Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Динамика основных компонентов лесоболотных биогеоценозов под влиянием мелиорации

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

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, доктора сельскохозяйственных наук, Красильников, Николай Александрович, Санкт-Петербург

с и и

№......

. —;пе:нъ ДОКТОРА

ееЛгеб&сеъгЯо*? наук

ачальнид; удпавления ВАК России

.■> ■' ) " ;ы л........

■/ ; - ■ / л-' . /

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИМ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЛЕСНОГО ХОЗЯЙСТВА

На правах рукописи

КРАСИЛЬНИКОВ Николай Александрович

ДИНАМИКА ОСНОВНЫХ КОМПОНЕНТОВ ЛЕСОБОЛОТНЫХ БИОГЕОЦЕНОЗОВ ПОД ВЛИЯНИЕМ МЕЛИОРАЦИИ

06.03.03. - лесоведение и лесоводство, лесные пожары и борьба с ними

03.00.16. - экология

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени доктора сельскохозяйственных наук

Санкт-Петербург 1998 г.

2 - ' СОДЕРЖАНИЕ

' .' Стр.

Введение........................................................................................................5

1. Обоснование постановки темы, программа и основные положения методики исследований...........................................................................12

1.1. Обоснование постановки темы, целей и задач исследований, программа работ.........................................................................................12

1.2. Основные положения методики исследований......................................30

2. Районирование гидролесомелиоративного фонда.............................39

3. Краткие сведения о районах и объектах исследований....................48

3.1. Восточный гидролесомелиоративный район и стационар "Варнавинский"..........................................................................................49

3.2. Северо-Западный гидролесомелиоративный район и его опытные объекты........................................................................................................56

3.3. Стационары, опытные участки и объекты экспедиционных исследований в других регионах................................................................60

4. Гидрохимические характеристики различных типов условий местопроизрастания и их динамика........................................................66

4.1. Особенности формирования гидрохимического режима на мелиорированных площадях Восточного гидролесомелиоративного района........67

почв................................................................................................

5.1. Лесорастительные свойства торфа различных типов условий местопроизрастания......................................................................

5.2. Пространственная и временная динамика основных свойств торфа... 124

5.3. Плотность торфа в различных гидролесомелиоративных районах и типах условий местопроизрастания....................................................................136

6. Агрохимические показатели торфа и их динамика.........................144

6.1. Региональные особенности распространения азота и основных зольных элементов...................................................................................................145

6.2. Общие запасы азота и элементов минерального питания растений.... 156

6.3. Взаимосвязь валовых запасов основных элементов питания и их подвижных форм.......................................................................................174

7. Режим уровней грунтовых вод осушенных торфяных почв...........189

7.1. Особенности динамики уровней грунтовых вод участков с грунтово-напорным питанием...................................................................................190

7.2. Основные показатели колебания грунтовых вод мелиорированных нормально-зольных низинных болот......................................................... 196

7.3. Влияние осушения и реконструкции мелиоративной сети на уровни грунтовых вод переходно-низинных болот..............................................205

7.4. Особенности водного режима мелкозалежных участков верховых болот........................................................................................1..................212

7.5. Интенсивность осушения и ее влияние на залегание уровней воды на глубоких верховых болотах......................................................................217

8. Динамика живого напочвенного покрова и естественного возобновления на мелиорированных лесных землях.........................230

8.1. Основные закономерности динамики напочвенного покрова под пологом леса..............................................................................................230

8.2. Динамика напочвенного покрова вырубок...........................................242

8.3. Естественное возобновление на осушенных вырубках........................250

9. Рекомендации по ведению хозяйства в мелиорированных лесах.. 258

9.1. Основные характеристики осушенного гидромелиоративного фонда. 258

9.2. Лесоводственная эффективность гидролесомелиорации.....................266

9.3. Принципы мелиорации и технологические схемы осушения и

реконструкции гидролесомелиоративных систем на землях со спелыми

древостоями...............................................................................................274

9.4. Требования к системе рубок ухода и формирование

высокопродуктивных хвойных древостоев..............................................283

Заключение...................................................................................................290

Литература...................................................................................................297

Приложения..................................................................................................333

ВВЕДЕНИЕ

В евр9пейской части России и Беларуси целесообразно проведение гидролесомелиорации на 49,6 млн. га (Е.Д.Сабо, 1981). Мелиорировано около 5,2 млн. га, в том числе в России 5,0 млн. га и 230 тыс. га в Беларуси. Нового осушения, в настоящее время, не проводится. Настало время изучить влияние выполненных работ на природную среду, понять механизм воздействия на нее и научно обосновать дальнейшую хозяйственную деятельность в мелиорированных лесах.

Актуальность проблемы. Теоретической базой научных исследований в области гидролесомелиорации является типологическая классификация Н.И.Пьявченко (1963), где сочетаются принципы разделения болот и заболоченных лесов в соответствии с эдафоценотическими схемами В.Н.Сукачева (1926). Все рекомендации по ведению лесного хозяйства на мелиорированных площадях должны базироваться на типологической основе. Поэтому разработка типологической классификации мелиорированных лесных земель является насущной необходимостью. Базироваться она должна аналогично классификации Н.И.Пьявченко, то есть на типах водного питания и создающихся типах условий местопроизрастания. Следовательно ее основой должны стать гидрохимические показатели

На мелиорированных площадях коренным образом изменяются как отдельные компоненты, так и биогеоценозы в целом. Изучение изменений, протекающих в компонентах различных типов лесов и болот под влиянием регулирования водного режима и других воздействий человека наиболее полно осуществляется на биогеоценотической основе. Это особенно важно на мелиорированных землях, где происходят сложные изменения в комплексе лесорастительны? условий и в характере растительности. Поэтому выявление закономерностей трансформации, ее динамики в различных географических и типологически? условиях в различных биогеоценозах под влиянием мелиорации имеет болыно! научный и практический интерес.

На скорость динамики всех происходящих после осушения в торфе и ценозе процессов влияют, в первую очередь, климатические, а затем типологические факторы в совокупности со степенью или интенсивностью воздействия Этим обосновывается необходимость лесомелиоративного районирования щ биолого-географической основе, необходимость уточнения типов условий местопроизрастания характерных для каждого гидролесомелиоративного района.

В разработку комплекса биологических основ гидролесомелиорации наиболее значительный вклад внесли Н.И.Пьявченко (1963 и др.) к С.Э.Вомперский (1968, 1975 и др.). На региональном уровне наиболее комплексные работы выполнены Л.П.Смоляком (1969 и др.) и В.А.Ипатьевым (199С и др.) в Беларуси, A.A. Корепановым (1989, 1994) в Прикамье, А.С.Чиндяевьш (1989) на Среднем Урале, В.В.Пахучим (1991, 1992) в Республике Коми е Г.Е.Пятецким (1963 , 1976) в Карелии и рядом других.

Проводимые исследования носят чаще всего региональный характер и опираются, чаще всего на имеющийся в период исследований тип леса.

Несмотря на то, что фактический материал опубликован очень большой (особенно по отдельным компонентам биогеоценоза - водному и пищевому режимам, росту леса и некоторым другим элементам) он носит в целом довольнс разрозненный характер. Только выполнение комплексных исследований, проведенных в различных географических условиях и по единым методикам способно частично раскрыть особенности по динамике лесоболотных биогеоценозов под влиянием мелиорации.

Конечной целью проведения гидролесомелиорации является повышение производительности лесных земель. В связи с практическим прекращением этих работ и с целью обоснования целесообразности их дальнейшего проведения необходимо доказать их эффективность в различных географических и лесорасти-тельных условиях не только на конкретных участках, но и в пределах крупных регионов и для европейской территории России в целом.

Только в совокупности с лесохозяйственными мероприятиями гидромелиорация способна дать максимальный эффект. Поэтому разработка комплексе лесохозяйственных мероприятий, является одной из наиболее важных зада1; лесного хозяйства.

Исследования автора являются составной частью научно-исследовательских работ, выполнявшихся в 1980-1998 гг. в СПбНИИЛХе (ЛенННИИЛХе) проводимых по тематике Госкомлеса СССР, Минлеспромг СССР и Рослесхоза. Номера госрегистации - 81042235, 81041259,81041235 01.09.6000075 и 01.960.007709.

Кроме того значительная часть исследований выполнена в ассоциации гидролесомелиораторов «ГИЛМ» в 1994-1998 гг. по заданию Министерстве лесного хозяйства Республики Беларусь.

Цели и задачи исследования.

Цели исследования;

1. Разработать и обосновать гидролесомелиоративное районированш европейской части России и Беларуси на биолого-географической основе.

2. Обосновать типологическую классификацию мелиорированных лес ных земель и на ее основе выявить основные закономерности эволюции лесо болотных биогеоценозов.

3. Разработать рекомендации по ведению лесного хозяйства в мелиори рованных лесах.

В соответствии с названными целями в задачи исследований входило:

1) выполнить научный анализ, имеющихся на территории европейское части России и Беларуси классификаций по районированию земель на биолого географической и гидрологической основах; предложить схему районирована гидролесомелиоративного фонда и на базе полученных данных провести е< уточнение;

2) изучить особенности формирования гидрохимического режима в различных лесорастительных условиях и разработать типологическую классификацию мелиорированных лесных земель;

3) выявить особенности пространственной и временной динамики основных лесорастительных характеристик торфа;

4) выявить закономерности и региональные особенности агрохимических показателей торфа и определить связи между валовыми и подвижными их формами;

5) исследовать динамику грунтовых вод и определить дистигнутые величины обеспеченности нормы осушения во всех типах условий местопроизрастания в различных гидролесомелиоративных районах;

чб) изучить основные закономерности динамики живого напочвенного покрова и естественного возобновления;

7) выполнить анализ структуры осушенного мелиоративного фонда и разработать принципы определения лесоводственной эффективности осушения пс гидролесомелиоративным районам;

8) разработать рекомендации по ведению хозяйства в мелиорированных лесах.

Научная новизна исследований заключается в том, что разработана типологическая классификация мелиорированных лесных земель, предложено и обосновано, на биолого-географической основе, гидролесомелиоративное районирование европейской части России и Беларуси, внесен значительный вклад е изучение динамики лесоболотных биогеоценозов различных гидролесомелиоративных районов в наиболее характерных типах условий местопроизрастания.

/

Исследованы особенности водного режима по типам условий местопроизрастания, интенсивности осушения и реконструкции гидролесомелиоративных систем в различных гидролесомелиоративных районах. Изучена пространственно-временная динамика общетехнических и агрохимических показателе» торфа в различных гидролесомелиоративных районах. Определены меры связь между валовыми и подвижными формами основных зольных элементов в тор>

фах. Выявлены гидрохимические показатели грунтовых вод, в основных типа> условий местопроизрастания и дана их сравнительная характеристика по Восточному и Северо-Западному гидролесомелиоративным районам. Определена возможная роль грунтовых вод в зольном питании растений. Рассмотрены экологические последствия мелиорации, в том числе возможность переосушенш при коэффициенте увлажнения менее 1,0 и вынос химических элементов пс осушительной сети.

Практическая значимость работы.

Выполненные исследования позволили разработать типологическук классификацию мелиорированных лесных земель, реально оценить динамик) изменений, происходящих в лесоболотных биогеоценозах в различных климатических зонах. Анализ динамики общетехнических и агрохимических значенир торфяных почв по зонально-климатическим показателям позволяет определит! новые подходы к гидролесомелиорации, особенно при коэффициенте увлажнения менее 1,0. Проведенные гидрологические исследования позволили дать уточненные параметры гидролесомелиоративных систем, что особенно важнс для условий низинных болот с грунтово-напорным питанием и мелкозалежны? верховых с учетом почвенных и климатических условий, где они были мало ис следованы. Выявлены особенности естественного возобновления на вырубка? разных типов условий местопроизрастания и разработаны основные положенш рубок ухода в молодняках. Определены принципы и предложены технологи* мелиорации спелых и перестойных древостоев. Разработаны, на базе созданное типологии основы ведения хозяйства в мелиорированных лесах.

Апробация и публикации по работе.

Объекты стационарных исследований неоднократно Демонстрирование] на всесоюзных и региональных совещаниях. Гидролесомелиоративный стацио нар «Варнавинский» - «Гидролесомелиорация Северо-Восточного ETC» - 199( год и «Гидротехническая мелиорация земель. Ведение лесного хозяйства и во просы экологии» - 1997 год. Стационар «Дивенский» в 1986 году на совещанш

«Ведение лесного хозяйства на осушенных землях» и в 1994 году по теме: «Гидролесомелиорация задачи и координация исследований». Стационар «Славский» в 1993 году на совещании по теме: «Гидролесомелиорация и ведение лесного хозяйства на осушенных землях». Опытный участок в Онцевском лесничестве демонстрировался в 1982 году на 8 Международном торфяном конгрессе (ИЮФРО) с показом подготовки трасс методом узколесосечных сплошных рубок. Все объекты готовились и демонстрировались автором лично. К каждому совещанию подготовлены и выпущены сборники тезисов-докладов.

Полученные результаты исследований докладывались лично на Международных, всесоюзных и республиканских совещаниях: Всесоюзной конференции молодых ученых (Пушкин-Москва), 1981, Всесоюзного совещания г. Са-ласпилс, 1982, III Советско-финский симпозиум, г. Псков, 1982, Всесоюзной научно-практической конференции «Проблемы повышения продуктивности лесов». Г. Архангельск, 1983, Всесоюзной конференции «Проблемы мелиоративной географии» г. Пермь, 1983, на VIII Международном симпозиуме «Мелиорирование заболоченных территорий» г. Таллин, 1983, Всесоюзном совещании «Эксперимент и математическое моделирование в изучении биогеоценозов лесов и болот» Западная Двина, 1987, Всесоюзное совещание «Комплексный мониторинг и практика» Москва, 1991, Всесоюзной конференции «Рациональное природопользование в районах избыточного увлажнения» г Калиниград, 1989, Международной конференции «Лесная наука на рубеже XX века» г. Гомель, 1997.

Кроме того, материалы исследований апробировались на ряде региональ ных научно-практических конференций (Тюмень, 1980, Вологда, 1985 и 1998 Сыктывкар, 1998, Свердловск, 1989, Горький, 1990, Санкт-Петербург, 1994).

Основные положения диссертационной работы изложены в 43 публика циях, в том числе 1 монографии (126с) и 3 методических рекомендациях вне дренных в производство. Полученные результаты исследований использованы j «Основных положениях-по гидролесомелиорации» 1995 года, а также в тре:

рованных торфяных почв и отзывчивости хвойных древостоев на осушение». Свердловск, 1988, Е.И.Шараг «Формирование высокопродуктивных насаждений на мелиорированных торфяных почвах» г. Гомель, 1997 и Т.Е.Шведова «Исследование состояния спелых и перестойных хвойных насаждений осушенных болот Волго-Вятского района» г. Йошкар-Ола, 1997.

Кроме того, сотрудниками группы, изучавшими отдельные вопросы на стационарах «Варнавинский», «Дивенский» и «Славский» по рассматриваемым вопросам опубликовано свыше 20 работ.

Личный вклад автора.

Автором лично ставились цели и задачи исследований, производился подбор и закладка всех объектов. Разрабатывалась программа и методика робот. Проведены все полевые экспедиционные исследования.

Анализ и интерпретация почти всех материалов, приведенных в диссертации и в публикациях, выполнены автором. Совместные исследования оформлены публикацией статей и методических рекомендаций в соавторстве, в которых личный вклад автора является основным.

На защиту выносятся следующие основные положения диссертационной работы:

1) гидролесомелиоративное районирование европейск�