Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Особенности структурно-функциональной организации дубрав Центральной лесостепи и их влияние на прилегающие агроэкосистемы

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Особенности структурно-функциональной организации дубрав Центральной лесостепи и их влияние на прилегающие агроэкосистемы"

003487091 На правах рукописи

Шишкин Александр Иванович

ОСОБЕННОСТИ СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ ДУБРАВ ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЛЕСОСТЕПИ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ПРИЛЕГАЮЩИЕ АГРОЭКОСИСТЕМЫ

Специальность: 03.00.16 - Экология

1 О ДЕК 2009

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Воронеж - 2009

003487091

Работа выполнена на кафедре лесоводства

ФГОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»

Научный руководитель: доктор биологических наук,

профессор Таранков Владимир Иванович

Официальные оппоненты: доктор биологических наук,

профессор Никулин Анатолий Владимирович

кандидат сельскохозяйственных наук Кострикии Виктор Андреевич

Ведущая организация: ГНУ «Научно-исследовательский институт

сельского хозяйства ЦЧП им. В.В. Докучаева» РАСХН

Защита состоится 29 декабря 2009 г. В 13. 00 на заседании диссертационного совета Д 220.010.06 ФГОУ ВПО «Воронежский государственный аграрный университет им. К.Д. Глинки» по адресу: 394087, г. Воронеж, ул. Мичурина, 1, аудитория 268, тел. (4732); 53-86-51; 53-88-27

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на официальном сайте ФГОУ ВПО «Воронежский государственный аграрный университет» Ьир:/\\'\\\¥.vsau.ru/sciertce/diss

Автореферат разослан 25 декабря 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат сельскохозяйственных наук,

доцент РКос^^у'*' Кольцова О.М.

ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Лесам принадлежит важная роль в глобальном, региональном и локальном депонировании углерода. Повышение продуктивности и устойчивости насаждений способствует оптимизации углеродного баланса и, следовательно, процесса поглощения лесами углекислого газа и выделения кислорода (Киотскпй протокол). Такие структурные элементы, как биоразнообразие. динамика возрастной структуры, динамика породного состава, фитомасса, все таксационные характеристики (полнота древостоя, средняя высота, средний диаметр, запас древостоя) - обусловливают устойчивость насаждений. Из функциональных элементов рассматривается углерододепонирующая функция (основа биологической продуктивности). Анализ современного состояния невозможен без изучения истории дубрав, формирования древостоев, смены пород и лесах и их воздействия на климатический режим и биохимические циклы шроэкосистем.

Цель и задачи исследований. Цель работы заключается в изучении структурных особенностей и динамики углеродного цикла дубрав Центральной лесостепи па примере Шилова леса (Воронцовское лесничество) и Усманского бора (Воронежский биосферный государственный заповедник и Воронежское лесничество).

Задачи исследования:

- изучение многолетней динамики породного состава и возрастной структуры древостоев;

- сравнительный анализ основных таксационных показателей в различных условиях произрастания дуба;

- характеристика видового фиторазнообразия в различных условиях произрастания н антропогенного воздействия;

- оценка первичной продуктивности дубрав;

- изучение динамики углеродного цикла насаждений;

- изучение влияния дубрав па функции и продуктивность агроэкосистем.

Научили новизна. Получены данные об основных тенденциях состояния

дубрав в условиях лесничеств и заповедника. Изучена динамика породного состава и возрастной структуры дубрав в Шиповом лесу и Усманском бору. Впервые изучены запас и депонирование углерода в фитомассе насаждений и запас углерода в почвах на территории Воронежского биосферного государственного заповедника и в Шиповом лесу. Установлено положительное воздействие дубрав на климатический режим и циклы биогенных элементов агроэкосистем.

Практическая значимость. Материалы исследований могут использоваться при организации ведения лесного хозяйства в дубравах, в частности при планировании рубок ухода, переформирования и обновления, направленных на более интенсивное накопление углерода, использование углерододеионирую-ших функций и сохранение биоразнообразня. При планировании полезащитных лесонасаждений в агроландшафтах. Также, данные исследования могут использоваться при выделении особо охраняемых территорий в Шиповом лесу. Полученные данные пригодны для ведения лесного кадастра и мониторинга в

дубовых лесах Центральной лесостепи.

Обоснованность результатов исследовании. Обоснованность выводов диссертационной работы обеспечивается большим объемом фактических материалов, полученных при полевых исследованиях. Данные обрабатывались методом математической статистики с использованием программ Microsoft Office 2003 для персонального компьютера.

На защиту выносится:

1. Динамика породного состава и видовое фиторазнообразне дубрав Шилова леса и Усманского бора.

2. Возрастнва структура и продуктивность дубовых древостоев в различных условиях произрастания.

3. Динамика запаса и депонирования углерода насаждениями в различных условиях произрастания и антропогенного воздействия.

4. Дубравы существенно изменяют климатический режим и циклы биогенных элементов в агроценозах.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на научно-практических конференциях:

1.) Научно-практическая конференция «Проблемы регионального природоведения». Самара, 1993;

2.) Научно-практическая конференция «Развитие природных комплексов Усмань-Воронежских лесов на заповедной и антропогенной территориях». Воронежский биосферный государственный заповедник, 1997;

3.) Всероссийская научно-практическая конференция «Оптимизация ландшафтов зональных и нарушенных земель». Воронеж, 2005;

4.) Международная научно-практическая конференция «Проблемы ускоренного воспроизводства и комплексного использования лесных ресурсов». Воронеж, 2006;

5.) Научно-практический семинар «Проблемы деградации дубрав и современные системы ведения лесного хозяйства в них». Воронеж, 2007.

Личный вклад. Автором разработаны программа и методика исследований, выбраны объекты, собран, обработан и проанализирован материал, написана диссертация.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 научных работ, одна из которых в издании, включенном в перечень требуемых ВАК.

Структура к объем рукописи. Диссертация изложена на 218 страницах, состоит из введения, пяти глав, выводов, и двух приложений на 33 страницах. Исследования иллюстрированы 45 рисунками и 40 таблицами. Список литературы включает 141 наименований, из которых 22 на иностранных языках.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Состояние Шнпова леса и Усманского бора

Дубовые леса, произрастающие в степных и лесостепных районах в условиях расчлененного рельефа и малой лесистости, выполняют важные природоохранные и рекреационные функции (Алексеев, 1997; Бугаев, 1992; Лозовой, 1998; Лукьянец, 1979; Мелехов, 1989; Полянская, 1991).

Структурно-функциональная организация является результатом борьбы за существование, естественного отбора, способности изменять запятую среду, саморегуляции, наследственности и изменчивости (Артюховский, 1985; Горы-шима, 1979; Громцев, 1995; Дылис, 1978, 1979; Романовский, 1995; Уткин, 1995).

Леса являются огромным хранилищем углерода. В зависимости от ири-родно-экономической ситуации они могут быть стоком углерода, или - при неразумных формах хозяйствования - его источником поступления в атмосферу. Баланс углерода в лесных экосистемах приобретает особое значение в связи с увеличением содержания углекислого газа в атмосфере и угрозой возникновения парникового эффекта (Вомперский, 1995; Заварзин, 1994; Замододчиков, 1998; Караванская, 2004; Кобак, 1988; Курбанов, 2007; Мокроносов, 1994; Ни-капоров, 2003; Одум, 1975; Таранков, 2005; Тарко, 1994; Усольцев, 1998; Уткин, 1970, 2001).

Изучение динамики пяти основных пород Воронежского лесничества за период с 1958 по 2001 годы показало: несмотря на то, что посадки создаются сосной н дубом, за 40-летшш период не произошло увеличения площадей занятых этими породами (их доля сни зилась на 1,2 % по каждой). При этом процент площадей, замятых осиной, березой, ольхой, возрос.

В Воронцовском лесничестве абсолютно преобладающей породой является дуб. За двадцатилетний период количество занимаемых им площадей снизилось с 95,4 до 91%.

В Усмапском бору в период с 1844 по 1930 годы сосна, дуб и осина активно вытесняли березу. Причиной является создание сосновых посадок вместо вырубаемых березняков, вытеснение березы из состава насаждений уже присутствовавшим в составе дубом н обладающей большей репродуктивной способностью осиной (табл. 1).

Таблица 1 - Динамика породного состава в Усмапском бору, %

11ородя 1 оды

1844 1869 1897 1910 1930 1945 1958- 1980 1991-

1965 2001

Сосна 4,0 16,5 24,5 29.4 35,6 37,5 43,6 44,7 43,2

Дуб i 3,0 19,5 22,4 20,8 30,5 29,8 27,1 28,4 27,7

Осипа 2,0 4,5 3,8 19,2 19,0 22,1 19,9 18,0 Г 19,3

Берета 75,0 56,7 38,3 24,0 8,4 6.1 4.9 4.2 4,8

Ольха 2,0 2.2 1,8 1,4 1,9 3,6 3,7 4,1 4,0

Прочие 4.0 0,6 4.2 5.2 4,6 0,9 0,8 0,6 1,0

11а территории заповедника с 1954 года не велись какие-либо виды рубок, кроме санитарных в хозяйственной зоне вдоль границ, и не создавались лесные культуры. Количество осинников уменьшилось с 25,1 до 21,5 % . В то же время доля дубрав возросла с 27,2 % до 31,1 %. Площади, занятые сосной, березой н ольхой остап (сь на прежнем уровне (рис. I).

сосна дуб осина береза ольха

Рисунок 1 -Динамика породного состава в Воронежском заповеднике

В ходе изучения возрастной структуры насаждений, выявлено, что в Во-ронцовском лесничестве насаждений I и 11 классов возраста с каждым десятилетием становится все меньше: в 1981 году в сумме 23,6%, в 2002 году всего 11,1%. Насаждений IX класса и старше за анализируемый период становилось все больше: в 1981 году - 2,1 %, в 2002 - 21,3 %. Аналогичная картина и в Воронежском лесничестве.

В заповеднике в период с 1937 (присутствовали только молодые насаждения) по 1980 годы количество молодняков снижалось, а количество приспевающих и спелых насаждений - увеличивалось. После 1965 года стало увеличиваться количество старовозрастных насаждений. Количество старовозрастных насаждений за десятилетие увеличилось в 3,6 раза. Происходящий процесс нарастания площадей старовозрастиых насаждений в заповеднике продолжается в настоящее время, однако, уже в ближайшее время следует ожидать проявления естественных сукцессии (табл. 2).

Таблица 2 - Динамика распределения площадей насаждений по группам классов возраста в Воронежском заповеднике, (га/%)

Голы Группы классов возраста И101 о

¡-V IX и старше

1937 9443 100 - 9443 100

1965 7620 90,5 800 9,5 - 8420 100

¡981 6 670 75,1 2 099 23,6 116 1,3 8 885 100

1992 6210 1 2 293 423 8 926

69,7 25,6 4,7 100

2. Почвенпо-клнматическне условия, объекты п методика исследований

Зона лесостепи характеризуется сравнительно теплым и сухим умеренпо-континеитальным климатом. Зима мягкая, но с устойчивыми морозами. Средняя высота снежного покрова - 20-30 см. Переход через 0°С 1 апреля. Характер увлажнения неустойчивый, часто засухи и суховеи.

Воронежский биосферный государственный заповедник расположен в северной части Усманского бора на водоразделе рек Воронеж и Усманка. Это район мощных песчаных наносов разделенных ручьями. Поверхность водораздела волниста, рельеф сложный.

Шипов лес - южно-сгепная нагорная дубрава. Состоит из грех островов с северо-востока на юго-запад вдоль реки Осередь. Рельеф сложный с оврагами и значительными понижениями к ручьям.

Исследования проводились с 2000 по 2009 год.

Анализ динамики таксационных показателей проводился по данным собственных исследований и материалам лесоустройства. Временные пробные площади (далее - «ВПП») в Воронцовском лесничестве и Воронежском биосферном государственном заповеднике подбирались по двум основным критериям - тип лесорастительных условий (Д| и Д2 в лесничестве и Д2 и С;Д в заповеднике) и возраст насаждения (80-90, 115-130 и 175-189 лет). Всего по 18 ВПП в лесничестве и в заповеднике. Объекты исследований запаса углерода в чернозёмных почвах были выбраны на прилегающих к Усманскому бору сельскохозяйственных территориях в Рамонском районе. Критериями отбора являлись непосредственное примыкание к дубовым насаждениям и интенсивное сель-хозпользование.

Как основной элемент фиторазнообразия оценивался травяной покров. При определении видов лесных трав использовались определители И.М. Хомяковой (1974) и Ю.Е. Алексеева (1997). Подрост и подлесок оценивались в соответствии с методическими указаниями, разработанными в ВГЛТА (Ушатпн, 1991).

В целях более глубокого анализа динамики продуктивности древостоев, а также для сравнения размеров углеродного стока в исследуемых насаждениях в настоящей работе проведено определение запаса углерода в динамике на всех временных пробных площадях (Аткии, 1996; Базилевнч,1993; Белов, 1976; Бугаев. 1971; Ерешкин, 2003; Заварзин, 1994; Замолодчиков, 1998; Полубояри-нов, 2000; Родин, 1967; Смольянов, 2001; Усольцев, 1998). Учет фитомассы производился в соответствии с «Методическими указаниями к изучению динамики и биологического круговорота в фитоценозах» (Родин, 1968).

3. Динамика основных таксационных показателен и фнторазно-образне в дубравах Шнпова леса п Усманского бора

3.1 Характеристика временных пробных площадей

Древостой в сухой дубраве Воронцовского лесничества можно охарактеризовать как чистые дубовые насаждения с присутствием ясеня, иногда липы и вяза и. что самое главное, с нарастающим участием клена остролистного. Дре-

востои в свежей дубраве Воронцовского лесничества характеризуется смешанным составом с хорошо выраженными 1 и 2 ярусами (табл.3).

Таблица 3 - Таксационная характеристика временных пробных площадей в Воронцовском лесничестве (Шипов лес)

№ Квар тал Вы лел ГЬо щлдь, га Состав Возраст, лет Высота, м Диаметр см Бонитет ТЛУ Нол-пот Запас ncciо на кг дум па la. пГ

Дубрава сухая, Д|

1 21 1 2.0 ЮДпв + Кпп 90 19 26 3 Доен 0,8 260/260

2 24 1 1.9 8Днв1Лп 1Яов 85 24 26 2 Доен 0.7 280/220

3 24 2 3,1 ЮДпв 85 19 20 3 Доен 0,7 200/20!)

4 25 11 2.4 ЮДпп+ЯошКв 130 26 30 2 /loen 0.8 360/360

5 26 6 1.6 |0Днв^1овИ1п 125 26 30 2 Доен 0,8 340/340 1

6 50 15 3.6 9Дпв1ЯовьКл 120 22 30 3 Доен 0.7 210/190

7 73 12 1.2 ЮДив 180 25 49 3 Доен 0.7 380/380

8 90 7 3.0 ЮДпв 81<ло1Яов1 Лп 180 23 46 3 Доем 0,6 250/250

<) 90 13 3.0 ЮДив 9Kjiol.il и 180 24 48 3 Доен 0.6 430430

Дубрава свежая,Л 1

10 24 8 2.8 7Днв2Лп1 Яов+К 8Кло2Лп 85 24 26 2 Дсн 0,8 280/200

I! 24 9 1.8 5ДнвЗЯов1Лп1К 6Кло2Яов2Лп 80 23 29 2 Див 0,8 280/140

12 24 10 2,4 9Дпв1Лп 8Kjiol Jlnl В 80 23 26 2 Дсн 0,8 260/210

13 25 10 1.8 ЮДпв+ЯовЧСл бЮюЗЯовИЗ 130 26 29 2 Дси 0,7 280/280

14 50 12 6,1 7Див2Яов1Лп+К 7Кло1Яов2Лп 115 26 33 2 Дсн 0,7 320/220

15 50 13 13.0 7Дмв2Яов1ЛлнК 6Кло1Яов2Ли1В 115 26 32 2 Дсн 0,7 290/230

16 25 12 6,4 ЮДмв+Яс+Лп+К SKjjo 1 Ли 1В 180 30 49 1 Дсн 0,7 390/390

17 25 14 1.1 ЮДнв+Лп+Кл 91Сло1 Дп 180 31 52 1 Дсн 0,8 380/380

18 26 7 12.0 ЮДнв i-Ясн Лп+К 8Кло1Яов1Лп 180 30 48 1 Дсп 0,7 410/110

Насаждения снытевой дубравы отличаются высокой продуктивностью. В ряде насаждений снытевой дубравы рост дуба, в отличие от дубрав в сухих условиях произрастания, не замедляется, в результате чего бонитет становится первым.

Снытевые дубравы заповедника (табл. 4) в большинстве сложные и разнообразные по составу. В свежих судубравах заповедника с дубом соседствуют все его спутники: сосна, осина, клен остролистный, береза, липа, ясень.

Таблица 4 - Таксационная характеристика временных пробных площадей в Воронежском биосферном государственном заповеднике (Усманский бор)

№ Кипр Вм Пло Состав Воз- Вы- Диа- Бони- ТЛУ Пол- Запас

тал дел «ладь, га раст, лет сота, м метр см тет нота всею на га/ дуба на га, м"1

1 2 Л 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Д)браиа свежая, Д2

19 т 1 0,6 7Днв2Б10с 6ЮюЗДи1 В 90 26 28 2 Дсп 0,6 280/200

2» 3 6 35.0 6Дпв2Б20с 810ю2Лп 90 28 36 1 Дсм 0,7 290/170

21 10 5 9,6 8Дпв2Со 71СпоЗЛ|1 90 24 28 2 Дсн 0,7 240/190

22 91 7 2,9 9ДнвЮс1 Б 7Кло20с1Лм 125 28 52 2 Дсп 0,6 270/230

23 108 17 1.4 6Дш>40с 91<ло1Лн 125 28 44 2 Дсн 0,6 240/150

24 136 1 3.2 ЮДнв 8Юю1ЛиЮс 125 27 36 2 Дсм 0,7 290/290

25 109 2 3,2 8Д||»2()с 71<лоЮс 175 29 56 1 Дсп 0,5 230/180

26 124 2 17.0 9Див1Дми 9Кло1Лн 175 28 48 2 Дсм 0,6 270/240

27 135 3 3,9 ЮДнв 7Кж>2Дмв1Лп 175 28 68 2 Дсн 0,3 140/140

Судубрава свежая, С?Д

28 214 3 3,0 7Дни2Б10с1 Ли 7Кло2ЛпЮс 90 25 36 2 Доссм 0,6 230/160

2() 218 14 1,3 8Д|т11ЛОси1п 71<ло2ЛпЮс 90 26 36 2 Доссн 0,6 240/190

.10 253 6 5,0 7Дпв21ЛОс 7КлоЗОс 85 24 30 2 Доссм 0,7 250/180

Л! 272 12 12,0 7Дпв2Ли1 ЮниС 6Кло4Лп 125 30 46 1 Доссн 0,8 360/250

32 374 1 0,5 7Дмв2Б1Ли 6К:ю4Лп 130 27 40 2 Доссм 0,7 310/200

33 507 II 5.8 8Див2Л|Н!Слв 51<лоЗЛ н20с 125 26 40 2 Доссм 0,6 260/190

34 312 3 26,0 6Дпв2Лп1Яов1Кл 4Лм4|0|о1Дмв1Яо 175 28 68 2 Доссм 0,5 210/140

35 332 7 18.0 8Д||в2Дн|(1Лл 6Кло4Лп 175 28 68 2 Дос сп 0,6 250/180

36 333 6 17.0 ЮДнв 5Лм5Юш 175 30 68 2 Доссм 0,4 200/200

Самый высокий средний бонитет отмечен в свежей дубраве Воронцов-ского лесничества - 1,7. Ниже бонитет на объектах в заповеднике: в свежей дубраве - 1,8 а в свежен судубраве - 1,9. Значительно ниже бонитет на объектах в сухой дубраве Воронцовского лесничества - 2,7.

3.2 Динамика основных таксационных показателем

3.2.1 Динамика диаметров

Изучение динамики средних диаметров насаждений показали, что на объектах в лесничестве средний диаметр насаждений в сухих дубравах ниже, чем в свежих дубравах. Средний диаметр, в свежей судубраве заповедника выше, чем в свежей дубраве заповедника. В целом, средний диаметр на объектах исследований в заповеднике больше, чем в лесничестве.

3.2.2 Динамика высот

Наибольшая средняя высота - в свежих дубравах Воронцовского лесничества. Средняя высота древостоя в сухих дубравах лесничества ниже, чем во всех других изучаемых объектах, как лесничества, так и заповедника. Средняя высота древостоя в свежих дубравах заповедника выше, чем в свежих дубравах лесничества в возрасте до 150 лет, а в дальнейшем они меняются местами.

3.2.3 Динамика полноты

В лесхозе снижению полноты способствуют рубки, однако в заповеднике средняя полнота ниже, чем в лесхозе, хотя рубки здесь не проводятся. После 150 лет полнота в дубравах заповедника начинает снижаться, в лесхозе, в этом же возрасте-снижение не происходит.

3.2.4 Динамика запасов дуба

Продуктивность древостоев по запасу дуба в Воронцовском лесничестве выше, в Воронежском заповеднике. Накопления запаса дуба в Шиповом лесу не останавливается в возрасте 150 лет. В заповеднике, напротив: после 115-130 лет динамика роста снижается, и накопление запаса дуба прекращает ся.

3.3 Статистический анализ таксационных покупателей

В результате статистической обработки таксационных показателен установлено, что связь между средней высотой насаждения и его запасом и в Воронцовском лесничестве, и в заповеднике устойчиво высокая, а связь между средними диаметрами и запасами насаждений в Воронцовском лесничестве выше, чем в заповеднике. Точность проведенных исследований по вариационным рядам достаточно высокая, достоверность различия между рядами - существенная.

3.4 Фиторязпообразне п дубравах Воронцовского лесничества н Воронежского заповедника

Как основной элемент фиторазпообразия оценивался травяной покров, как важные элементы лесного насаждения оценивались подрост и подлесок.

Исследования травяного покрова показали, что видовое разнообразие иа объектах исследований заповедника выше, чем на объектах в лесничест ве, но несущественно, на 3-4 вида. Чем старше древостой насаждений, тем меньше в них встречается видов. В возрасте насаждений 175-180 лет, количество видов во всех исследуемых условиях произрастания - практически одинаково. Несмотря на проводимые в лесничестве рубки, видовое разнообразие не снижается.

Подрост во всех условиях произрастания, в которых проводились исследования, представлен кленом остролистным, дубом, реже ясенем, липой, бере-

зон. Преобладает- повсеместно клен остролистный. Чем старше возраст насаждении, тем больше в них густота подроста.

Подлесок на всех исследуемых объектах как в Воронцовском лесничестве, так и в Воронежском заповеднике представлен кленом полевым, лещиной, кленом татарским и бересклетами: европейским и бородавчатым. Преобладает повсеместно клен полевой, второй по количеству идет лещина, остальные виды встречаются реже. Чем старше насаждения, тем реже подлесок. В целом, в заповеднике подлесок незначительно гуще, чем в лесхозе.

3.5 Динамика дубовых насаждений Воронцовского лесничества на примере постоянных лесоссмеиных участков (Г1ЛСУ) н генетических резерватов

Для изучения динамики состояния дубовых насаждений Воронцовского лесничества была использована таксационная характеристика постоянных ле-сосемепных участков (ПЛСУ) и генетических резерватов, сделанная в ходе проведения лесоустройств в 1990 и 2002 годах.

Причиной уменьшения площади ПЛСУ и генетических резерватов стало, главным образом, изменение подхода к оценке их состояния с целью увеличения гшошаден вырубки и ухудшение санитарного состояния насаждений.

4. Динам! пса запаса и депонирование углерода в дубравах Усманского бора и

Шпиона леса

4.1 Фракционная структура фнгомассы п запаса углерода

Наибольшее количество фитомассы насаждений приходится на многолетние надземные части (в основном это древостой, его ветви и сучья). Доля корневой системы деревьев, с возрастом насаждений уменьшается.

Установлено, что и различных условиях произрастания доля древостоя в общем запасе углерода различна. В сухих дубравах Воронцовского лесничества она составила 96,0%, свежей дубраве - 95,7%. В Воронежском заповеднике доля массы древостоя несколько меньше. В свежих дубравах она составляет 90,3%, в свежей судубраве - 83,6%. Это связано с тем, что в свежей судубраве заповедника не ведется хозяйственная деятельность, доля детрита значительно больше, чем па всех остальных объектах.

Запас углерода в травяном покрове в сухой дубраве Воронцовского лесничества составил от 0,06 до 0,27 тС/га, в свежих дубравах лесничества этот показатель иыше: от 0,20 до 0,42 тС/га. В свежих дубравах заповедника составил от 0,23 до 0,53 тС/га, а в свежих судубравах - от 0,34 до 0,72 тС/га. При этом на всех объектах видна тенденция к снижению запаса углерода в травяном покрове с увеличением возраста. В заповеднике фитомасса травяного покрова больше, чем в лесничестве.

Запас углерода в подлеске и подросте в сухой дубраве лесничества сильно связан с возрастом насаждения: на объектах 85-90-летиего возраста он составляет 0,71 -0,98 тС/га, а в 180-летнем возрасте от 0,24 до 0,29 тС/га. В свежей дубраве лесничества запас углерода в подлеске и подросте значительно больше, чем в сухой. В 80-85-летнем возрасте он составляет 0,99-1,09 тС/га, а в воз-

расте 180 лег: от 0,60 до 0,82 тС/га. Динамика запаса углерода в подлеске и подросте заповедника представляет несколько иную картину. В возрасте 90 лет - от 1,20 до 1,37 тС/га, в возрасте 125 лет - от 0,73 до 0,86 тС/га, в возрасте 175 лет - от 0,82 до 1,05 тС/га. В свежей судубраве заповедника подроста и подлеска меньше, чем в каком-либо типе условий произрастания и в заповеднике, п в лесхозе: в насаждениях с возрастом древостоя 85-90 лет запас углерода колеблется от 0,75 до 0,95 тС/га, а в старовозрастных насаждениях 175 лег: от 0,27 до 0,36 тС/га.

4.2 Динамика запаса и депонирования углерода

Данные в возрасте от 80-90 лет и старше рассчитаны по материалам Bill I, в возрасте от 20 до 60 лет - с применением таблиц хода роста насаждений. До возраста 80-90 лет, наблюдается незначительное превосходство по запасу углерода в дубравах Усманского бора.

Существенное отличие между заповедником и Воронцовским лесничеством по запасу углерода в том, что в условиях Шипова леса запас углерода возрастает до 175-180 летнего возраста, в условиях Усманского бора, в заповеднике, в возрасте 115-130 лет средний запас углерода начинает снижаться (рис. 2). Увеличение запаса углерода в указанном возрасте происходит в Шиповом лесу по двум причинам: во-первых, дуб здесь продолжает развитие до 180-летиго возраста; во-вторых, отпад деревьев идет в меньшем количестве, чем в Усмап-ском бору.

__________________Воз ра ст насажде н и й, л ет

—•—Д1 лесхоз -......е.......Д2лесхоз

—й— Д2 заповедник • ■ - х- • ■ С2Д заповедник

Рисунок 2 -Динамика запаса углерода

В Шиповом лесу и в Усманском бору среднее депонирование углерода возрастает во всех условиях произрастания до 60 лег. Текущее депонирование углерода, также во всех условиях произрастания, достигает максимальной величины в возрасте 40 лет.

В возрасте 180 лет в лесхозе запас углерода в насаждениях продолжает увеличиваться. Текущее депонирование углерода в свежей дубраве составляет 0,61 тС/га. В сухой дубраве - 0,35 тС/га. В 175-летнем возрасте в заповеднике

текущее депонирование углерода прекращается. Ранее накопленный углерод сохраняется в других депо, а в живом покрове депонирование не происходит (рис. 3).

..............Возраст, лет............................

I —»—Д1 лесхоз -*........Д2лесхоз

- -й- - Д2 заповедник — х -■ С2Д заповедник

Рисунок 3 - Динамика текущего депонирования углерода

4.3 Запас углерода в почвах

Величина гумусового горизонта в экотопах Шилова леса и Усманского бора различается существенно. Шипов лес расположен па различной мощности черноземах. Мощность гумусового горизонта в свежих дубравах от 55 см до 1,0 м. Средняя мощность по всем объектам - 75,0 см.

Мощность гумусового горизонта в сухих дубравах меньше, чем в свежих дубравах. Она колеблется от 35 до 60 см. Средняя мощность гумусового горизонта по всем ВГ1П - 45,2 см.

В Усманском бору почвенные условия значительно уступают условиям Шипова леса. В наиболее распространенных осоково-снытевых свежих судуб-равах, гумусовый горизонт составляет от 12 до 28 см. В свежих снытевых дубравах почвы имеют два темноокрашенных гумусовых горизонта: помимо верхнего, расположен еще один слой под небольшой песчаной прослойкой. Мощность .»тих горизонтов составляет 58-63 см.

Процент содержания гумуса и процент содержания углерода в черноземах Шнпова леса значительно больше, чем в серых лесных почвах Усманского бора.

Преимущество свежих дубрав Шипова леса по запасу углерода в наземной части насаждения обусловлено богатством почв (табл. 5).

Таблица 5 - Средний запас углерода в экотопах Шилова леса и Усманского бора

Средний запас уг- Наименованиеэкотопа

лерода Сухая дубрава Свежая дубрава Свежая дубрава Свежая судуб-

Шилова леса Шшюва леса заповедника рава заповед-

ника

В фптомассе, дет-

рите и подстилке, 125.45 134.28 105.31 113,67

1С/га, /% 52,9 34.1 69,0 87,6

13 почве,тС/га,/% 111.89 259.56 47,28 Щ6

47.1 65,5 31,0 12,4

Всею в жотопе, 237,34 393.84 152.59 129,83

тС/га, /% 100 100 100 100

5. Влияние дубрав пя прилегающие агроэкосисгемы

5.1 Почвообразующая н противоэрозиошшя роль дубрав

Одной из наиболее важных задач сельского хозяйства Воронежской области является сохранение и повышение плодородия почв. БаПрачные дубравы, как первоначальный тип лесных формаций, защищают почвы от эрозии и иссушающих ветров.

Дубовые леса, создающие биологическую миграцию и аккумуляцию зольных веществ, продуцирующие органическое вещество, являются главным движущим фактором почвообразования в условиях лесостепи. От характера растительности зависит состав растительных остатков. Лесостепь формировалась в условиях неоднократной взаимной смены травянистой и древесной растительности.

Опытные участки, расположенные на полях, прилегающих к дубовым насаждениям, имеют следующие характеристики.

Объект № 1. Поле находится западнее урочища «Ивницы», расположенною севернее пгт Рамонь. Участок примыкает к выделу № 3 квартала № 53 Рамоиского участкового лесничества Воронежского лесничества. Черноземы типичные малогумусовые среднемощиые. По механическому составу тяжело-суглиннстые.

Объект № 2. Поле, расположенное южнее урочища «Ивницы». Участок примыкает к выделу № 5 квартала № 53 Рамонского участкового лесничества Воронежского лесничества. Чернозёмы выщелоченные малогумусные средне-мощные. По механическому составу тяжелосуглинистые.

Объект № 3. Поле, расположенное западнее квартала № 464 Воронежского биосферного государственного заповедника на территории ОАО «Рамон-ская птицефабрика». Почвы чернозёмно-луговые выщелоченные малогумусные среднемошные. По механическому составу легкосуглинистые.

Средняя мощность гумусового горизонта в чернозёмах Рамонского района составляет 65-72 см. Для сравнительного анализа почв принята средняя мощность 68,5 см.

Расчет запаса углерода (табл. б) показал превосходство почв, расположенных непосредственно возле дубовых насаждений. Необходимо отметить, что насаждения созданы 40-50 лет назад как противоэрозиониые.

Таблица 6 - Запас углерода в чернозёмных почвах Рамонского района

1 !ок;пптслп В среднем но 1 !а объектах исследований

району № 1 №2 К»3

Мощность гумусового

горизонта, см 68,5 74,0 85,0 75,0

1 Уютность помпы, г/см*

1,05 1,10 1,12 0,90

I !роцсмт содержания 1>муса и почве 4,7 5,05 5,05 5,20

'Запас гумуса, т/га 338,05 411,07 480,76 351,00

11роцси г содержания углерода в гумусе 38,0 42,7 41,2 40,8

'Запас углерода, г/га 128,46 175,53 148,07 143,21

Немаловажно в настоящее время и водоохранное значение лесонасаждений. За последние 100 лег количество малых рек в Воронежской области уменьшилось вдвое. Одна из причин в резком увеличении количества распаханных земель и, как следствие, уменьшение площадей водосборов.

5.2 Влияние дубрав на климатические условии прилегающих агроэкоснстем

Дубовые насаждения существенно влияют на климат прилегающих полей. Они формируют благоприятный дня поддержания плодородия черноземных почв климат, защищая поля от ветровой эрозии, регулируют температуру п влажность почв.

Величина урожая сельскохозяйственных культур связана с увеличением коэффициента увлажнения -К (Мищенко, 2009). Чем выше указанный коэффициент, тем выше урожайность основных сельскохозяйственных культур. В результате изучения установлено, что коэффициент увлажнения выше па полях, расположенных возле дубовых насаждений. На расстоянии до 200 м от леса коэффициент увлажнения составляет 1,0 -1,2; на расстоянии до 500 м - 0,8-0,9.

Предотвращению вымывания из агроэкоснстем основных питательных элементов способствует задержание лесами снежного покрова. Снежно-темнершурный коэффициент показывает состояние микроклимата в почве. Чем дальше от леса, тем меньше указанный коэффициент. Так, на расстоянии до 500 м от лесных насаждений снежно-температурный коэффициент составляет 4.5-4,6 (при максимальном показателе для лесостепной зоны 5,0). На расстоянии более 500 м от защитных лесонасаждений снежно-температурный коэффициент снижается до 3,5-3,6 (при минимальном показателе для лесостепной зоны 3,0).

5.3 Воздействие дубрав на циклы биогенных элементов ai роцепозов

Содержание углерода определяет плодородие почв. Именно в форме гу-миновых веществ в почвах накапливается до 90-99% всего азота, более 50% фосфора, длительное время сохраняется калий.

Дубовые леса способствуют увеличению количества дождевых червей на прилегающих агроэкосистемах. В дубравах масса дождевых червей составляет от 50 до 72 % всей почвенной биомассы. Такое обилие червей на лесных участках способствует их расселению в прилегающие поля.

Дубравы продуцируют органическое вещество, в котором находится основной запас азота. В результате изучения установлено, что азот в верхнем горизонте (до 20 см) чернозёмных почв лесостепной зоны, на участках до 100 м от дубового насаждения составляет 9890 кг/га, иа расстоянии 200 м - 8901 кг/га, и на расстоянии 300 м - 8010.9 кг/га.

Валовый фосфор (органические и минеральные вещества) в полях прилегающих к дубовым насаждениям, также содержится в большем количестве непосредственно возле дубовых насаждений и его количество убывает по мере удаления от дубрав. На расстоянии до 100 м валовый фосфор составляет 172 мг Р2О3/ЮО г почвы, 200 м — 163,4 мг Р2Оэ/100 г почвы, и на расстоянии 300 м - 154,8 мг Р2О3/ЮО г почвы.

Калия (КгО) в черноземных почвах содержится до 60-75 т/га. Применительно к чернозёмным почвам центральной лесостепи влияние дуба на количество калия в почве представляется существенным. Па расстоянии до 100 м от дубового насаждения К20 в почве содержится 78 т/га, на расстоянии 200 м - 76 т/га и на расстоянии до 300 м - 64 т/га.

Средняя урожайность сельскохозяйственных культур под защитой лесных полос выше, чем на открытых полях для зерновых на 18-23%, технических 20-26%, кормовых 29-41%. Один гектар лесополос положительно влияет на 13,5 га окружающей территории.

В настоящее время в Европейской части России многолетними насаждениями занято около 2-3% общей площади сельхозугодий. Для устойчивого ведения сельского хозяйства, стабилизации микроклимата и предотвращения 'Jрозни почв, процент лесонасаждений должен составлять, как минимум 8% от сельскохозяйственной территории.

ВЫВОДЫ

1. На территории Воронежского заповедника, где не проводятся рубки п посадка насаждений с 1954 года, площадь ценных в хозяйственном отношении древесных пород с этого времени не снизилась.

2. Во всех трех объектах исследования: Воронцовском и Воронежском лесничествах и Воронежском биосферном государственном заповеднике, в последние двадцать лег идет увеличение площади старовозрастных дубрав.

3. Динамика продуктивности дубрав Шилова леса показывает, что увеличение запаса древостоя продолжается после 150 лег, следовательно, проводить рубки обновления целесообразно после указанного возраста.

4. Видовое разнообразие древостоя и травянистого покрова в дубравах заповедника и Воронцовского лесничества отличаются несущественно. Не-

смотря ма проведение различных видов рубок в лесничестве, количество видов травянистых растений не снижается. Видовое разнообразие снижается с увеличением возраста и в Усманском бору, и в Шиповом лесу. Наоборот, количество подроста, самосева и всходов с возрастом во всех изученных дубравах - увеличивается. Во всех условиях произрастания дубрав преобладающим видом в подросте является клен остролистный.

5. В Вороицовском лесничестве запас углерода в фнтомассе насаждений (в свежих дубравах - 134,28 тС/ra, в сухих - 125,45 тС/га), больше, чем в насаждениях Воронежского заповедника (в свежих судубравах - 113,67 тС/га, в свежих дубравах - 105,31 тС/га).

6. Депонирование углерода в дубравах Шипова леса продолжается после 150 лег, а в Воронежском заповеднике к указанному возрасту прекращается. В Шиповом лесу в возрасте дуба 180 лет: в свежих дубравах - 0,61 гС/га, в сухих - 0,35 тС/га; в Воронежском заповеднике (Усманский бор) - отрицательные величины.

7. Максимальное текущее депонирование во всех изученных дубравах происходит в возрасте 40 лет. В Вороицовском лесничестве в свежих дубравах

2.39 тС'/га, в сухих — 2,19 тС/га, в Воронежском заповеднике в свежих дубравах - 2,5 1 тСУга, в свежих судубравах - 2,42 гС/га.

8. Коэффициент увлажнения выше на полях, расположенных возле дубовых насаждений. На расстоянии до 200 м от леса коэффициент увлажнения составляет- 1,0 -1.2; па расстоянии до 500 м - 0,8-0,9.

9. Содержание азота, фосфора и калия в почвах, прилегающих к дубравам на расстоянии до 200 м, выше, чем на расстоянии более 200 м (азот на расстоянии 100 м от дубового насаждения составляет 9890 кг/га, на расстоянии 200 м - 8901 кг/га, на расстоянии 300 м - 8010,9 кг/га; фосфор на расстоянии 100 м от дубового насаждения составляет 172 мг Р203/100 г почвы, на расстоянии 200 м - 163,4 мг Р:03 /100 г почвы, на расстоянии 300 м - 154,8 мг Р203 /100 г почвы; калия (К?0) на расстоянии до 100 м от дубового насаждения содержится 78 т/га, на расстоянии 200 м — 76 т/га и на расстоянии до 300 м — 64 т/га).

10. Создание дубовых полезащитных лесных полос и проивоэрознонных насаждений способствует сохранению плодородия почв и поддержанию углеродного баланса в условиях лесостепных ландшафтов.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ

1. Проводить рубки обновления и реформирования в Шиповом лесу после 150 лет.

2. При реконструкции лесных полос, предпочтение необходимо отдавать дубу черешчатому.

3. На малоприг одных для сельскохозяйственного производства участках создавать лесные урочища с преобладанием дуба в составе насаждений.

Список публикации по материалам диссертации

1. Таранков, В.И. Динамика возрастной структуры дубрав Воронежской области [Текст] / В.И. Таранков, А.И. Шишкин И Вестник ВГУ серия: География. Геоэкология. 2007, № 1, Воронеж: ВГУ. - 2007. - С. 78-83.

2. Таранков, В.И. Фиторазнообразие в дубравах Воронцовского лесхоза и Воронежского заповедника [Текст] / В.И. Таранков А.И. Шишкин // Сборник статей по материалам междун. науч. -практ. конф. - Воронеж. - ВГЛТА.-2006. -С. 226-230.

3. Шишкин, А.И. Основные направления научно-исследовательских работ лесной опытной станции в Бузулукском бору [Текст] / А.И. Шишкин /У Проблемы регионального природоведения. Тез. докл. науч. практ. конф., Самара: изд-во ИПЦ «Самеко».- 1993.-С. 64-65.

4. Шишкин, А.И. Динамика породного состава и возрастной структуры древесной растительности Воронежского заповедника и Воронежского мехлес-хоза [Текст] / А.И. Шишкин // Труды Воронеж, биосфер, гос. заи-ка. Выпуск XXIII «Развитие природных комплексов Усмань-Воронежских лесов на заповедной и антропогенной территориях. - 1997. - С. 32-38.

5. Шишкин, А.И. Динамика состояния постоянных лесосемениых участков и генетических резерватов Воронцовского лесхоза [Текст] / А.И. Шишкин // Оптимизация ландшафтов зональных и нарушенных земель. Материалы все-рос. науч.-практ. конф. ВГЛТА. Воронеж: ВГУ. - 2005. - С. 248-252.

6. Шишкин, А.И. Разнообразие травяного покрова в дубравах Воронежского заповедника [Текст] / А.И. Шишкин // Проблемы ускоренного воспроизводства и комплексного использования лесных ресурсов. Материалы между-пар. научи.- практ. конф. Воронеж: ВГЛТА. -2006. - С.263-267.

7. Шишкин, А.И. Динамика породного состава лесных насаждений Воронежского государственного биосферного заповедника и Воронцовского лесхоза [Текст] / А.И. Шишкин // Проблемы деградации дубрав и современные системы ведения лесного хозяйства в них. Материалы науч.-практ. Семинара 28-30 марта 2007 г. Воронеж: ВГЛТА. - 2007. - С. 316-320.

Подписано в печать 23. 11. 2009 г. Формат 60x84 1/16. Гарнитура «Times New Roman». Печать офсетная. Бумага офсетная. Объем 1,0 п. л. Тираж 100 экз.

Заказ № 682. О тпечатано в полном соответствии с качеством предоставленного оригинал-макета. ЦПУ (типография) ФГОУ ВПО ВГАУ 394087, г. Воронеж, ул. Мичурина, 1 Телефон (4732) 53-77-28