗЯЙСТВА

Рис. 1 Схема лесохозяйственного влияния на лес.

Развитие леса происходит под постоянным и длительным (на протяжении многих поколений) влиянием среды. Эта связь закрепляется в процессе эволюции видов генетически, входя в биологию вида. Иначе говоря, среда определяет, по словам Г.Ф.Морозова, существование леса. Единство среды и организма в области лесоводства выражается известной схемой биогеоценоза В.Н.Сукачева. Практически экотоп, представляя неживую часть биогеоценозов, определяет существование тех или иных форм жизни и ее продуктивности: в данном случае лесов различных формаций, формы, состава, продуктивности и т.д. Именно экотоп первоначально отбирает виды, соответствующие его условиям и лишь потом идет корректировка видового состава фитоценозов через свойства самих видов, позволяя или нет существовать и процветать одним или относительно процветать другим.

Исходя из основных взаимосвязей в биогеоценозах, на которые можно целенаправленно воздействовать, мы должны довольствоваться пожалуй лишь влиянием на возобновление и формирование, подправляя в желательную сторону ход естественных процессов. Все остальное в наших современных условиях чрезвычайно дорого - и мелиорация и лесная селекция. Но и они без лесоводственных уходов не принесут пользы.

Таким образом, тезис Г.Ф.Морозова о превращении законов жизни и развития леса в принципы хозяйственной деятельности, должен являться основой всего лесоводства. В широком понимании это можно отнести ко всем reo- и экосистемам, а не только к лесу. Всякое насилие над живой природой, проведение любых хозяйственных мероприятий без всестороннего учета её законов существования приводит лишь к отрицательным результатам, снижая устойчивость биогеоценозов, приводя к неоправданным материальным и трудовым затратам. Всё это в полной мере относится и к березовым лесам, появление которых во многих случаях является следствием нарушения законов жизни леса при проведении хозяйственных мероприятий.

Данная работа посвящена сравнительному изучению экологических и биологических свойств березы пушистой и повислой и особенностям их насаждений (формационной структуре, возбновлению и формированию), а также лесохозяйственным мерам, позволяющим наиболее полно и рационально использовать имеющийся значительный потенциал березняков Среднего Поволжья.

Актуальность проблемы заключается в том, что в Среднем Поволжье (Костромская, Кировская, Нижегородская, Ульяновская, Пензенская, Самарская области, Республики Марий Эл, Татарстан, Чувашия, Удмуртия, Мордовия) широкое распространение получили березовые леса, занимающие здесь до трети площадей государственного лесного фонда. Эти березняки возникли в результате массовых пожаров и хозяйственной деятельности, часто ведущейся вразрез с законами жизни леса. При этом, возрастающие техногенные воздействия человека на природу усиливают при экстенсивном лесном хозяйстве экологическую роль пород пионеров и, в первую очередь, березы.

В настоящее время назрела необходимость рационального и полного использования значительного экологического и сырьевого потенциала березовых лесов, основой которых являются березы повислая и пушистая. Лесоводственные свойства этих двух видов обуславливают формационную структуру, зонально-типологические характеристики и хозяйственное значение березовых лесов.

Переход к новым экономическим отношениям делает целесообразным в них комплексное многоцелевое хозяйство.

Все это позволяет расценивать изучение биологических и экологических свойств березы повислой и пушистой и их насаждений как теоретическую основу хозяйства, а возобновление, рубки ухода, использование фитомассы как практическое преломление этих свойств.

Личное участие автора в полученных результатах. Диссертационная работа выполнена лично автором на кафедре лесоводства Марийского государственного технического университета. Автором разработана методология, составлена программа и методика исследований; обследованы и заложены опытные объекты, проведены экспериментальные работы. Проанализированы и обработаны данные, сформулированы выводы, подготовлены публикации, сделаны доклады на конференциях, проведены внедрения в производство.

Степень обоснованности научных положений и выводов, сформулированных в диссертации основываются на фактических материалах многолетних исследований (1971 - 1998), собранных в различных регионах Среднего Поволжья. Они также подтверждаются статистическими критериями.

В диссертации рассмотрены, сформулированы и обоснованы следующие научные положения и практические рекомендации, составляющие предмет защиты:

- роль березовых лесов в процессах формирования лесного покрова в настоящем и историческом прошлом;

- формационная структура березняков и их сукцессионное значение в лесах Среднего Поволжья;

- биологические и экологические свойства березы повислой и пушистой и их насаждений, как основа ведения хозяйства в березняках;

- хозяйственное значение и использование зонально-типологических и видовых особенностей березняков (способ ухода за хвойными молодняками, заглушаемых березой, и рекомендации по восстановлению и выращиванию высокопродуктивных березняков).

Научная новизна. На базе значительного фактического материала в Среднем Поволжье изучены видовые особенности наиболее распространенных здесь видов березы повислой и березы пушистой, оказывающие существенное влияние на возобновление, формирование и распространение березовых лесов и имеющих хозяйственно-экологическое значение: отношение к свету, теплу, осадкам, почвенно-гидрологическим условиям, способности к образованию придаточных корней, анемохорных способностей древесных пород, динамики роста видов березы в онтогенезе, особенности надземной фи-томассы, пылезадерживающих свойств листвы и выявление интенсивности света как ведущего фактора, влияющего на весеннее соковыделение.

Проанализирована роль березовых лесов в развитии древесной растительности в голоцене и на современном этапе в экологическом аспекте.

Выявлена формационная структура типов березняков от средней тайги до лесостепной зоны. Изучена роль березы в естественном возобновлении обширных гарей и динамика видового состава березняков в связи с их онтогенезом в различных эдатопах.

Рекомендованы для использования в лесном хозяйстве условия по переводу в хозяйственно-ценные молодняки площадей вырубок, возобновившихся березой.

Обоснован и предложен прием рубок ухода в хвойно-лиственных молод-няках, позволяющий снизить интенсивность роста и конкурентную способность березовой и другой лиственной примеси.

Установлена возможность успешного выращивания крупномерных сортиментов ограниченным количеством приемов целевой интенсивной проходной рубки в березняках липовых без снижения товарности.

Рассмотрен вопрос формового разнообразия и плотности древесины в березняках Среднего Поволжья.

Изучено сырьевое и экологическое значение березовых лесов разного видового состава: предложены таблицы запасов бересты, как лесохимического, а почек как лекарственного сырья.

Цель и методы исследований. Диссертация "Березняки Среднего Поволжья" посвящена решению проблемы березовых лесов, как хозяйственно-ценных насаждений, представленных двумя видами березы - повислой и пушистой, которые в практике до сих пор не различаются. В основу всей работы положено изучение лесоводственных свойств Betula pendula Roth, и Betula pubescens Ehrh. и закономерности жизни и развития их насаждений.

Основным методом исследований принят диалектико-материалистический. Системный анализ позволил обнаружить и понять взаимосвязи между изучаемыми явлениями. Зональный подход к типологическим аспектам березовых лесов Среднего Поволжья позволил выявить некоторые закономерности их территориального размещения и сукцессионной роли.

Теоретические исследования проводились систематизацией с использованием индуктивных и дедуктивных методов, анализа как своих полевых исследований, так и открытых публикаций других авторов.

Экспериментальный материал, собранный за 1971-1998 годы обрабатывался с использованием математических методов в биологии с помощью различных пакетов программ, а также и по программам, созданных самим автором.

Публикации и апробация результатов исследований.

По теме диссертации опубликовано 48 печатных работ, в том числе в журналах: "Экология", Известия вузов "Лесной журнал", "Лесное хозяйство", "Лесохозяйственная информация", межвузовских сборниках научных трудов. В них отражены основные научные положения диссертации.

Результаты исследований докладывались и обсуждались:

•на международных конференциях: "Проблемы лесной биогеоценологии и методические, основы их решения" (Йошкар-Ола, 1992), "Финно-угорский мир: состояние и региональная стратегия зашиты окружающей среды" (Сыктывкар, 1997);

•Всесоюзных и Всероссийских конференциях: "Роль науки в создании лесов будущего" (Пушкино, 1981), "Рациональное использование природных ресурсов Европейского Севера" (Архангельск, 1984), "Эколого-географические проблемы сохранения и восстановления лесов Севера" (Архангельск, 1991), "Проблемы динамической типологии лесов" (Архангельск, 1995), "Охрана лесных экосистем и рациональное использование лесных ресурсов" ( Москва, 1991), "Современные проблемы древесиноведения" (Йошкар-Ола, 1996), "Экология и генетика популяций" (Йошкар-Ола, 1998),"Жизнь популяций в гетерогенной среде" (Йошкар-Ола, 1998), Вавиловских чтениях (Йошкар-Ола, 1997, 1998);

•региональных и Республиканских совещаниях и конференциях: "Интродукция, акклиматизация и охрана растений на Урале и в Поволжье" (Свердловск, 1982), "Проблемы использования, воспроизводства и охраны лесных ресурсов" (Йошкар-Ола, 1989), "Проблемы лесопользования в Западном регионе СССР" (Гомель, 1990);

•ежегодных конференциях по итогам НИР в МарГТУ (Йошкар-Ола, 1976 - 1998);

•расширенном заседании Научно-методического Совета по специальности 260400 - Лесное и лесопарковое хозяйство Учебно-методического объединения по образованию в области лесного дела Министерства образования Российской Федерации (Йошкар-Ола, 1998).

Внедрение результатов. Результаты исследований могут рассматриваться как основа, позволяющая оценить березняки на качественно новом уровне, подходя к ведению хозяйства на основе формационной структуры березовых лесов, их различий в экологических, биологических и хозяйственных аспектах. Результаты исследований могут быть взяты за основу при разработке наставлений и рекомендаций и других нормативных документов по целевому и комплексному ведению хозяйства в березовых лесах Среднего Поволжья. Результаты исследований могут быть использованы в лесоустройстве, при ре-сурсоведческих исследованиях, при планировании хозяйства в березовых лесах.

Материалы исследований вошли в разное время в госбюджетную и хоздоговорную тематику:

- "Повышение народнохозяйственного и природоохранного значения лесов Среднего Поволжья" (НИР 1985 г. Государственный регистрационный. N01828004148).

- "Совершенствовать методы учета и воспроизводства лесных ресурсов в связи с интенсификацией их использования" (НИР за 1985 г. Государственный регистрационный. N 01860134974.

- "Комплексная целевая программа использования и воспроизводства лесных ресурсов Марийской АССР на долговременную перспективу (2005 г.). Раздел: Подсочка леса. // Йошкар-Ола: Совет Министров, Госплан МАССР, МарПИ, 1985.

- "Проблемы лесоведения" (1989-2005 годы). Общесоюзная программа фундаментальных исследований.

- "Проблемы общей биологии и экологии; рациональное использование биологических ресурсов". Программа Отделения общей биологии РАН (1995г.).

- "Предложения по содействию возобновлению березы и вводу вырубок с березовым возобновлением в категорию хозяйственно ценных молодняков". Отчет о НИР за 1995 г. Хозяйственный договор с Комитетом лесного хозяйства Республики Марий Эл №622/95.

Результаты исследований используются в лесохозяйственной деятельности Комитета по лесному хозяйству Республики Марий Эл при проведении мер содействия возобновлению березы и переводу в хозяйственно-ценные мо-лодняки площадей вырубок, возобновившихся березой ("Предложения по содействию возобновлению березы и вводу вырубок с березовым возобновлением в категорию хозяйственно ценных молодняков" (1995), хозяйственный договор с Комитетом по лесу РМЭ N.622/95). Для региона предложены таблицы запасов бересты как лесохимического сырья по видам берез и классам бонитета, вошедшие в "Общесоюзные нормативы для таксации лесов" (1992).

Основные положения диссертации отражены в учебных пособиях: "Влияние леса на газовый состав, чистоту и гигиеничность атмосферы" (1982); "Практикум по лесоведению" (1985) - в соавторстве с А.К.Денисовым, Ю.Г.Мальковым; в 1999 году издано с грифом УМО по образованию в области лесного дела учебное пособие: "Лесоведение. Смена пород"; подготовлено к печати в 2000 году (в соавторстве с В.А.Закамским и Ю.Г.Мальковым) с этим же грифом учебное пособие "Практикум по лесоведению". Материалы исследований используются при чтении курса лекций для студентов факультета лесного хозяйства и экологии МарГТУ по курсу "Лесоведение" и "Дендрология". Методики исследований используются в курсе "Методы научно-технического творчества в лесном хозяйстве" - издано в соавторстве с В.А.Закамским одноименное учебное пособие (1993); методические указания: "Использование ЭВМ в лесоводстве" (1987) в соавторстве с Ф.В.Аглиуллиным, Е.И.Успенским; при участии В.Л.Черных: "Применение программируемых микрокалькуляторов типа Б3-34 в НИР и НИРС" (1988). Методические указания предназначены для обработки полевых материалов при дипломном проектировании, при расчетах в лабораторных и практических занятиях.

Структура работы. Диссертация изложена на 388 страницах машинописного текста и содержит семь глав, 92 таблицы, 53 иллюстрации; список литературы из 407 наименований, девять приложений.