Экологические особенности нагорных дубрав Центральной лесостепи и факторы, определяющие сукцессионные процессы в них

Ирковский, Эдуард Рудольфович

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Экологические особенности нагорных дубрав Центральной лесостепи и факторы, определяющие сукцессионные процессы в них
ВАК РФ 03.02.08, Экология (по отраслям)

Автореферат диссертации по теме "Экологические особенности нагорных дубрав Центральной лесостепи и факторы, определяющие сукцессионные процессы в них"

На правах рукописи

Ирковский Эдуард Рудольфович

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ НАГОРНЫХ ДУБРАВ ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЛЕСОСТЕПИ И ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ СУКЦЕССИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ В НИХ

03.02.08-экология

7 НОЯ 2013

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Воронеж-2013

005537483

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Всероссийский научно-исследовательский институт защиты растений».

Защита состоится 20 ноября 2013 г. в 1330 часов на заседании диссертационного совета Д 212.034.01 созданного при ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия» по адресу: 394087, г. Воронеж, ул. Тимирязева, 8, тел: 8(473)253-84-11, факс 8(473)253-76-51.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия».

Автореферат разослан 18 октября 2013 г. Ученый секретарь

Научный руководитель

доктор биологических наук, профессор Харченко Николай Алексеевич

Официальные оппоненты

Косиченко Николай Ефимович

доктор биологических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия», кафедра древесиноведения, профессор

Негробов Владимир Викторович

кандидат биологических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет», кафедра ботаники и микологии, доцент

диссертационного совета

Капитонов Дмитрий Юрьевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

В течение многих лет происходит уменьшение площадей занятых такой важной для нас породы, как дуб. Происходит не только снижение общей площади дубрав, но и уменьшение дуба в составе еще оставшихся дубовых насаждений, в которых происходит смена пород на менее ценные. Актуальность темы заключается в определении механизмов приводящих к вышеуказанным фактам, с целью дальнейшего снижения вредного влияния и восстановления дубовых древостоев на территории нашей страны.

Целью данного исследования было поставлено определение механизмов сукцессионных процессов и их направленности в порослевых дубравах Центральной лесостепи.

Для достижения цели поставлены следующие основные задачи:

1. Проанализировать историко-статистические данные о состоянии и массовом усыхании дубрав на фоне существующих гипотез о причинах этого явления.

2. Изучить особенности формирования пространственной структуры древесных пород дубравной экосистемы под влиянием выборочных санитарных рубок (ВСР) и их связь с категориями состояния древостоев в составе групп.

3. Исследовать влияние выборочных санитарных рубок различной интенсивности на основные компоненты дубравного биоценоза.

4. Изучить влияние комплексов насекомых фитофагов на дубравные насаждения на различных стадиях сукцессионных процессов, и в условиях регулярно проводимых выборочных санитарных рубок.

5. Исследовать влияние почвы на способность самостоятельно восстанавливаться дубравам на исследуемой территории.

Научная новизна

На основании долгосрочных опытов с проведением выборочных санитарно-лесовосстановительных рубок различной интенсивности дается детальная оценка изменения структуры древостоя, а так же его состояния. Главное внимание уделяется не только самому древостою, а всем компонентам, входящим в состав лесного биогеоценоза.

Исследованы изменения, происходящие с составом насаждения, с напочвенным покровом, структурой почв, а так же изменения видового состава насекомых фитофагов.

Теоретическая и практическая значимость

Данное изучение позволит использовать такие показатели как пространственное размещение сопутствующих дубу пород, а так же почвенные характеристики в совокупности с живым напочвенным покровом и другими составляющими для прогнозирования будущего состояния того или иного дерева дуба на которое оказывают влияние вышеперечисленные факторы. В результате чего в дальнейшем можно будет оказывать активное влияние на естественное течение сукцессионных процессов, сохраняя при этом господствующее положение дуба в составе древостоя.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Древесные насаждения в совокупности с кустарниковой растительностью, напочвенным покровом и почвой образуют биогеоценоз, на устойчивость которого влияет изменение состава даже единственного компонента.

2. Оценив влияние на дуб сопутствующих пород можно оказать активное влияние на течение сукцессионных процессов в дубравном биогеоценозе.

3. Насекомые фитофаги, являющиеся монофагами, такие как зеленая дубовая листовертка, дубовая хохлатка, лунка серебристая и другие, служат индикатором характеризующим состояние дубрав в степном и лесостепном районах России.

4. Почвенные условия в настоящее время не соответствуют потребностям произрастающих на них дубравных насаждений. Постоянное выветривание и вымывание микро- и макроэлементов приводит к истощению почвы. Возникает необходимость изменения биогеоценоза.

Апробация работы

Основные положения работы доложены на международных научных конференциях: «Воспроизводство, мониторинг и охрана природных, природно-антропогенных и антропогенных ландшафтов» (Воронеж 2012 г.) и «Лесоуправление, лесоустройство и лесозащита - настоящее, будущее» (Брянск, 11-13 октября 2012 г.). Алгоритм, полученный в результате проведенной работы, используется для исследования аспирантами кафедры экологии, защиты леса и лесного охотоведения.

Личный вклад

Автором разработана программа исследований, проведены эксперименты, собраны и обработаны материалы, проанализированы и обобщены результаты исследования. Самостоятельно и в соавторстве подготовлены статьи и научные доклады.

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 6 работ, в том числе 4 - в изданиях рекомендованных ВАК.

Структура и объем рукописи

Общий объем диссертации составляет 174 страниц, включающих общую характеристику работы, введение, 5 глав, основные выводы, библиографический список. Материалы исследований иллюстрированы 56 таблицами и 32 рисунками. Список использованной литературы содержит 115 наименований.

Благодарности

Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю доктору биологических наук, профессору Харченко Николаю Алексеевичу за помощь в работе над диссертацией. Сотрудникам кафедры экологии, защиты леса и лесного охотоведения Семенову Михаилу Александровичу, Кулакову Владимиру Юрьевичу, Гарнаге Виктору Васильевичу за помощь на этапе полевых работ.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ ПО ИЗУЧАЕМОМУ ВОПРОСУ

Проанализированы по литературным источникам причины массового усыхания дубрав в центральной России и по всему миру (Харченко, 2002, Харченко, 2007, Харченко, 2009, Харченко, 2010, Oleksyn, Przybyl, 1987, Бородаевский, 1909, Самофал,

1936, Яковлев, 1997, Гарнага, 1997, Науменко, 1950, Частухин, 1969, Рубцов, 2008 и др.), изучено влияние выборочных санитарно-восстановительных рубок на состояние дубовых древостоев (Глебов, 1996, Граве, 1981, Харченко, 1986, Харченко, 1987, Харченко, 1991, Яковлев, 1995), сделаны выводы относительно влияния на сукцессионные процессы, происходящие в дубравах центральной лесостепи и степи, зеленой дубовой листовертки и комплекса иных листогрызущих насекомых-фитофагов (Харченко, 1983, Харченко, 1985, Царалунга, 1985), проанализировано современное состояние дубрав (Положенцев, 1976, Царалунга, 2001, Калиниченко, 2000, Харченко, 2009, Харченко, 2010) и определенные направления диссертационных исследований.

ГЛАВА 2. РАЙОН, ОБЪЕКТ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ Объект исследования выбран в наиболее крупной части Центрального Черноземья (Воронежской области). Для сравнения влияния насекомых фитофагов дополнительно были обследованы насаждения Ростовской области, которые подвержены наибольшему объеданию насекомыми - вредителями в связи с благоприятными природно-климатическими условиями.

Исследования проводились в период с 2009 по 2012 годы с использованием данных прошлых лет. Были заложены 5-ть пробных площадей отражающих влияние выборочных санитарно-оздоровительных рубок проведенных в 1981 году. Полевые работы основывались на методах, принятых в лесной таксации и лесоводстве. Санитарное состояние древостоев в пределах постоянных пробных площадей определялось по классификации разработанной Н. А. Харченко в 1981 году и в соответствии с санитарными правилами в лесах Российской Федерации 2006 г. Общая площадь постоянных пробных площадей, на которых проводилось исследование, составляет 15,1 га. На данной площади проводился сплошной перечет деревьев с определением категории состояния и внесением его географического положения относительно других деревьев. Составлены схемы расположения деревьев по-породно и в совокупности.

При помощи математико-статистических методов, корреляционного анализа, дисперсионного анализа, а также стандартизации данных измерений, показателей сходства, определения формы распределения дана интерпретация полученных данных, которые проинтерполированы на всю совокупность схожих по своим характеристикам насаждения. Материалы исследования обработаны с применением ряда компьютерных программ: Microsoft Word, Microsoft Excel, Statistica 6.1, WinGis, QGis 1.6, Maplnfo.

ГЛАВА 3. ВЗАИМОВЛИЯНИЕ ДУБА И СОПУТСТВУЮЩИХ ПОРОД В ДУБРАВНОМ БИОГЕОЦЕНОЗЕ

При проведении экологических и геоботанических исследований часто возникает вопрос о характере размещения организмов на рассматриваемой территории. Определив характер размещения по территории можно дать важные указания в отношении биологии вида, условий среды и характера взаимоотношения между организмами находящимися на исследуемой территории и экстраполировать данные на сходные по характеристикам территории.

3.1 Пространственное размещение деревьев дуба Используя индекс Морисита (Morisita, 1959)

!>,(",-1) ¡я = Я—-

' 4 N»(N-1) >

где ц-общее число проб; ' - число особей в ¡-пробе; N - общее число особей в ц-пробах, получены данные характеризующие тип пространственного распределения деревьев дуба в насаждении. В таблице 1 отражены данные по пробным площадям. Таблица 1 - Данные для характеристики пространственного распределения_

Пробные q N 15 •ч и"

площади ГГ.

КПП 2 80 5,525 467 1,026 1,1439

ППП 2 80 5,325 435 1,00039 1,00206

ПППЗ 80 6,05 505 1,00611 1,0369

ППП 4 80 5,75 471 1,0268 1,15414

ППП 1 80 5,412 445 1,00142 1,00769

* КПП - контрольная пробная площадь

* ППП - постоянная пробная площадь

Число проб на ППП было выделено путем деления ППП на равные части, каждая из которой 20*19 м. Выразив через индекс Морисита отношение дисперсии распределения к его средней, получаем формулу:

==( и-1) * гл+1; где тп - средняя плотность организмов на всей площади.

Полученное отношение позволяет судить о типе распределения деревьев дуба в

г;

пространстве. Принимая, что = < 1, соответствует регулярному распределению, = = 1 случайному распределению, а |г > 1 агрегированному распределению, вырисовывается

следующая картина. Согласно А. В. Смурову 1975 - «Для большинства видов животных и растений преимущественным является последний тип распределения». Данное высказывание подтверждается данными полученными в результате проведенной работы. Наиболее четко выражено агрегированное распределение деревьев дуба наблюдается на контрольной пробной площади и на пробной площади №4 с наибольшей выборкой деревьев, где отношение дисперсии распределения к его средней составляет 1,1439 и 1,15414 соответственно. На остальных пробах данный коэффициент больше приближен к значению 1 и соответственно к случайному распределению деревьев дуба в пространстве, хотя он так же относится к агрегированному распределению.

Проведенное картирование пробных площадей показывает не равномерное распределение деревьев по категориям состояния, как у главной породы, так и у сопутствующих (рисунки 1, 2).

На рисунках просматривается зависимость размещения деревьев по категориям состояния в зависимости от соседствующих пород, так или иначе влияющих друг на друга. Так, исходя из данных, полученных при анализе пространственного размещения деревьев на пробной площади Х»2 можно сделать вывод о том, что при проведении санитарных рубок различной интенсивности наиболее устойчивым является такой состав

насаждения, в котором в меньшей степени присутствует клен, а в большей липа

мелколистная первой категории состояния.

Дуб

200 190 180 170 160 150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

• > it 200 190 180 170 160 1 сл — — —1— —

1-1 - • Y И jm~ Я """

»1 — p 1» -

m • M _

—*-4 (_ m _J * L __

1 Г 140 130 120 1 1 П Лг 1 П

1 0 i? • - к i TS ц ш —

( Г ш F Ï5 il и — .......

• H 4 w ik ÉT # "1 _ 2

____ J i ±ии ол — _

0 -4 k. « É ....... Si "1 Г Щ— _ • 1 Уи 80 7 П — IÉ àcj

• > V JH ... "v « 1 Р .. А _ i _

_ _ • 9 • / и _

1 __ _J 1 »... Ш А ou ЦП I _

...... ш ч у JU 40 ....... _ .......

à г шг ЧП ....... _ _

F m • • — Г-• • эи 20 10 0 — _ _ ...... 1

—w~ — „ • 0 "И — "Т А _ ......

"V 1 SJ il г 1 — ....... * к- -Ч

П IП 70 ЗП 4П Sn fin 70 Я0 901 ОЛ I (1 70 ЗД 4fl S0

Рисунок 1. Распределение деревьев дуба на КПП (3 категория состояния)

n 1 0 ?п m 40 sn fin 70 ЯП 4(11 (10 I Л 7 Л 4(14П ЧП

Рисунок 2. Распределение деревьев липы на КПП (1 категория состояния)

Для определения при какой интенсивности выборочной санитарно-лесовосстановительной рубки (ВСЛВР) насаждение ослабло в большей степени необходимо сравнить показатели и по ППП №4, где интенсивность рубки была наивысшая и оставлялись только жизнеспособные деревья (рисунок 3).

Дуб

—г Ф i——^

n I П 7П 30 4П Sn fin 7П ЯП 4(110(1 I (1 7Л 3(1 4(1 Sn

Рисунок 3. Размещение деревьев дуба 3 категории состояния на ППП №4

На ППП №4 выделенные агрегации состоят в основном из 7-8 деревьев дуба. В некоторых местах количество деревьев доходит до 12 и даже 15 деревьев в агрегации, образуя куртины из дуба. Несмотря на попытки как можно больше оздоровить насаждение путем оставления только жизнеспособных деревьев, насаждение только снизило свою устойчивость.

Разбивка деревьев по категориям состояния представлена в таблице 2.

Пробная площадь I II III IV Всего КС

КПП 2 71/15,2 157/33,6 211/45,2 28/6 467/100 2,42

ППП 2 55/12,6 238/54,7 114/26,2 28/6,5 435/100 2,26

ППП 1 116/26,1 186/41,8 103/23,1 40/9 445/100 2,15

ПППЗ 280/55,4 78/15,5 91/18 56/11,1 505/100 1,85

ППП 4 35/7,4 141/29,9 278/58,4 20/4,3 471/100 2,61

определенной интенсивности положительно влияют на среднюю категорию состояния деревьев дуба в связи с тем, что, как писал С. И. Коржинский: «Дуб крайне светолюбивая порода, которая совершенно не может развиваться в затенении...». Следуя этому утверждению, чем выше интенсивность проводимой рубки, тем выше должна быть категория состояния насаждения. В нашем случае на ППП №4 наблюдается обратная ситуация, категория состояния резко понижается. Данное явление связано с созданием в результате рубок больших открытых пространств, на которых светолюбивые быстрорастущие породы опережают в своем развитии дуб и начинают его затенять. При этом происходит угнетение главной породы сопутствующими.

Таким образом, проанализировав все полученные данные, была выявлена прямая зависимость категории состояния дерева дуба от категорий состояния пород спутников и их породного состава и построена математическая модель этой зависимости. Для построения математической модели были использованы корреляционные связи, образующиеся в насаждении при формировании его структуры. Для примера приведены корреляционные связи на контрольной пробной площади (таблица 3).

Из представленной ниже таблицы - 3 видно, что породы не всех категорий состояния в насаждении оказывают сильное воздействие на соседствующие с ними деревья. По данной таблице можно проследить, как происходит распределение деревьев относительно друг друга в зависимости от жизнеспособности.

Положительные значения показателей в таблице указывают на более частое расположение дерева той или иной породы с тем или иным показателем категории состояния в отношении к рассматриваемой породе с тем или иным показателем категории состояния. Таким образом, рассматривая дуб первой категории состояния видно, что наиболее часто с ним встречаются деревья клена, липы и ясеня первой категории состояния. Наиболее редко встречаются деревья липы третьей категории состояния.

Таблица 3 - Корреляционные связи на контрольной пробной площади

дуб1 дуб2 дубЗ Дуб4

дуб1 - 0,123 -0,136 0,340

кл1 0,436 0,377 -0,342 0,372

лп1 0,492 0,161 -0,370 0,305

яс1 0,550 0,323 -0,405 0,567

вяз1 0,270 -0,111 -0,115 -0,023

кл2 -0,347 -0,380 0,431 -0,311

лп2 -0,070 0,124 0,031 -0,073

яс2 -0,374 -0,135 0,201 -0,301

вяз2 -0,183 0,102 0,195 -0,274

Корреляция дуб2 0,123 - -0,594 0,457

Пирсона клЗ -0,269 -0,533 0,556 -0,474

лпЗ -0,427 -0,466 0,444 -0,415

ясЗ -0,323 -0,484 0,314 -0,304

вязЗ -0,222 -0,250 0,324 -0,221

дубЗ -0,136 -0.594 - -0,393

кл4 -0,054 0,022 -0,347 0,159

лп4 -0,005 0,080 -0,206 0,164

яс4 0,262 0,222 -0,126 0,171

вяз4 - - - -

дуб4 0,340 0,457 -0,393 -

В местах скопления дуба третьей категории наблюдается повышенная численность липы первой категории. Рядом с дубом первой категории чаще всего пространство занимают ясень и вяз первой категории. Предложенная нами математическая модель позволяет через категорию состояния спутников дуба определить его жизнеспособность (категорию состояния).

Для построения математической модели составлена таблица, в которой учитываются все породы-спутники дуба и их категории состояния и рассчитываются коэффициенты корреляции. Для решения поставленной задач и вычисления формулы для определения категории состояния деревьев дуба использовалась упрощенная формула модели.

Учитывая корреляционные связи и группировку деревьев в пространстве для упрощенной модели, берутся только наиболее значимые коэффициенты, с помощью которых возможно осуществить расчет по категориям состояния деревьев дуба. На примере контрольной пробной площади формула для расчета количества деревьев дуба той или иной категории состояния представлена в виде таблицы 4.

Таблица 4 - Модель расчета количества деревьев дуба по категориям состояния для участков без проведения ВСР (контрольная пробная площадь)

в;

■е

с*

о;

По табличным данным строится математическая модель: X = Const + Knl*a + Лп1*Ь + Яс1*с + Кл2 *d + Яс2 *е + КлЗ *f + ЛпЗ*в + ЯсЗ *h + Кл4 *i, (1) где Const - константа, определенная для каждой категории дуба; a,b,c,d,e,f,g,h,i -нестандартизованные коэффициенты; Кл, Лп, Яс - число деревьев соответствующей породы и категории состояния. Используя данное уравнение, вычисляется число деревьев дуба определенной категории состояния.

Используя аналогичный подход, произведены вычисления коэффициентов для формулы (2) на ППП № 2 (таблица 5).

X = Сою1 + Лп\*а + Ал2*Ь + Лп2 * с + Яс2 * с! + ЯсЗ * е + Кл4 ,(2) Таблица 5 - Модель расчета количества деревьев дуба на участке по категориям состояния для участков с проведением ВСР__—__

Дуб ! Константа Порода ; Категория < Коэффициент Порода Категория Коэффициент Порода Категория Коэффициент Порода Категория Коэффициент Порода Категория Коэффициент Порода Категория Коэффициент

й ■ч- Лп - 0,323 Кл Г4 0,12 Лп (Ч -0,04 Яс (Ч -0,13 Яс m -0,29 ч ■ч- -0,4

с*) 8,99 Лп - 0,205 Кл (Ч lo го о Лп (Ч -0,28 о 05 сч 0,241 о OR; со 0,125 Кл -1,76

Г«") 3,71 Лп - -0,14 Кл О! 0,06 Лп 0,081 Яс (Ч -0,22 Яс c-i о Кл ■«t -1,55

5 0,94 Лп - -0,03 с; bi Г4 0,08 Лп Г) о о и С* <ч -0,16 Яс m 0,212 Кл 0,026

Поточечная диагностика использования модели показала близкие результаты к имеющимся данным, что свидетельствуете о возможности использования данного метода на практике (таблица 6).

Таблица-6- Поточечная диагностика модели

№ дуб1 факт. предсказа иное значение дуб2 факт предсказан ное значение дубЗ факт. предсказа иное значение дуб4 факт. предсказа нное значение

1 2 2 8 8 6 6 1 1

2 3 2 6 7 1 3 2 2

3 1 2 4 5 3 5 1 1

4 2 2 10 7 4 2 1 2

5 6 5 5 5 7 5 1 2

б 0 0 4 4 6 8 1 0

7 0 0 3 3 10 9 0

8 1 1 4 4 11 9 1 0

9 1 2 2 4 10 8 1 1

10 0 0 4 6 8 8 0

11 1 1 6 4 3 1 1 1

12 3 2 11 7 4 3 1 1

13 4 3 9 9 2 3 1 2

14 1 2 9 8 1 2 2 2

15 1 2 9 9 1 3 0 1

16 1 1 1 3 2 5 1 1

17 2 1 3 2 8 9 0 0

18 2 1 1 1 9 10 0 0

19 2 1 0 0 8 9 0 0

20 3 2 2 1 10 8 0 0

21 2 3 2 2 9 8 1 1

22 2 2 3 2 10 7 1 1

23 1 2 3 2 6 6 0 1

24 1 1 2 3 5 7 0 0

25 8 8 2 2 10 8 0 0

26 2 2 2 3 5 6 1 1

27 2 4 6 6 6 5 2 1

28 3 4 7 6 1 1 2 1

29 7 4 6 7 5 6 3 2

30 6 4 1 3 5 7 0 1

31 0 2 3 5 6 7 1 0

32 0 0 4 5 6 6 0 0

33 0 0 б 5 4 7 0 0

34 0 2 1 0 10 6 0 0

35 0 0 7 6 5 5 2 1

Учитывая медленный рост и все процессы, связанные с отмиранием, имеющиеся модели можно использовать для прогнозирования конечного результата в отношении дуба черешчатого в нагорных дубравах Центральной лесостепи.

Полученные результаты пространственного размещения деревьев объясняются в первую очередь взаимовлиянием пород друг на друга в силу своих биологических и физиологических свойств.

По мнению H.A. Харченко (2010): - «Именно клен остролистный является древесной породой, сменяющей чаще других дуб в деградирующих дубравах».

Другие спутники дуба так же вносят свой вклад в формирование древостоя, но в меньшей степени.

ГЛАВА 4. ВЛИЯНИЕ ФИТОФАГОВ

Не маловажное влияние на жизнеспособность насаждения оказывают насекомые фитофаги, повреждающие насаждения и являющиеся первичными вредителями, ослабляющими древесную растительность и давая толчок к развитию более губительных факторов ослабления насаждения.

«Один из основных вредителей листвы дубрав - зеленая дубовая листовертка -(Tortrix viridana L.), для которой характерны перманентные вспышки массового размножения, уже в течение 10 лет находится в состоянии глубокой депрессии» (Рубцов и Уткина (2002 г.)). Причина этого кроется не только в погодных условиях как основном лимитирующем факторе - но и находится в прямой зависимости от уровня деградационных процессов в дубравных экосистемах, в процессе которых доля дуба в составе древостоя неуклонно снижается.

Дубовая зеленая листовертка относится к монофагам (повреждает только дуб) и к ранневесенней фенологической группе листогрызущих насекомых (Харченко, 1985).

Но, как правило, повреждение древесных пород осуществляется не одним видом насекомых, а их комплексом. Так в районе исследования, основными сопутствующими видами насекомых фитофагов, повреждающих дуб, являются пяденицы, в том числе пяденица-обдирало обыкновенная и пяденица зимняя (рисунок 4).

10000

2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011

■ Дубовая зеленая листовертка

■ Пяденица зимняя

Годы

■ Пяденица-обдирало обыкновенная

■ Боярышниковая листовертка_____

Рисунок 4 - Площади насаждений поврежденных исследуемыми видами насекомых фитофагов в Воронежской области за 11 лет.

В течение 2011 года площади очагов листогрызущих вредителей в лесах Воронежской области выросли в сравнении с 2010 годом более чем 6 раз.

Зеленая дубовая листовертка является наиболее часто встречающимся видом вредителя дубовых насаждений. В последние пять лет очаги вредителя в насаждениях области сохранялись в небольших локальных очагах с хроническим типом развития.

Экологическая плотность вредителя осталась на уровне 2010 года, изменяясь по очагам от 15 до 40 гусениц первого возраста на 100 г зеленной массы.

В течение сезона 2011 года очаги зимней пяденицы находились в основном в эруптивной фазе (фаза максимума).

Так же в 2011 сохранился очаг боярышниковой листовертки, образовавшийся в 2010 году. В период исследования, на данный вид вредителя приходится около 9 % поврежденной площади.

В связи с проведением химических обработок против насекомых-фитофагов на территории Воронежской области сложно сопоставить массовые вспышки насекомых вредителей с засушливыми периодами. При сравнении графика, отображающего динамику гидротермического коэффициента с графиком площадей поврежденных насаждений, четко прослеживается зависимость ГТК с численностью насекомых вредителей (рисунок 5). При рассмотрении видового состава вредителей, видно, что происходит уменьшение площади поврежденной дубовой зеленой листоверткой, а доли других вредителей увеличиваются.

900О 8000

1,36

1.35

1,22

70001 од *

6000 ;

...1Ж ' "Р

ю, , 1,6

Н§| ;™°™г 1,4 1,2

го 3" о

4.0,85

0,92

ч -

0,86 >

0,8

0,63

0,6

2 Я: й л Й

2001

2003

2004

2005

«Дубовая зеленая листовертка Пяденица зимняя

2006 Годы

2007

2008

2009

2010

2011

Пяденица-обдирало обыкновенная Боярышииковая листовертка

Рисунок 5 - Изменение гидротермического коэффициента и площади, поврежденных фитофагами насаждений за 11 лет в Воронежской области

Ниже приведены графики, отражающие процентное распределение видов вредителей фитофагов в засушливый 2002 год, в год с достатком влаги 2004 и период после засухи 2010 года (рисунок 6).

П-3 _в«®ж«йГ 70%

П-0

Рисунок 6 - Распределение вредителей в 2002 году (слева) и в 2011 году (справа) год с достаточным количеством влаги 2004 (внизу)

Проведенный анализ показывает, что плотность насекомых вредителей значительно выше на территориях, имеющих очаги зимней пяденицы. Наибольшая численность насекомых вредителей наблюдается в чистопородных насаждениях оптимальной полноты, среднего возраста, среднего бонитета.

Таким образом, продолжается повреждение дубовых древостоев по всей исследуемой территории, при этом не снижается общая численность насекомых фитофагов, повреждающих дуб. На исследуемой территории наблюдается снижение численности дубовой зеленой листовертки, считающейся основным вредителем в дубовых древостоях. Ее начинают замещать другие виды насекомых вредителей, такие как пяденица-обдирало обыкновенная на территории Ростовской области и листовертка боярышниковая на территории Воронежской области. Это объясняется биологией ДЗЛ, которая предпочитает смешанным, чистые дубовые древостой (Харченко, 1983). Дубовая зеленая листовертка является не основной причиной отмирания дубрав, а очередным индикатором, характеризующим этот процесс в степном и лесостепном районах России.

ГЛАВА 5. ХАРАКТЕРИСТИКА ПОЧВ ИССЛЕДУЕМОГО УЧАСТКА

5Л Биогеогоризонты

Целью настоящих исследований являются изучения продуктивности существующих лесных биогеоценозов (БГЦ) и ревизия Воронежской нагорной дубравы с тем, чтобы получить возможность разработки параметров мониторинга биоразнообразия лесов центральной лесостепи.

Лес, как единство растительных и животных организмов является лишь одной из подсистем очень сложной, динамичной, неравновесной и от того устойчивой системой именуемой ландшафтом.

К другим подсистемам относятся почвы, кора выветривания, континентальные отложения, грунтовые воды, атмосфера. Взаимодействия и взаимопроникновение всех перечисленных компонентов и определяет «геохимический ландшафт». Поэтому о состоянии нагорной дубравы целесообразнее судить с ландшафтно - геохимической точки зрения.

5.2 Литогенная основа

Литогенная основа ландшафта - осадочная толща, слагающая рельеф Воронежской нагорной дубравы представлена четвертичной, неогеновой и девонской

системами, базирующимися на кристаллическом фундаменте, сложенном розовым гранитом и гранито-нейсом. Залегает он на 54 м. ниже уровня моря или около 145 м. ниже уровня р. Воронеж.

Эти граниты докембрийского времени прикрываются небольшим слоем продуктов их выветривания, а затем мощной толщей континентальных лагунных и морских отложений девонского периода. В районе исследования девонские отложения сильно размыты, поверхность их уходит на глубину до 15-45 м. ниже уровня воды, поэтому, как и гранит, они нигде не обнажаются.

Выше девона залегает комплекс песчаных континентальных отложений неогенового и четвертичного возрастов. Общая мощность этих отложений, которые и завершают строение водораздела Воронеж-Дон, достигает 10-15 м. и более.

Наиболее благоприятные условия для формирования современных почв и растительности сложились в голоцене.

Наиболее оптимальными климатическими условиями, теплыми и влажными для развития растительности в течение всего послеледникового времени характеризовалась атлантическая фаза (средний голоцен).

В то время, почвообразование шло непосредственно на суглинистых породах и судя по всему проходило под пологом широколиственных лесов. Не исключено, что погребенные эоловыми песками бурые суглинки в южной части, так же являются образованиями голоценового возраста.

5.3 Влияние почвы на произрастающие виды древесной растительности

Часто меняющаяся во времени обстановка, разнообразие слагающих водораздел четвертичных отложений с погребенными почвами, сильно развитые на склонах эрозионные проявления создали сложный рельеф, сформировали различные типы лесорастительных условий и типов леса.

В результате в нагорной дубраве сложились не однотипные условия местопроизрастания от субори свежей с производными насаждениями дубняков и судубравы сухой осоковой, до судубравы свежей осоково - снытьевой и дубравы свежей снытьево - осоковой.

Перечет и некоторые морфометрические показатели древесных пород элювиальных ландшафтов на пробных площадях приведены в таблице 7. Площадь каждой пробы - 3 га. Средний возраст дуба - 86 лет, сопутствующих пород 65-70 лет.

Таблица 7 - Некоторые морфометрические показатели лесных насаиедений на пробных площадях

Пробная площадь Дуб Липа Ясень Клен Класс бонитета

кол-во на га. ср. Н ср. Д количество деревьев на га.

КПП 209 23 27 227 122 190 I

ППП №1 143 24 31 192 25 115 III

ППП №2 148 24 29 215 31 125 II

ППП №3 161 24 27 160 81 134 III

ППП №4 393 24 28 304 63 162 III

Всего 1054 1098 322 726

Судя по данным, приведенным в таблице 7, количество деревьев липы в большинстве случаев или сравнялось с дубом или доминирует над ним, клен так же стремится к лидерству. Вся эта перестройка ландшафтов связана с хозяйственной деятельностью человека, когда дубовые насаждения многократно подвергались вырубке и на месте коренного семенного дуба многократно возникала порослевая дубрава выкачивающая из одного и того же слоя почвы под каждым деревом, в течение длительного времени (не менее семи генераций) необходимые макро- и микроэлементы.

Каждая рубка изменяла своеобразный состав атмосферы, универсальный микроклимат характерный для дубняков, выравнивая его с окружающими территориями, меняла состав напочвенного покрова, размеры и химические свойства биомассы. Климатические колебания, смена состава биомассы и микрофлоры меняли характер и емкость биологического круговорота, направление почвообразования. Ландшафт часто испытывал сильнейший стресс, разрушались существовавшие ранее связи. Все это не могло не сказаться на когда-то могучем здоровье всего организма Воронежской нагорной дубравы, способствуя деградации дуба.

Средняя биомасса фотосинтетического горизонта (ФС) модельных деревьев у дуба, липы и клена практически одинакова и составляет у первых двух пород 4,7, а у клена 4,6 кг., с небольшими отклонениями в обе стороны. Минимальное накопление листовой массы (4,1 кг.) наблюдается у ясеня. Средняя процентная величина листьев дуба достигает всего лишь 26%, а остальные 74% приходится на породы спутники. Максимальная масса горизонта стволовой аккумуляции модельных деревьев, как и следовало ожидать, приходится на дуб, так как его древесина отличается наибольшей плотностью, но и здесь среди других пород биомасса стволов дуба колеблется от 31 % до 41%. Снижение остальных показателей (корневых аккумуляций, подроста и подлеска) свидетельствуют о том, что дуб постепенно уступает свое ведущее положение другим породам, слагающим водораздельные участки нагорной дубравы. А это признак глубокой трансформации экосистемы, ее перестройки, начавшейся с деградации дубовых насаждений.

Без энергетики нормальное функционирование биогеоценоза не возможно. Так, например, биомасса фотосинтетического горизонта варьирует от 2,6 до 4,0 т/га (таблица 8). Растения в процессе фотосинтеза поглощают углекислый газ, создают органические соединения, которые обладают большим запасом энергии. Но основное питание лес получает из почвы, расщепляя минералы и забирая из них необходимые химические элементы (фосфор, калий, азот, кальций и др.). Переходя в органические соединения, они насыщаются энергией и вместе с опадом поступают на поверхность почвы, накачивают ее свободной энергией и делают ландшафт неравновесной и вместе с тем устойчивой стационарной системой. Энергетика данного горизонта составляет 0,07*106-0,5*10б МДж. Но в структуре данного горизонта на долю дуба приходится, как правило, около 30 %, что явно недостаточно для энергетики дубового насаждения.

Запасы энергии в живом напочвенном покрове составляют 0,01 *106 -0,07*106МДж, а лесной подстилки 0,46*106 - 0,50*106МДж, что также недостаточно для формирования геохимических барьеров, четкого разделения почвенной массы на генетические горизонты и нормального хода почвообразовательного процесса.

Таблица 8 - Биомасса (т/га.) и заключенная в ней энергия [*106 МДж/га.] водораздельных частей нагорной дубравы___

пп Дуб Липа Ясень Клен Всего

масса энергия масса энергия масса энергия масса энергия масса энергия

ППП 1 ФС 0,658 0,014 1,04 0,02 0,9 0,02 0,49 0,01 3,088 0,064

АКС 73,4 1,5 51,5 1,1 10,4 0,3 59,6 1,1 194,9 4

АКК

ПП 0,76 0,02 0,8 0,02 1,05 0,022 0,98 0,2 3,59 0,262

ЖНП 0,38 0,01 0,38 0,01

ММ 22 0,46 22 0,46

итого 74,82 1,53 53,34 1,14 12,35 0,34 61,07 1,31 201,58 4,33

ППП 2 ФС 0.7 0,015 1,1 0,2 0,15 0,003 0,6 0,013 2,55 0,231

АКС 72,5 1,5 105,35 2,2 6,14 0,1 26,3 0,6 210,29 4,4

АКК 5 0,11 7,7 0,2 0,8 0,02 5,1 0,1 18,6 0,43

ПП 0,14 0,002 1,05 0,02 1,12 0,02 2 0,04 4,31 0,082

ЖНП 0,34 0,07 0,34 0,07

ММ 25 0,5 25 0,5

итого 78,34 1,63 115,20 2,62 8,21 0,14 34,00 0,75 235,75 5,14

ПППЗ ФС 0,7 0,015 0,6 0,01 0,4 0,0075 0,7 0,015 2,4 0,0475

АКС 93,4 2 36,8 0,9 34,8 0,74 57,8 1,2 222,8 4,84

АКК 7,4 0,2 6,9 0,14 2,52 0,053 4,1 0,09 20,92 0,483

ПП 0,35 0,007 1,2 0,03 1,33 0,028 2,5 0,05 5,38 0,115

ЖНП 0,36 0,008 0,36 0,008

ММ 18 0,4 18 0,4

итого 101,85 2,22 45,50 1,08 39,05 0,83 65,10 1,36 251,50 5,49

ППП 4 ФС 1,9 0,04 1,22 0,025 0,24 0,005 0,66 0,014 4,02 0.084

АКС 255,4 5,4 75,1 1,6 16 0,34 35,3 0,95 381,8 8,29

АКК 4,3 0,09 13,6 0,3 1,7 0,04 3,6 0,08 23,2 0,51

ПП 0,77 0,02 1,2 0,02 1,12 0,02 2,2 0,05 5,29 0,11

ЖНП 0,33 0,006 0,33 0,006

ММ 16 0,34 16 0,34

итого 262,37 5,55 91,12 1,95 19,06 0,41 41,76 1,09 414,31 8,99

КПП ФС 1,05 0,022 1,1 0,02 0,45 0,01 0,86 0,02 3,46 0,072

АКС 139,7 2,9 62,4 1,3 54,5 1,1 91,2 1,9 347,8 7,2

АКК 26,7 0,6 17,5 0,4 6,6 0,14 11,6 0,2 62,4 1,34

ПП 0,1 0,02 0,02 0,04 0,42 0,001 0,54 0,061

ЖНП 0,41 0,01 0,41 0,01

ММ 26 0,5 26 0,5

итого 167,45 3,52 81,10 1,74 61,57 1,29 104,08 2,12 414,20 8,67

Всего 684,83 14,46 386,26 8,53 140,24 3,01 306,01 6,63 1517,34 32,62

Длительное использование одних и тех же тессер дубовыми насаждениями, то снижение, то излишнее увеличение растительной массы в ландшафте приводит к увеличению их минерализации, образованию органических кислот, которые промывая почву, выщелачивают химические питательные вещества, ухудшают лесорастительный потенциал почв и способствуют уменьшению растительной массы. Это видимо приводит к синхронной с дубом деградации почв водоразделов нагорной дубравы, интенсивному внутрипочвенному выветриванию, частичному разрушению силикатов, что проявляется в виде кремнеземистой присыпки в профиле почв (рисунок 7).

В настоящее время, в результате миграции кислых растворов произошло выщелачивание кальция и магния и других элементов из верхней толщи почв и осаждения их в нижней части профиля (например кальций и фосфор в ППП № 2 и №4). Величина pH указывает на слабокислую реакцию среды в верхних горизонтах почвы и кислую в средней части, а иногда и по всему профилю (ППП № 4). Поэтому здесь отмечен и низкий класс бонитета (III).

Рисунок 7 - Кремнеземистая присыпка в верхнем слое почвы 5-15 см (слева) и 15-25 см (справа)

Ионы водороды являются самыми важными агентами химического выветривания. Поэтому в зоне их действия отмечается «внутрипочвенное выветривание», подкисление и проявляются признаки оглиения.

О современном состоянии почв водоразделов можно судить по результатам физико-химических и химических анализов, приведённых в таблице 9. Таблица 9 - Химический состав и физико-химические показатели почв на пробных

площадях

пп Глубина отбора проб, см pH (KCl) Н гидрол Са++ Mg++ Гумус, % Р205 по Кирсанову К20 но Чирикову

мг/100гр почвы

КПП 5-15 5.46 2,86 9,8 3,6 5,35 6,2 24

15-25 5.37 0,80 6,4 2,4 0,64 3 10,4

25-30 4,11 0,66 3,6 2,8 0,26 4,2 6,8

40-50 5,50 2,21 2,1 0,9 0,21 12,5 17,4

60-70 5,81 0,50 7,0 2,4 0,11 11,5 15,4

90-100 5,85 0,29 9,2 1,8 0,10 5,6 10

ППП №2 6-16 5,05 3,40 9,4 5,0 4,66 6,3 22,6

20-30 4,35 7,13 5,8 4,2 1,70 5,2 10.8

30-40 4,20 4,07 5,0 4,2 0,11 4,7 7,5

50-60 5,03 4,66 4,2 3,4 0,21 4,2 6,4

60-70 5,61 2,07 9,0 3,8 0,01 8,9 18,1

90-100 6.80 0,42 10,0 8,2 0,16 7,9 19,4

ППП №4 6-16 5,20 2,99 11,8 4,0 0,01 6,6 22,4

16-26 4,75 2,68 11,0 3,2 3,50 8,9 19,4

30-40 4,36 2,57 10,4 4,0 1,48 13,7 14,8

50-60 4,50 2,21 13,2 4,0 0,20 14,7 15,8

70-80 4,76 1,98 14,0 4,4 0,12 10,9 16,9

90-100 4,82 1,31 16,8 2,0 0,01 11,7 13,9

Такие условия оказывают угнетающее действие на дубовые насаждения, так как для них наиболее оптимальными являются показатели рН от 6,0 до 7,5 (нейтральная или слабощелочная среда).

Содержание гумуса в верхнем горизонте варьирует от 3,5% (ППП №4) до 5,3% (КПП) с резким снижением вниз по профилю.

Такие различия видимо, указывают на несоответствие почвенных условий, в настоящее время потребностям леса. Начатая в 17 веке вырубка дубрав на строительство флота и продолжающаяся до настоящего времени антропогенная трансформация нагорных дубрав привела к деградации почв исследуемого участка и, следовательно, в скором времени следует ожидать структурную перестройку ландшафта.

Выводы

1) При совместном произрастании дуба с породами-спутниками (ясень, клен, липа) существуют благоприятные условия для его развития. Но при этом новое поколение дуба под пологом материнского древостоя не формируется.

2) В исследуемых насаждениях отмечено постепенное вытеснение дуба из состава древостоя. Данный процесс протекает с разной интенсивностью в зависимости от ряда факторов, но в целом, ведет к одному и тому же результату - смене дуба на одну или несколько древесных пород наиболее адаптированных к местным условиям.

3) Влияние фитофагов, сводится к тому, что не зависимо от породного состава насаждения, количество вредителей леса не уменьшается, а лишь происходит изменение видового состава вредителей. Вслед за изменением породного состава насаждения происходит и перераспределение кормовой базы между насекомыми фитофагами (пяденица-обдирало обыкновенная и листовертка боярышниковая).

4) Перечет морфометрических показателей элювиальных ландшафтов на пробных площадях указывает на значительные изменения, происходящие в структуре дубравы.

5) Изменения в структуре БГЦ сказались на общей биомассе насаждений и каждого биогеогоризонта в отдельности.

6) Изменение всех подсистем биогеоценоза - процесс взаимосвязанный, поэтому развитие или трансформация почвообразовательного процесса сопряжено с состоянием надземной части БГЦ.

Изменение почвенной структуры влияет на состав травяной растительности.

Соответственно, изменение условий, в которых изначально произрастал дуб, приводит к смене пород, для которых настоящие условия являются наиболее благоприятными для развития.

СПИСОК РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. *Ирковский Э.Р. Влияние биогеогоризонтов на состояние дубовых насаждений / Э.Р. Ирковский, Г.А. Одноралов // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ) [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГАУ, 2013. - №08(092). - IDA [article ID]: 0921308030. - Режим доступа: http://ei.kubagro.ru/2013/08/pdf/30.pdf

2. Ирковский, Э. Р. Взаимовлияние дуба и сопутствующих пород в порослевых нагорных дубравах Центральной лесостепи / Э. Р. Ирковский, Н. А. Харченко, В. В. Гарнага// Разработка комплекса технологий рекультивации техногенно нарушенных земель : материалы международной молодежной конференции, Воронеж, 4-6 июля 2012 г. / науч. ред. М. В. Драпалюк, В. И. Михин ; ФГБОУ ВПО "ВГЛТА". - Воронеж, 2012. - С. 89-95. - Библиогр.: с. 95 (3 назв.).

3. *Ирковский, Э.Р. Взаимодействие деревьев дуба и его спутников в пространстве / Э.Р. Ирковский, C.B. Писарева// Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета [Научный журнал КубГАУ] [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГАУ, 2013. - №07[091]. - IDA [article ID]: 0911307115-Режим доступа: http://ei.kubagro.ru/2013/07/pdf/l 15.pdf.

4. *Ирковский Э.Р. Влияние почвы на произрастающие виды древесной растительности / Э.Р. Ирковский, Г.А. Одноралов, H.A. Харченко // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ) [Электронный ресурс], - Краснодар: КубГАУ, 2013. - №08(092). - IDA [article ID]: 0921308028. - Режим доступа: http://ei.kubagro.ru/2013/08/pdf/28.pdf.

5. *Ирковский, Э.Р. Дубовая зеленая листовертка, как индикатор состояния дубового насаждения / Э.Р. Ирковский // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета [Научный журнал КубГАУ] [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГАУ, 2013. - №07[091]. - IDA [article ID]: 0911307114. - Режим доступа: http://ei.kubagro.ru/2013/07/pdf/l 14.pdf.

6. Ирковский, Э. Р. Дубовая зеленая листовертка, как индикатор состояния дубового насаждения / Э. Р. Ирковский, О. С. Федоринова // Лесоуправление, лесоустройство и лесозащита - настоящее, будущее : материалы научно-практической конференции, Брянск, 11-13 октября 2012 г. / редкол.: В. А. Егорушкин [и др.]. - Брянск, 2012. - С. 94-99. - Библиогр.: с. 99 (2 назв.).

* - Обозначенные статьи в изданиях, включенных в список ВАК.

Просим принять участие в работе диссертационного совета Д212.034.01 и прислать отзыв на автореферат в двух экземплярах с заверенными подписями по адресу: 394087, г. Воронеж, ул. Тимирязева 8, Воронежская государственная лесотехническая академия, ученому секретарю диссертационного совета Капитонову Д.Ю.

Подписано в печать 18.11.2013 г. Формат 60x84 1/16. Объём 1,0 усл. п.л. Заказ № 458 Тираж 100 экз. УОП ВГЛТА. 394087, г. Воронеж, ул. Тимирязева, 8.

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Ирковский, Эдуард Рудольфович, Воронеж

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ВОРОНЕЖСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКАЯ

АКАДЕМИЯ»

Экологические особенности нагорных дубрав Центральной лесостепи и факторы, определяющие сукцессионные процессы в них

04201365943

На/йравах рукописи

ИРКОВСКИЙ Эдуард Рудольфович

Специальность 03.02.08 - экология

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор Н.А. Харченко

Воронеж-2013

Содержание

Общая характеристика работы...............................................................................4

Введение...................................................................................................................7

Глава 1. Обзор литературы по изучаемому вопросу...........................................9

1.1 Состояние дубрав............................................................................................9

1.2 История ведения хозяйства в дубравах и состояние дубрав

в прошлом..........................................................................................................11

1.3 Причины деградации дубрав......................................................................16

1.3.1 Влияние лесохозяйственной деятельности на отмирание дубрав....21

1.3.2 Влияние экстремальных климатических факторов на деградацию дубрав.........................................................................................25

1.3.3 Вредители и болезни дуба....................................................................27

1.3.4 Влияние других факторов.....................................................................30

1.4 Современное состояние дубрав..................................................................31

Глава 2. Район, объект и методика исследования..............................................36

2.1 Состояние вопроса........................................................................................36

2.2 Краткая характеристика территории и лесорастительных

условий районов исследований........................................................................37

2.2.1 Характеристика Воронежской области................................................37

2.2.1.1 Характеристика лесного фонда.

Лесозащитное районирование...................................................................37

2.2.1.2 Особенности погодных условий...................................................44

2.2.1.3 Характеристика природных условий УОЛ ВГЛТА....................47

2.2.2 Характеристика Ростовской области...................................................60

2.2.2.1 Характеристика лесного фонда.

Лесозащитное районирование...................................................................60

2.2.2.2 Особенности погодных условий ...................................................65

2.3 Методика работ и характеристика собранного материала......................70

2.4 Разработка оценочной классификации состояния деревьев ...................74

Глава 3. Взаимовлияние дуба и сопутствующих пород в

дубравном биогеоценозе......................................................................................76

3.1 Пространственное размещение деревьев дуба.........................................76

3.1.1 Влияние сопутствующих пород на размещение деревьев

дуба

3.1.2 Математическое обоснование..............................................................86

3.1.3 Взаимовлияние пород .........................................................................101

Глава 4. Влияние фитофагов..............................................................................104

4.1 Повреждения насекомыми - фитофагами...............................................104

4.1.1 Насекомые - фитофаги Ростовской области....................................112

4.1.2 Насекомые - фитофаги Воронежской области ................................122

Глава 5. Характеристика почв исследуемого участка.....................................135

5.1 Биогеогоризонты........................................................................................135

5.2 Литогенная основа.....................................................................................138

5.3 Влияние почвы на произрастающие виды древесной

растительности.................................................................................................141

5.4 Структуры почвенных разрезов...............................................................152

Основные выводы...............................................................................................160

Библиографический список...............................................................................162

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Цель и задачи исследования. Целью данного исследования было поставлено определение механизмов сукцессионных процессов и их направленности в порослевых дубравах Центральной лесостепи.

Для достижения цели поставлены следующие основные задачи:

2. Изучить особенности формирования пространственной структуры древесных пород дубравной экосистемы под влиянием ВСР и в связи с категориями состояния древостоев в составе групп.

Научная новизна

Главное внимание уделяется не только самому древостою, а всем компонентам, входящим в состав лесного биогеоценоза.

Теоретическая и практическая значимость

Данное изучение позволит использовать такие показатели как пространственное размещение сопутствующих дубу пород, а так же почвенные характеристики совместно с живым напочвенным покровом и другими составляющими для прогнозирования будущего состояния того или иного дерева дуба на которое оказывают влияние вышеперечисленные факторы. В результате чего в дальнейшем можно будет оказывать активное влияние на естественное течение сукцессионных процессов, сохраняя при этом господствующее положение дуба в составе древостоя.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Древесные насаждения в совместно с кустарниковой растительностью, напочвенным покровом и почвой образуют биогеоценоз, на устойчивость которого влияет изменение состава даже единственного компонента.

Апробация работы

Алгоритм, полученный в результате проведенной работы используется для исследования аспирантами кафедры экологии, защиты леса и лесного охотоведения.

Личный вклад

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 6 работ, в том числе 4 - в изданиях рекомендованных ВАК.

Структура и объем рукописи

Благодарности

ВВЕДЕНИЕ

Диссертационная работа выполнена на кафедре экологии, защиты леса и лесного охотоведения Воронежской государственной лесотехнической академии в 2010-2013 годах.

Дубрава, как и любое природное сообщество (биогеоценоз), является сложным взаимодействием частей биогеоценоза между собой. В лесных экосистемах четко выражена коэволюционная направленность. Ведущее значение в ходе сукцессионных процессов принадлежит растениям, но при этом глубоко преобразуются и все остальных компоненты системы, и биогеоценоз всегда живет и изменяется как единое целое [Харченко, 2012]. Для дубрав лесостепи и степи сукцессионные процессы выявлены более отчетливо. В их основе лежат деградационные процессы (дуб естественным путем не возобновляется под материнским пологом), в результате чего формируется древостой широколиственных пород, в котором дуб уступает место своим спутникам.

В связи с этим нарушается общая цепочка обмена энергии, сформировавшаяся многие тысячелетия назад. Поверхностное рассмотрение биоценоза не показывает полной картины того, что происходит на самом деле в природе. Только полное изучение всего биогеоценоза может дать хотя бы сколько-нибудь приближенное значение настоящего состояния лесной среды, а в нашем случае, состояние дубового древостоя.

Постоянные вмешательства человека в природу отрицательно влияют на нее, и природа стремится восстановить равновесие, заложенное в нее с самого начала. Таким образом, хозяйствование в лесах, бурно начавшееся во время правления Петра Первого ускоряет деградационные процессы, а не является их первопричиной [Деградация дубрав Центрального Черноземья, 2010].

Любой биоценоз стремится к равновесию и после нарушения этого равновесия начинают происходить изменения направленные на уравновешивание данной системы. Проведение каких-либо видов рубок и

вызывают данные изменения. Вопросы санитарных рубок поднимались многими учеными [Нестеров, 1939; Жилкин, 1940; Свалов, 1953; Флеров, 1954; Молчанов, 1975; Кулешис, 1975; Енькова, 1976; Атрохин, 1985, Новосельцев, Бугаев, 1985; Царалунга, 1985; Кипкоре, 1987; Селочник, 1987; Гарнага, 1997; Калиниченко, 2000; Титаренко, 2003], данные исследования не объединены одной единственной идеей, и в большинстве своем посвящены частным моментам. Непосредственно изучение системы должно происходить сразу на всех уровнях, начиная от подстилающей поверхности почв и заканчивая насекомыми фитофагами, являющимися вредителями леса, препятствующими восстановлению экосистемы.

Обоснованность результатов исследования. Выводы диссертационной работы базируются на результатах фактического материала сплошных перечетов дубового древостоя и сопутствующих дубу пород с координатами пространственного размещения. А так же учета подлеска, подроста, живого напочвенного покрова. Почвенная характеристика проведена на основании почвенных разрезов и взятых с них почвенных проб, на исследуемых пробных площадях. По изучению насекомых фитофагов использовались данные полученные в результате маршрутного исследования для определения степени дефолиации крон и видового состава насекомых вредителей. Полученные полевые материалы обрабатывались с использованием статистических методов на персональном компьютере.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ ПО ИЗУЧАЕМОМУ ВОПРОСУ

Усыхание дубрав как явление, не есть причина их деградации. Волны отмирания, безусловно связаны с его интенсивным использованием и многократным порослевым возобновлением и ускоряют процесс деградации, а, следовательно, ведут к сукцессионным изменениям в дубравных экосистемах. Деградация - это потеря ранее приобретенных свойств и качеств. Кроме того, деградация дубравной экосистемы - естественный процесс, следующий за ее становлением и развитием [Деградация дубрав Центрального Черноземья, 2010].

Продолжительное время происходит массовое усыхание дубрав. Более трех сотен лет, как отражают многие авторы, наблюдается данный процесс и предпринимаются попытки найти решение данной проблемы. На сегодняшний день ясно, что ни какие мероприятия, направленные на восстановление дубрав в центральной лесостепи и других регионах не дадут мгновенный эффект и замедлят процессы деградации [Харченко, 2009]. Кроме того, ранее предпринятые меры и отказ от ведения хозяйства в дубравах могут усилить процесс отмирания дубрав. В качестве наиболее приемлемого на данный момент способа восстановления дубрав и повышения их устойчивости и жизнеспособности является разработка комплекса мероприятий от селекционно-генетических до лесоводственных и законодательных, в результате которых станет возможным достижение столь экологически важного и долгожданного результата.

1.1 Состояние дубрав

На рыхлых хорошо дренированных почвах дуб образует мощную, глубокую стержневую корневую систему, обеспечивающую их высокую ветроустойчивость. При повышенном грунтовом увлажнении, особенно на почвах со слитым горизонтом, формируется корневая система

поверхностного типа и в этих условиях, по нашим наблюдениям, старые деревья дуба иногда подвержены ветровалу.

По отношению к почве дубы разделяются на две группы: 1) произрастающие на кислых почвах, формирующихся на бескарбонатных горных породах (дубы черешчатый, скальный и Гартвиса); 2) растущие на щелочных почвах (дуб пушистый) [Полежай, 1979].

Благоприятны для роста дуба плодородные рыхлые почвы с большими запасами влаги, но низким залеганием грунтовых вод, влажная и теплая погода. В жаркую погоду при недостатке влаги в почве радиальный прирост дуба уменьшается и даже прекращается, возобновляясь после обильных дождей.

Дуб черешчатый может расти на почвах разнообразных по физическому и химическому составу, на что указывал еще профессор М.Е. Ткаченко [1939]. Однако к эдафическим условиям он достаточно требователен, лучше всего произрастая на темно-серых и серых лесных суглинистых почвах, на деградированных черноземах и аллювиальных почвах. Он может расти на почвах менее плодородных - на подзолистых суглинистых и супесчаных или песчаных с прослойками суглинков и глин,

но производительность его на таких почвах снижается.

Дуб переносит некоторую засоленность почвы и умеренную солонцеватость, но растет в таких условиях плохо, а на солончаках быстро отмирает [Харитонович, 1968].

П.С. Погребняк [1983] относит дуб черешчатый к ксеромезофитам. Перенося почвенную засуху, он плохо отзывается на избыточное увлажнение, хотя и выносит затопление в течение 22 дней [Новосельцев, 1985]. Дуб хорошо растет на свежих и особенно на влажных почвах; может расти и на сырых почвах, но с проточными водами, постоянного переувлажнения не переносит. В степных районах наиболее благоприятные гидрологические условия для дуба складываются только в поймах рек и балках. Г.Н. Высоцкий связывал распространение дуба черешчатого с

годовым количеством осадков от 350-400 до 500-550 мм. В районе массивных дубрав коэффициент увлажнения по Г.Н. Высоцкому (отношение осадков к испаряемости) составляет 0,70.. .1,04.

Дуб черешчатый умеренно светолюбив. В шкале М.К. Турского он находится на шестом месте по убыванию светолюбия после лиственницы, березы, сосны обыкновенной, осины и ивы. В условиях недостаточного освещения дуб черешчатый снижает энергию фотосинтеза, ослабляет рост, становится менее устойчивым против неблагоприятных условий внешней среды и болезней и со временем отмирает. Только в условиях полного освещения всей кроны прямыми солнечными лучами дуб долго и интенсивно растет, хотя и формирует при этом сбежистый, суковатый ствол. Потребность дуба в свете зависит от лесорастительных условий, возраста и состояние растений. Чем благоприятнее экологические условия, чем дуб моложе и здоровее, тем он более теневынослив [Новосельцев, 1985].

1.2 История ведения хозяйства в дубравах и состояние дубрав в прошлом

Массовое усыхание дубрав стало уже глобальным явлением и отмечено по всему ареалу дуба, как в европейских странах, так и в Средней Азии и США. Большое количество публикаций, посвящены изуче

Информация о работе

Ирковский, Эдуард Рудольфович
кандидата биологических наук
Воронеж, 2013
ВАК 03.02.08

Диссертация

Экологические особенности нагорных дубрав Центральной лесостепи и факторы, определяющие сукцессионные процессы в них - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы