Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Особенности трансформации компонентов лесо-болотных биогеоценозов под влиянием осушения (на примеpe Среднего Урала)

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Особенности трансформации компонентов лесо-болотных биогеоценозов под влиянием осушения (на примеpe Среднего Урала)"

/^а^гЩх ¿'Г с>/

/V ';ЛС

лклдамя НАУК СССР УРАЛЬСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ

С£, >->>

ьв

ИНСТИТУТ ЭКОЛОГИИ РАСТЕНИЯ И ЖИВОТНЫХ

На правах рукописи

уда 581.526.42:630.385 (470.51/54)

ЧИНДЗЕВ Александр Сергеевич

ОСОБЕННОСТИ ТРАНСФОРМАЦИИ КОМПОНЕНТОВ ЛЕСО-БОЛОТНЫХ БИОГЕОЦЕНОЗОВ ГОД ВЛИЯНИЕМ ОСУШЕНИЯ Сна примере Среднего Урала)

03.00.16 - экология 06.03.03 - лесоведение и лесоводство; лесные пожары и борьба с ними

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук

Свердловск - 1989

Работа выполнена в Уральском ордена Трудового Красного Знамени лесотехническом институте им. Ленинского комсомола

Официальные оппоненты: Доктор сельскохозяйственных наук,

старший научный сотрудник ЗМИТИС П.Г1.

Доктор сельскохозяйственных наук,

профессор КОНСТАНТИНОВ В.К.

Доктор биологических наук,

старший научный сотрудник 1ШЯТ0В С.Г.

Ведущая организация - Институт леса и древесины СО АН СССР

сшита состоится "_"_j_ 1990 г. в_часов

на заседании специализированного совета Д 002.05.01 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора наук при Институте экологии растений ¡л животных Уральского отделения АН СССР (620219, г. Свердловск, ул. 8 марта, 202).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института экологии растений и животных УрО АН СССР.

Автореферат разослан "_"_ 1990 г.

Ученый секретарь специализированного совета,

А '

кандидат биологических наук // / / НИ-МЖГОПЛ П.Г.

ОЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Она определяется двумя аспектами. Во-первых, при осушении лесо-болотных биогеоценозов затрагиваются многие существующие связи между отдельными его компонентами. В результате этого мероприятия изменяется не только древостой, но и другие компоненты леса - его нижние ярусы, микроклимат, почва с населявшими ее организмами, меняется весь комплекс лесорасти-тельных условий ч как следствие - весь облик леса. Иначе говоря, осушение воздействует на природные и прегэде всего на почвенные процессы. Академик С.С.Шварц (.1977, с. 216) писал: "Человек изменяет природу, и не изменять ее он не в силах. Всякие разговоры о том, что можно будто бы не трогать природу, - это пустословие. Технический прогресс остановить невозможно, да и не нужно - он единственное средство избавить человечество от нищеты".

После осуиения мы имеем дело с фитокультурным ландшафтом (Бпллович, 193В, с. 559), то есть "с территорией, качественно однородной в отношении целеустремленно созданной на ней человеком растительности и созданных или измененных человеком климатических, орографических, почвенных и биотических условий, рассматриваемых в диалектической взаимообусловленности, как внутренне-противоречивое целое".

На осушенных площадях, в отличие от лесов на суходоле, баланс работы биогеоценозов постоянно регулируется человеком, коренным образом изменяется соотношение между его отдельными компонентами и относительная стабилизация лесных сообществ происходит на совершенно новом качественном уровне. Поэтому выявление закономерностей трансформации компонентов лесо-болотных биогеоценозов под влиянием осушения представляет большой научный и практический интерес. Изучение антропогенных воздействий на эко-

системы различных уровней организации является важнейшей проблемой в настоящее время. Не менее важно и выяснение положительных и отрицательных последствий данного мероприятия не только на территорию воздействия, но и на прилегающие территории.

Однако направление, скорость и глубина трансформации отдельных компонентов лесо-болотных биогеоценозов низинного типа' и другие аспекты этой проблемы практически не изучались. Поэтом; они требуют экспериментальной апробации и глубокого научного обоснования в сравнении с другими регионами страны.

Во-вторых, наличием на Среднем Урале более 3,5 млн. га заболоченных и болотных лесов низкой продуктивности, что вызывает необходимость их осушения и отвечает задаче более интенсивного использования земель лесного фонда, поставленной перед лесным хозяйством страны ХХУП съездом КПСС.

Этими аспектами определяется актуальность темы диссертации

Цель и задачи исследования. Целью работы являлось выявлена закономерностей трансформации компонентов лесо-болотных биогеоценозов низинного типа под влиянием осушения в южнотаежной зоне Среднего Урала и возможности управления процессами, происходили ми в них.

В задачи исследований входило;

- выявление направления, скорости и глубины изменений гидрологического режима и лесорастительных свойств торфяных почв;

- установление реакции нижних ярусов растительности и древостоя лесо-болотных биогеоценозов на изменение условий среды;

- выявление лесоэкологической возможности и целесообразное ти осушения низинных лесных болот Среднего Урала;

- разработка рекомендаций по осушении лесов на низинных 6с лотах Среднего Урала.

Научная новизна работы: 7

- впервые установлены направление, скорость и глубина изменений основных компонентов лесо-болотных биогеоценозов низинного типа (гидрологический режим, промерзание, оттаивание и термический режим торфяных почв; динамика питательных веществ торфяных почв и дренажных вод) под влиянием осушения;

- выявлена реакция на осушение (прирост по радиусу и высоте деревьев разного диаметра, период адаптации) сосновых и еловых древостоев, а также нижних ярусов (травяно-кустарничковый ярус и подрост) растительности;

- установлены нормы осушения и сроки их обеспечения;

Практическая значимость результатов исследования:

- доказана целесообразность осушения лесо-болотных биогеоценозов низинного типа без ущерба лесным экосистемам и интересам охраны природы;

- определены расстояния между каналами регулирующей сети;

- доказана возможность повышения производительности сосновых и еловых древостоев осушением;

- разработаны и внедряются в практику лесного хозяйства рекомендации по осушению лесов на низинных болотах Среднего Урала (одобрены и приняты к внедрению НТС Свердловского управления лесного хозяйства 3 апреля 1906 года);

- материалы исследований использованы автором при выполнении проектов осушения в трех лесхозах области (Уральский учебно-опытный, Свердловский, Егоршнский) на плошади более 650 га.

Апробация. Результаты исследования докладывались на Всесоюзных и региональных (Петрозаводск, 1977, 1987; п. Саласпилс

Латвийской ССР, 1982; Вологда, 1985; Сыктывкар, Красноярск, 1988; Свердловск, 1985, 1986, 1989) совещаниях, конференциях по вопросам гкдролесомелиораиии, повышению продуктивности лесов, лесовосстаноилению. На объектах стационарных исследований проведены областная (1905 г.) и региональные (1906, 1989 гг.) совещания по осушению лесов на Урале.

Личное участие автора. Сбор, анализ и интерпретация всех фактических материалов, приведенных в диссертации, выполнены автором. Совместные исследования оформлены публикацией статей и монографий в соавторстве, в которых личный вклад автора является основным.

Публикации. Авторские публикации насчитывают 52 работы. Основное содержание диссертации опубликовано в 36 работах (в том числе две монографии) обыим объемом около 23 печатных листов.

Материалы исследований публиковались в сборниках научных' трудов института экологии растений и животных УНЦ АН СССР (1981, 1986, 1987), Лесном журнале (1985, 1986), в журналах Лесоведение (1987), Лесное хозяйство (1988). Результаты работы обобщены в книгах "Осушение лесов на Среднем Урале" (1987) и "Лессводственно-экологические основы мелиорации лесов на Среднем Урале" (1988).

На зяч'иту выносятся следующие основные положения диссертационной работы:

- установленные закономерности трансформации гидрологического режима к лесорастительннх свойств торфяных почв лесо-бодотцгх биогеоценозов низинного типа под влиянием осушения;

- влияние осушения лесо-болотных биогеоценозов на нижшс ярусы растительности и древостой;

- установленные сроки адаптации древостоеd на осушение;

- обоснование лесоэкологической целесообразности осушения и возможности повышения продуктивности лесов на низинных болотах Среднего Урала.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения к списка использованной литературы (364 наименования, в том числе 22. работы иностранных авторов). Общий объем работы 324 страницы, в том числе 11!5 стр. основного

текста. 97 таблиц, 17 рисунков, 3 стр. приложений.

*

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ГЛАВА Г. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ Осушение лесных земель и связанные с ними исследования имеют давнюю историю. Начало этих работ кале в нашей стране, так и за рубежом относится к началу-середине XIX века. 3 настоящее время площадь осушенных земель в гослесфонде нашей страны составляет 5,5 млн. га (Сабо, 1984; Бабиков, 1984; Вомперский, 1986) и они сосредоточены в Белоруссии, на Украине, Прибалтике и на северо-западе страны. К этим регионам относятся и основные исследования по данной проблеме.

Главное направление исследований било связано с изучением гидрологического режима и его влияния на древостой. Это направление исследований остается доминирующим и в настоящее время.

Исследованиями, проведенными в Белоруссии (Г.Д.Эркин, С.Х. Будака, Л.П.Сыоляк, В.К.Поджаров), на Украине (A.C.Рябуха, А.И. Михович), в Карелии (Г.Е.Пятеший, В.М.Медведева, Е.Д.Орлов), Прибалтике (К.К.Буш, П.П.Заяитис), на северо-западе страны (А.Я. Дубах, М.Я.Елпатьевский, X.А.Писарьков, Е.Д.Сабо, Б.Е.Бабиков, С.Э.Вомперский, А.И.Артемьев), в Западаой Сибири (З.З.Глебов,

С.П.Ефремов) установлены динамика почвенно-грунтовых вод (ПГВ) и ее закономерности. Несмотря на это, ряд вопросов гидрологического режима осушенных лесов - величина среднего за вегетацию уровня ПГВ, нормы осушения, расстояния между каналами, особенности стока, остаются недостаточно изученными. Практически неизучены вопросы трансформации лесорастителькых свойств торфяных почв в результате осушения, хотя отдельные аспекты этого направления исследований изучались: водно-физические свойства (Г.Е.Пятец-кий, В.М.Медведева, Л.П.Смоллк, С.Э.Вомперский, Т.Т.Ефремова,. Н.В.Мелентьева и др.); динамика подвижных форм элементов питания (Н.И.Пьявченко, Н.И.Шадрина); химический состав дренажных вод и вынос элементов питания с осушенных болот (И.М.Лишт-ван и др., И.Р.Спалвинь, Л.И.Сухорукова, В.К.Константинов, О.Н. Шемякина, Т.В.Глухова и др.).

Процессам промерзания и оттаивания осушенных торфяных почв посвящены работы П.И.Коллист, Г.Е.Пятецкого, В.М.Медведевой, С.Э.Бомперского, С.И.Ефремова, Б.С.Маслова, А.И.Тимофеева, а термическому режиму - Н.И.Пьявченко, Г.Е.Пятецкого, Л.П.Смоляка, С.Э.Воцперского, С.П.Ефремова и др. Однако в целом и оти вопросы изучены недостаточно.

Практически не изучалась реакция нижних ярусов растительности лесо-болоткых биогеоценозов на осушение (тривяно-кус-тарничковый ярус и подрост), хотя имеются отдельные публикации и по этому вопросу (С.И.Грабовик, А.А.Корепанов и др., Шведов и др.).

.Наибольшее число публикаций посвящено изучению реакции древостоев на осушение (Н.И.Пьявченко, В.М.Медведева, М.П.Ел-патьевский, Е.Д.Сабо, Л.П.Саоляк, С.Э.Вомперский, Б.В.Бабиков, В.Г.^бцов, А.А.Киизе, К.К.Буш, П.Л.Залнтис, А.А.Корепанов,

Ф.З.Глебов, С.П.Ефремов, А.И.Артемьев, ДЛЛ.Гиряев, А.В.Письме-ров и др.). И в этом направлении исследований остается неизученной реакция древостоев на осушение в наиболее важный начальный (период перестройки и приспособления) этап роста (по Рубцову, Книзе, 1981) осушенных древостоев. Также недостаточно изучены вопросы адаптации и реакция на осушение деревьев сосны и ели различного диаметра.

Что касается Среднего Урала, то здесь вопросы, связанные

с осушением лесов, практически не изучались. Поэтому цель и

задачи исследований заключались в выявлении закономерностей

трансформации компонентов лесо-болотных биогеоценозов низин/

ного типа под влиянием осушения и его влияние на нижние ярусы растительности и древостой.

Исследования охватывали комплекс вопросов: изучение элементов водного баланса (осадки, сток, динамика влажности почвы), режим почвенно-гру!повнх вод, обоснование норм осугоения и их обеспеченности, установление оптимальных расстояний между каналами регулирующей сети, изменение основных экологических условий в осушенных биогеоценозах (промерзание, оттаивание, термически!! и пищевой режимы) и их влияние на живой напочвенный покров и древостой.

ГЛАЗА 2. ПРОГРАММА, МЕТОДИКА И ОБВЕЮТ ИССЛЕДОВАНИЯ

Программой стационарных и экспедиционных исследований предусматривалось:

- подбор типичного дня южнотаежной зоны тайги Среднего Урала низинного болота с сосновыми и еловыми древостолми и его осушение;

- установление закономерностей трансформации компонентов

лесо-болотных биогеоценозов под влиянием осушения;

- выявление реакции на осушение нижних ярусов растительности V. древостоя;

- установление периода адаптации на осушение подроста и древостоя;

- обоснование лесоэкологической возможности и целесообразности осуиения низинных болот Среднего Урала.

В связи с комплексным характером работ при исследованиях использовались различные методики. Значительная их часть общеизвестна и они широко применяются в лесоводственных, лесомелиоративных, почвенных и агрохимических исследованиях. Из менее известных применялись методики для изучения стока (Урываев, 1953; Бабиксв, 1970), процессов промерг-ания и оттаивания почвы (Молчанов, 1961, 1974; Нестеренко, 1971).

для оценки идентичности контроля и опытных древостоев определялось сходство кривых роста дрсвостоев по индексам радиального прироста (Битвинскас, 1974), а также устанавливалась достоверность различия по критерию Стьюдента (Лиепа, 1980; Зайцев, 1984) при о% уровне значимости или 95$ дове-

рительном уровне. Критерий Стьюдента широко использовался и при анализе прироста подроста и древостоя.

Дня более глубокого анализа прироста древостоя по радиусу все деревья на пробных площадях делились по диаметру на три категории крупности: тонкие (мелкие), средние и л'олсть'е (крупные). Деление выполнено по рангам. К тонким отнесены деревья, диаметр которых имеет ранг 0-49, к средним - 50-УС и крупным -71-100 (Третьяков, 1927; Поздняков, 19Гл; Коми!;, 1970).

Закладка пробных площадей и обработка полового материала на объектах экспедиционных исследований лыполнгллсь согласно

существующих методик и рекомендаций (Елпатьевский и др., 1970; рубцов, Книзе, 1974, 1975, 1977, 1981). Все материалы исследований подвергались математико-статистическому анализу (Доспехов, 1973; Зайцев, 1984) с применением ЭВМ. Широко использовался также регрессионный анализ.

Обоснованность выводов к рекомендаций обеспечивается многолетними исследованиями и большим экспериментальным материалом по различным аспектам затронутой проблемы. Продолжительность экспериментов, повторность опытов и объем собираемого материала планировались с учетом получения заданной точности исследований (обычно 5-7%).

Стационарные комплексные лесоэкологические и гидролесоме-лйоративные исследования выполнены в период 1978-1987 гг. на территории Уральского учебно-опытного лесхоза Уральского лесотехнического института на специально созданном стационаре. На нем заложено 39 постоянных пробных площадей, А гидрологических створа, 3 гидрометрических водослива с площадью водосборов от 2-х до 8 га.

Осушение выполнено сетью открытых каналов глубиной 0,8— 1,2 м с расстояниями между каналами 110-160 м. Мощность торфа на объекте колеблется от 0,6 до 2,2 м. Древостой характеризуются болотно-травяными, сфагново-осокозымк, осоково-сфагновыми типами. Они представлены как чистыми, тал и смешанными по составу сосняками, ельниками, березняками 1У-У1 класса возраста, У класса бонитета.

Экспедиционные исследования выполнены на территории трех лесхозов (Ирбитекий, Егоршинский, Верх-Исетский). В качестве объектов экспедиционных исследований подбирались осусенные для различных целей низинные болота, на которых имелись древостой.

Эти объекты, на которых заложено 58 пробных площадей, служили в основном для выявления лесоводствсшой эффективности осушения. Общая площадь экспедиционных исследований превышает 1,5 тыс. га. Исследованиями охвачены древостой как возникшие после осушения, в том числе и культуры сосны, так и произраставшие на болотах до осушения.

Все объекты исследований достаточно полно характеризуют лесорастительные условия довольно обширного района Среднего Урала и позволяют лучше оценить закономерности и степень трансформации основных компонентов лесо-болотных биогеоценозов низинного типа под влиянием осушения.

ГЛАВА 3. ОСОБЕННОСТИ ТРАНСФОРМАЦИИ ГИДРОЛОГИЧЕСКОГО РЕЖИМА ЛЕСО-БОЛОТНЫХ БИОГЕОЦЕНОЗОВ ГОД ВЛИЯНИЕМ ОСУШЕНИЯ

Климатические особенности района стационарных исследований

Установлено существенное различие по количеству осадков, температуре воздуха, продолжительности безморозного периода, относительной влажности воздуха, в сроках наступления, продолжительности и интенсивности заморозков между районом исследований и, например, г. Свердловском. Этим подтверждено известное положение, высказанное Б.П.Колесников™ (1969), о наличие на Урале местных климатов и необходимости учета их влияния на проведение различных мероприятий в лесу.

Доказано, что два сравниваемых десятилетия, второе из которых соответствует периоду антропогенного воздействия (осушения) на лесо-болотные биогеоценозы, оказались статистически сопоставимыми друг с другой, и по количеству осадков, и по термическому режиму воздуха. Сопоставимыми в этих десятилетиях оказались и другие климатические показатели. Иначе говоря, все

изменения в лесо-болотннх биогеоценозах, происходящие после осушения, обусловлены лишь его влиянием.

Здесь же приводятся данные по динамике накопления и таяния снега на объектах исследований за десять лет, его мощности, плотности и запаса вода в нем. Определены также коэффициенты • увлажнения.

Особенности стока. Наблюдения за стоком нами начаты со второго года осушения и проводились круглогодично на протяжении 8 лет. Анализ стока выполнен по периодам года, которые принимались по гидрографу стока. Установлено, что колебания стока в апреле в основном зависят от сроков наступления постоянных положительных средних суточных температур воздуха. Чем они наступают раньше, тем интенсивнее сток. Основной объем стока паводкового периода (апрель-май) приходится на май, в течение которого сбрасывается 50 мм или 63% воды этого периода.

Таким образом, апрель и май в условиях Среднего Урала следует считать паводковым периодом на осушенных площадях, в течение которого сбрасывается 79 мм годового объема стока или лишь 47% осадков зимнего и паводкового периодов.

Начиная с июня, сток постепенно снижается, так как наступает время биологической активности растительности (табл. I). Так, если в июне он составляет 31 мм, то в июле и августе сток снижается соответственно до 18 и 16 мм, хотя количество осадков по сравнению с июнем возрастает. В сентябре сток увеличивается, что обусловлено окончанием вегетации. Как в июле, так и в августе имеют место периоды прекращения стока. Они наблюдаются лишь в том случае, когда уровни расположения ПГВ приближаются к отметкам дна каналов или опускаются ниже их.

В октябре, после окончания вегетации, сток значительно увели-

Таблица I

Сток с осушенных лесных болот в теплый период года

Осадки

Сток

Месяц мм V, % Р, % ^'ГМ, мм К % ' Р, %

У1 68-0,0 23 36 13 30±1,8 36 18' 6

УП ■ 61±12,7 20 44 16 18±2,8 21 43 15

УШ 70±14,5 24 59 21 16±4.2 19 72 25

IX 72±6,7 25 27 10 20*4,6 24 67 24

Всего

291—21,9 100

21

8

84-11.0 37. 100

13

Примечание. В числителе данные в мм, в знаменателе - в процентах.

чивается. С наступлением холодов и отсутствием жидких осадков бн начинает снижаться к минимальных значений (6 мм) достигает ь феврале. В марте сток начинает постепенно увеличиваться. И в холодный период (февраль-март) наблюдается прекращение стока, что также обусловлено не полным промерзанием дна каналов, а глубоким понижением уровня ПГВ. Продолжение стока и в холодный период года следует рассматривать как положительный фактор осушения, так как он повышает стокорегулирушме свойства осушенных лесов во время весеннего половодья. Под влиянием зимнего ртока уровни воды в почве понижаются, в результате чего увеличивается аккумулирующая емкость почвы.

Установлено (табл. 2),< что на объекты исследований поступи-

ет 538 мм осадков в год, а стоком расходуется 244 мм или 45% годовой суммы осадков.

Сток паводкового периода (апрель-май), как уже отмечалось, составляет 32% его годовой величины или 79 мм. Кчизкие к нашим результаты П.П.Залитиса (1982) по Латвийской ССР. В Ленинградской области (Вабиков, 1974) сток этого периода составляет а для условий Карелии (Чесноков, 1981) - 49-53$, то есть значительно превышает полученные нами данные.

За теплый период (июнь-сентябрь) в условиях Среднего Урала на сток с осушенных болот расходуется 84 мм или 34д>его годовой . величины, что выше стока аналогичного периода для условий Латвийской ССР и Ленинградской области, но значительно ниже (3055$), чем в Карелии. .

Сток осенне-зимнего периода (октябрь-март) с наших объектов составляет 82 мм или 34$ годовой величины. По этому показателю наши данные близки к данным по Ленинградской области (31%), но значительно ниже, чем в Латвии и Карелии (около 50$).

Различия в стоке для осушенных лесов Среднего Урала по сравнению с указанными регионами страны обуедовливаютсл рядом факторов: различиями в интенсивности и длительности осушения, режимом водного питания болот, их типами, климатическими условиями. В целом на объектах исследований годовая величина стока (244 мм) составляет лишь 45% годовой суммы осадков. По мере увеличения периода осушения наблюдается уменьшение коэффициента стока (с 0,61 до 0,50), что указывает на увеличение эсапотран-спирации, обусловленной повышением продуктивности осушенных лесо-болотных биогеоценозов. И в условиях Среднего Урала суммарное испарение составляет основную долю расходной части водного баланса леса и оно составляет 294 мм или 55$ годового количества осад-

ков. Наибольшая ее величина имеет место в летний период (ишь- -сентябрь), когда она более чем в 2 раза превышает сток.

Таблица 2 ; Элементы водного баланса осушенных болот

Периоды Осадки Сток Эвапотранспирация

года ш % им % мы %

1У-У 68 13 79 32 53 • 18

У1-1Х 291 54 83 34 208 71

X 54 10 27 II 9 3

Х1-Ш 125 23 55 23 24 8

За год 538 100 244 100 294 100

В засушливые года суммарное испарение за летний период в 35 раз превышает сток. Эту особенность стока с осушенных болот необходимо учитывать при проектировании осушения.

Динамика уровня почвенно-грунтовых вод. Она является основной характеристикой водного режима избыточно-увлажненных лесных земель и определяет редом влажности вышележащих горизонтов почвы, сток и испарение, изменение всего комплекса экологических условий, а также производительность древостоев.

Исследованиями доказано, что осушение лесо-болотных.биогеоценозов не приводит к изменении характера сезонной динамики ПГВ. Различия заключаются лишь в том, что в осушенных биогеоценозах уровни ПГВ по сравнению с уровнями в болотных естественных лесах колеблются на большей глубине, подъемы не достигают прежних отметок, а спады уровней после ьвсенних и летних паводков происходят гораздо быстрее.

Установлено, что в холодный период года в условиях Среднего

Урала уровни ПГВ на осушенных площадях во всех типах рассматриваемых древостоев располагаются на глубине 87-96 см. Это определяет объем аккумулирующей емкости почвы, что обусловливает уменьшение объема стока весной. Максимальное понижение уровней воды наблюдается в марте, с конца марта начинается подъем уровней воды, которые в апреле достигают верхнего 20-30 см слоя почвы.

Десятилетними наблюдениями за динамикой уровня ПГВ в осушенных древостоях установлено, что их колебания зависят от типа леса, условий увлажнения, термического режима воздуха, расстояний между каналами (табл. 3). Наиболее глубоко в течение вегетации уровни ПГВ располагаются в еловых осоково-травяннх древостоях (55 см), а наиболее высоко - в сосняках осоково-^фагновых (43 см).

В течение вегетации 'высокий уровень ПГВ во всех типах опытных древостоев характерен для мая, летом он понижается, осенний подъем начинается в сентябре. Наиболее глубокое положение уровня воды на осушенных площадях в течение вегетации имеет место в августе.

Установлена зависимость уровня ПГВ в осушенных древостоях от количества осйдков и температуры воздуха в течение вегетации. Эти два климатических фактора нами выражены гидротермическим коэффициентом (ГТК), который для подобных целей использовался и другими исследователями (Рубцов, ¡{низе, 1981).

Верификацией зависимости между уровнями ПГВ и ГТК установлено, что она наиболее точно характеризуется экспоненциальным регрессионным уравнением. Они для средних за вегетацию уровней ПГВ в осушенных древостоях имеют вид.

Дня осоково-сфагновых сосняков при расстоянии между каналами 135 м

^С ос.сф.=129>47Е~°'0404ГГК' см> при 17« ГШс 42.

Таблица 3

Динамика уровня НТВ на середине межканавьых полос в различных типах осушенных древостоев (среднее за 10 лет)

Расстояние между канал ами, м

Статис-'тический показатель

Уровень НТВ по месяцам, см

У1 УП УШ

IX

Среднее за

У-1Х

140

135

150

60 9,5 50 16

Ельники осоково-травяные М, см 26 47 65 7-5 »я,«, см 9,9 3,2 6,0 7,6 % 38 21 29 32 Р, % 12 7 9 10

Сосняки осоково-сфагновые М, см 18 33 56 60 46 1»ч) см 2,8 2,1 7,3 9,5 10,3 V, % 50 20 41 50 71 Р, % 16 6 13 16 . 23

Сосняки вейниково-осоковые Ы, см 17 39 65 77 61 1,1/^ см 3,2 3,0 V, % 59 24 Р, % 19 7

7,0 10,0 10,8 34 41 56 И 13 18

F

0,01 « 16,61 "F факт= 14,71

55

4.2 24

8

43

5.3 39 12

51 5,1 31 10

Для смешанных.сосняков вейниково-осоковых при расстоянии между каналами 150 м

пгв

С вн.ос.

= 107,79Е~0'295ГТК, см при 17¿ГТК«-'42.

"0,01

16,01^ F

факт

= 13,07.

У

Дтя ельников осоково-травяных при расстоянии между каналами 140 м

ПГВ Е ос>тр,= 96,8бЕ"°'0208т, см при 17^ГТК^42.

F 0f01» 16,81 -F^CT = 10,89.

Известно (Вомперский и др., 1975), что средняя за вегетацию глубина ПГВ с экологической точки зрения часто недостаточно характеризует условия водного режима осушенных лесов, поскольку даже при одинаковой средней глубине грунтовых вод различная сезонная динамика ее неодинаково,воздействует на древесные породы. Затопление корнеобитаемого горизонта почвы летом при подъеме уровня ПГВ более вредно, чем весной, а чрезмерное опускание уровня в конце лета не может компенсировать физиологический ущерб от длительного высокого положения воды а первой половине вегетации, хотя по расчету в обоих случаях получаются совпадающие значения средних уровней. Иначе говоря, в течение вегетации на осушенных площадях имеют место как высокие уровни ПГВ, вызывающие подтопление корневых систем деревьев, так и чрезмерно глубокое их опускание, приводящее к критическому иссушении верхних слоев осушенной торфяной почвы.

Установлено, что подтопление верхнего 30 см слоя почвы в осушенных древостоях не приводит к существенным отрицательным последствиям.

Установлено также, что на осушенных площадях не наблюдается и длительного критического иссушения верхнего слоя почвы при максимальных понижениях уровня ПГВ. Однако в первые 4 года осушения при понижении уровня воды до 115 сы, что наблюдается крайне редко, влажность верхнего 0-10 см слоя почвы может приближаться к влажности аавядания. По мере увеличения периода осушения в следствие уплотнения торфа, его водоподъемные свойства

улучшаются, поэтому даже при уровнях ПГВ более 130 см не наблю-• дается критического иссушения верхнего слоя торфяной почвы.

Таким образом, опасность переосушения торфяных почв на низинных болотах-Среднего Урала отсутствует.

Определение средних за вегетацию уровней ПГВ показало, что их колебания в осушенных древостопх значительны (табл. 4). Минимальные глубины воды составляют 10-16 см, а максимальные -75-94 см. Обеспеченность глубины уровня 30 см за вегетацию составила в сосновых древостоях 69-76%, а в еловых - 86%, то есть она является вполне достаточной для этих пород.

Нормы осушения и расстояния между каналами. Понятие норма осушения в гидромелиоративную науку введено академиком H.H. Кос-тяковым (i960), под которой он понимал глубину ПГВ, которую необходимо поддерживать во время вегетации в различных фазах развития растений, а также ив невегетационный период. Норма осушения характеризует водный режим осушенной площади. Она также служит интегральным показателем интенсивности мелиорации, поэтому обоснование норм осушения, сроков их обеспечения и мер гарантирования составляет одну из важнейших задач науки. ,

При определении расчетного периода обеспечения весенней нормы осушения учитывали минимальные глубины ПГВ в начале вегетации и вызываемы ими затопление корней. Они ежегодно наблюдаются в мае и начале ишя (табл. 5). В конце мая (Здекада) уровни ,» ПГВ располагаются на глубине 18-29 см и изменчивость их высокая (V » 40-60%). В первой декаде июня они понижаются до 24-36 см и изменчивость их меньше (.V = 22-30$), чем в третьей декаде мая. Наряду с этим в конце мая на осушенных площадях в условиях Среднего Урала еще повсеместно сохраняется мерзлота.

Продолжительность подтопления корневых систем деревьев

Таблица 4

. Главнейшие характеристики глубины ПГВ эа май-сентябрь в осушенных древостоях Среднего Урала (среднее за 10 лет)

Глубина ПГ'В ДРевостоя и расстояние между каналами, м

Сосняки осоково- Сосняки вейнико- Ельники осоково-сфагновые, 135 во-осоковые, 150 травянке, 140

в сроки см

5 июня 24 26 37

Средняя 43 51 55

Максимальная 75 89 94

Минимальная 13 10 16 Обеспеченность глубины уровня

30 см, % 69 76 * 86

также меньше в первой декаде июня и она не превышает 6-7 суток. Кроме сказанного, в условиях Среднего Урала первые признаки ростовых процессов в кроне у сосны на болотах.проявляются лишь в третьей декаде мая. С учетом всех этих особенностей, складывающихся в начале вегетационного периода, расчетным сроком обеспечения весенней нормы осушения следует принять первую декаду июня.

Весенние нормы осушения (Н Бес) расчитывались нами по методике Ю.Ю.Русецкас (1989) с использованием его регрессионных уравнений. Исходные данные приняты для условий Среднего Урала.

Н вес= 1,0343- 0.7942К + 19,4, см. В уравнении использовался уровень ПГВ в начале вегетационного

периода (А при 50^-ной обеспеченности гидроклиматического

показателя (К).

Средние за вегетацию нормы осушения расчитывали двумя способами: по методике Ю.Ю.Русецкас и графически.

Таблица 5

Динамика уровней ПГВ в осушенных древостоях в начале вегетационного периода

Статистический показатель

Уровень ПГВ в древостоях по месяцам и декадам

Сосняки ос.сф.

май 3

июнь I

Сосняки вн.ОС.

май 3

июнь I

Ельники ос.тр.

май 3

июнь I

М, см 20 25 18 26 29 36

т.,о см 2,5 2,2 3,4 2,5 . 3,8. 2,5

V, % 40 28 60 30 42 22

р г, /О 13 • 9 19 10 13 7

Для расчета, средних за вегетацию норм осушения (Н ) по методике Ю.Ю.Русецкас также использовали его регрессионные уравнения, которые включают уровень ПГВ в начале вегетационного периода, весеннюю норму осушения и обеспеченность комплексного гидро-кли;.:атического показателя увлажнения вегетационного периода (2) по многолетнему ряду наблюдений.

Н ср= С6.5301 - 0,100 (¿-+200) + 0,3331 ^ 18с + 0,2013Нвес, см.

При графическом способе определения средних за вегетацию норм осушения, разработанного нами, использовали многолетние данные по уровням ПГВ, их обеспеченности и прирост по радиусу

древостоев на разном удалении от канала. Для каждого типа древостоя строилось три графика, характеризующих зависимость между приростом по радиусу, уровнями ПГВ, их обеспеченностью на разном удалении о г канала. Точка резкого снижения прироста по радиусу и указывает расстояние, на котором формируется оптимальный водный режим почвы, характеризующийся одновременно уровнем ПГВ и его обеспеченностью. Установленный таким образом оптимальный уровень ПГВ и принимался за среднюю за вегетацию норму осушения.

Расчеты показали, что определение средних за вегетацию

X

норм осушения, определенных двумя способами, дали практически ' одинаковые результаты (табл. 6).

Для уточнения расстояний между действующими каналами использовалась известная формула Роте (L= 2Н!/р-), которая для подобных целей применялась и другими исследователями (Вабиков, 1970, 1987). Полученные нами расстояния между каналами существенно отличаются от рекомендованных для Среднего Урала. Так, "Технические указания по осушению лесных площадей" (1971), действовавшие до 1985 года, рекомендовали принимать их больше на 30-60 м в сосновых и на 120-140 м - в еловых древостоях. Н.А.Дружинин (1976, 1980) также рекомендует принимать их больше в сосновых древостоях на 150-170 м. Ныне действующее "Руководство по осушению лесных земель" (1986), рекомендует принимать расстояния при осушении еловых и сосновых древостоев в условиях Среднего Урала больше, чем определенные нами, на 10-30 м.

Таким образом, только длительные наблюдения за уровнями ПГВ на специально осушенных объектах позволяют объективно определять нормы осушения и оптимальные расстояния между каналами регулирующей сети.

24 _

Таблица б

Нормы осушения и оптимальные расстояния между каналами регулирующей сети для низинных болот Среднего Урала

Средний много- • Норма осушения, см

- Рассто-

Тип летний УРО^нь средняя за веГета- яНИ0

древо с- ПГВ' СМ ' СС|[ цию, определенная между

тоя весен- вегета- няя ПО методу по гра- сред-канала_

ний тационный Русеы-ас фику

няя

ми, м

Сосняки

ос. сф. 24 43 10 53 52 53 115

Ельники

ос. тр. 3? 55 18 59 56 57 135

Сосняки

вн. ос. 26 - 51 12 56 52 54 140

ГЛАВА 4. ОСОБЕННОСТИ ТРАНСФОРМАЦИИ ЛЕСОРАСТИТЕЛЬНЫХ СВОЙСТВ ПОЧВЫ ЛЕСО-БОЛОГНЫХ БИОГЕОЦЕНОЗОВ ПОД ВЛИЯНИЕМ ОСУШЕНИЯ

Физико-химические свойства и динамика подвижных форм элементов питания. К наиболее важным в экологическом отношении физическим свойствам почвы относится объемная масса, как показатель плотности почвы. Она служит и косвенным показателем таких свойств почвы, как порозность, водопроницаемость, влагоемкость и др. Несмотря лишь на шестилетний период осушения в корнеобитаемом слое (0-30 см) торфяных почв во всех типах осушенных дре-иостоее ниблюдается лишь тенденция увеличения степени разложения TojnJa и связанной с неИ, а также с осадкой объемной массы. Наблюдается уменьшение влагоемкости и скважности. Удельная масса

торфа после осушения практически не изменяется.

Увеличение объемной массы торфа в результате осушения приводит, с одной стороны к увеличению запасов элементов питания в единице объема, а с другой - к уменьшению скважности (пористости), улучшающей водоподъемные свойства торфа, что особенно важно в засушливые периода.

После осушения изменения претерпевают и химические свойства почвы. Также наблюдается четкая тенденция увеличения зольности торфа, содержания общего азота и фосфора. Незначительно увеличивается и рН. Но наблюдается снижение содержания кальция и магния и повышение гидролитической кислотности. Значительно снижается степень насыщенности основаниями.

Выявлено, что о.суиюние не приводит к существенному изменению динамики содержания подвижных форм азота и фосфора. И после осушения максимальное их содержание имеет место в начале лета, когда уровень ПГВ высокий и в силу этого способность корней пог-лащать из почвы питательные вещества ослаблена. В течение лета, по мере снижения уровня ПГВ, запас атих веществ уменьшается в связи с потреблением их растительностью. Осенью, с прекращением процесса роста растений и новым подъемом уровня ПГВ, запас этих элементов в почве снова увеличивается. Однако наблюдается как смещение максимального содержания азота и фосфора с июня на конец второй - начало третьей декады мая, так и значительное увеличение (в 1,2-1,5 раза) содержания подвижного азота. Содержание подвижного фосфора практически не изменяется. Иначе говоря, в первые шесть лет осуиения наблюдается четкая тенденция улучшения физико-химических свойств торфяных почв и усиление процессов превращения элементов питания растений в усвояемую форму. Это, естественно, приводит к улучшении лесорастительних

свойств осушенных торфяных почв.

Процессы промерзания, оттаивания и термических режим. Исследования, проведенные-в разных регг-энах кашей страны: на Северо-Западе (С.Э.Вомперский, И.И.Тимофеев), в Эстонии (П.И.Коллист), Карелии (Г.Е.Пятецкий, В.М.Медведева, И.М.Нестеренко, Ю.П.Дубровский), Западной Сибири (С.П.Ефремов, Д.Л.Зырянов), Приамурье -(В.М.Анисимов) показали, что осушенные торфяные почвы промерзают сильнее неосушенных. Глубина промерзания следует за уровнями ПГВ. Они также обусловливается суровостью зим, мощностью снежного покрове., характером растительности.

На Среднем Урале эти процессы имеют сбои особенности. Здесь промерзание, торфяных почв начинается в конце октября-начале ноября практически одновременно на осушенных и неосушенных площадях. В течение зимы промерзаемость увеличивается и максимальных значений достигает в марте. В неосушенных сфагново-осоковых сосняках почвы промерзают на 33 см. В осушенных- древоетоях промерзание глубже: в сосновых древоетоях на.4-8, а в еловых - на 14 см. Однако различия в проыерзаемости осушенных и неосушенных сосновых древостоев статистически недостоверны. Установлено, что различия в промерзаемости осушенных и неосушенных торфяных почв обусловлены влажностью торфа, то есть глубиной расположения ПГВ. Чем ближе к поверхности они располагаются, тем меньше промерзаемость торфяной почвы. Этой же причиной объясняется уменьшение промерзаемости по мере удаления от канала.

Наряду с глубиной ПГВ на промерзаемость оказывают влияние состав и густота древостоя, мощность снежного покрова и сумма отрицательных температур воздуха. Решающим фактором, определяющим глубину промерзания осушинных торфяных ночь, является сумма отрицательных температур воидаха.

По мере ее увеличения возрастает и глубина промерзания. Эта закономерность в отдельные годы может нарушаться лишь интенсивностью накопления снежного покрова и его мощностью.

Интенсивность оттаивания также зависит от целого ряда факторов: глубины промерзания, скорости схода снега, быстроты нарастания положительных температур воздуха, уровня ПГВ, особенностей строения древостоев.

Установлено, что оттаивание начинается, сначала снизу и наблюдается в первой декаде апреля. Оттаивание сверху начинается в различные сроки: в сосновых осушенных и неосушенных древосгоях-во второй, а в осушенных еловых - в третьей декаде апреля. Однако верхний 20-ти см слой осушенных торфяных ;.очв ь названных типах древостоев оттаивает в близкие сроки: в сосновых древос-тоях 31 мая, в еловых - 5 июня. Выявлены существенные различия в сроках полного оттаивания и глубине исчезновения сезонной мерзлоты.

В неосушенных сосновых древостоях полное оттаивание почвы происходит во второй пятидневке июня и мерзлота исчезает на глубине 22 см, в осушенных - неделей позже и мерзлота исчезает на глубине 23-25 см. В еловых осушенных древостоях полное оттаивание почвы происходит лишь I5-2C июня и мерзлота исчезает на глубине 28 см.

В отличие от других регионов страны (Карелки, Мещеры), где осушенные торфяные почвы оттаивают сверху на 00-90%, в условиях Среднего Урала - лишь на 6С/' в неосушенных сосновых древостоях, на 61-63 - с осушенных сосновых и на 60% - в осушенных елопмх древостоях.

Выявлено, что различия в сроках оттаивания верхнего 20-ти см слоя почвы во всех типах осушенных древостоев по сравнению с

неосушенными являются несущественными. Наиболее долго происходит оттаивание оставшейся глубже 20 см прослойки мерзлой почвы. Ее различная величина в сосновых и еловых древостоях и определяет сроки полного оттаивания почвы и прогрева ее до оптимальной температуры.

Считается, что корни древесных растений трогаются в рост при достижении почвой температуры 5-6 °С. Сроки прогрева торфяной почвы до такой температуры, как показали наблюдения в условиях Среднего Урала, зависят от времени схода сезонной мерзлоты и устойчивости погоды в начале лета. При раннем сходе мерзлоты (вторая декада мая) верхний 10-ти см слой почвы до температуры 5-6 0 прогревается в осушенных Осоково-сфагновых и неосушенных сосняках в первой декаде июня, а в осушеглых сосняках вейнико-ео-осоковых и еловых осоково-травяных древостоях - во второй.

При Солее позднем сходе мерзлоты прогревание такого же слоя почвы до температуры 5-6 0 происходит, как правило, на . 1-1,5 недели позже.

На скорость и сроки прогревание почвы до такой температуры большое влияние оказывают весенние возвраты холодов. Они на Среднем Урале в мае и начале июня являются типичными. Минимальном температура воздуха в таких случаях иногда понижается до 5 и даже 10 0 мороза. Резкие похолодания с выпадением снега как в мае, так и в июне бывают в среднем I раз в 4 года. В такие периоды, в связи с резким охлаждением воздуха и почзы наблюдается прекращение роста деревьев сосны и ели, достигающей 0,5-1,0 недели. Этой же причиной, вероятно, объясныатся и случаи пере-вершинивания сосны и ели на болотах.

По усредненным данным верхний 10 см слой торфяной почты до температуры 5-6 0 в осушенных дреростоях прогребается п конце

первой декада июня, а 20 см - в конце второй. В неосушенных сосновых древостоях прогревание таких же слоев почвы до указанной температуры происходит на 1,5 недели раньше. Максимальных значений температура верхнего 20 см слоя почвы как в осушенных, так ив неосушенных древостоях достигает в июле и она не превышает 16 Более глубокие слои почвы (20-40 см) до максимальной температуры равной 12-13 0 прогреваются лишь в августе. И в эти периоды температура почвы в осушенных древостоях остается более низкой, чем в неосушенных.

Охлаждение почвы в осушенных сосняках начинается в августе, а в осушенных ельниках - в сентябре. В конце сентября температура почвы корнеобитаеыого слоя во всех типах осушенных древостоев снижается до 6-8 Это приводит к завершению роста корневых систем древесной растительности. Различия в температуре почвы осушенных и неосушенных древостоев сохраняются и в зимний период.

Таким образом, осушением не достигается ни уменьшение про-мерзаемости, ни ускорении оттаивания, ни улучшение термического режима торфяных почв. Эти экологические факторы в лесо-болотных биогеоценозах являются наиболее устойчивыми и их существенно улучшить только осушением не удается.

Химический состав дренажных вод и вынос элементов питания с осушенных площадей. Вопросы охраны природы и рационального природопользования особенно актуальны при осушении лесо-болотных биогеоценозов, так как при этом затрагиваются многие существующие связи в них.

На Урале наиболее актуальны вопросы, связанные с влиянием дренажных вод с осушенных лесных болот на состояние рек-водоприемников и качество воды в них. Исследованиями, выполненными на

трех опытных объектах (верховое неосушенное, низинное осушенное бблото и речной водосбор с минеральными почвами), установлено, что дренажные воды с этих объектов характеризуются как мягкие. . Их кислотность, за исключением воды с верхового болота, г да она весной и летом кислая (рН=4,85-4,95), близка к нейтральной (рН = 6,5-7-3) и вода безвредна для гидробионтов реки водоприемника. Но в дренажных водах содержится значительное количество взвешенных веществ. Еесной их содержание минимальное в воде со всех опытных объектов, а также; и в воде реки-водоприемника. В этот период их больше, чем в воде реки-водоприемника (2,4 мг/л) в дренажных водах с низинного болота и водосбора с минеральными почвами в 1,5 раза, а в дренажных водах с верхового болота -в 3 раза. От весны к осени содержание взйешвдных веществ увеличивается: в воде реки и в дренажных водах с верхового ¿олота в 6-7 раз, а в дренажных водах с низинного болота и водосбора с минеральными почвами - в 19-20 раз. В течение года максимальное количество взвешенных наносов поступает в реку-водоприемник с водосбора с минеральными почвами и составляет 71 мг/л. С низинного осушенного болота поступает 62,2 мг/л взвешенных веществ. Иначе говоря, сушёствует реальная опасность загрязнения реки-ьодоприемника взвешенными веществами. Для предотвращения этого отрицательного влияния необходимо при осушении строительство ■ простейших водоемов-шюотстойников.

Важнейшими гидрохимическими, качественными и санитарными показателями являются бихромагиая окисляемос-ть и биологическое потребление кислорода (БПК^). Установлено, что бихроматная окисллеыость, показывающая сумку водорастворимых органических всществ, в дренажных водах с низинного осушенного болота сооте от ьует сини?арным нормам. Она в дренажных водах с осушенного

болота одинакова с водой реки-водоприемника, а в дренажной воде с водосбора с минеральными почвами летом в 3 раза, а осенью в 2 раза выше, чем вода реки-водоприемника.

Биохимическое потребление кислорода (БПК^) является показателем опасности загрязнения воды органическим.веществом. И по этому показателю вода с осушенного болота соответствует санитарным нормам и не ухудшает'качества воды реки-водоприемника.

Дренажньми водами из почвы выносятся и питательные элементы. Установлено, что за теплый период года вынос аммиачного азота (МН|> в наибольших количествах (20,4 кг/га) происходит с нео-сушенного верхового болота. Также значителен вынос этого элемента (12,1 кг/га) с водосбора с минеральными почтами. С осушенного низинного болота вынос его минимальный и составляет 4,5 кг/га. Аналогичная динамика выноса и нитратного азота ( N0") с той лишь разницей, что его содержание в дренажных водах в 2-5 раз меньше, чем аммиачного.

Вынос калия со всех опытных объектов характеризуется близкими величинами равными 9-10 кг/га. Однако вынос кальция в максимальных количествах (201 кг/га) происходит с осушенного низинного бопота. Еынос его с неосушенного верхового болота и водосбора с минер альт-ми почвами значительно меньше и составляет соответственно 120 и 145 кг/га.

Таким образом, осушение лесо-болстных биогеоценозов низинного типа па Среднем Уране не оказывает существенного отрицательного влияния на состояние рек-водоприемников и качество воды в них.

ШВА 5. РЕАКЦИЯ ШНИХ ЯРУСОВ ЛЕС0-Б0Л0ТНЫХ БИОГЕОЦЕНОЗОВ iiA ОСУШЕНИЕ

Травлно-к.устарничковнй ярус. Изменение экологической

основы функционирования лесо-болотных биогеоценозов под влиянием осушения вызывэет и трансформацию живого напочвенного покрова. В первую очередь снижается численность гигрофитов, но появляш'-ся мезофиты и ксеро-меэофиты. Часть появившихся растений относится к луговым и полевым видам. Существенно увеличйвается и видовой состав травяного покрова. В результате осушения общая продуктивность травкно-кустарничкового яруса уменьшается, но увеличивается продуктивность лесных кустарничков и разнотравья.

В сосновых древостоях после осушения уменьшается участие в составе травяного яруса осок и вейника, а также злаковых видов. Хвощи полностью исчезают. Однако более чем в 2 раза увеличивается продуктивность лесного разнотравья за счет костяники, линнеи, майника, грушанки, звездчатки и др.-Здесь также более чем в 2 раза увеличивается и продуктивность кустарничкояого яруса в основном за счет ягодников - черники и брусники. В целом продуктивность травяно-кусторничкового яруса после осушения . снижается с 8 до 7,1 ц/га или на 11%.

Более существенные изменения происходят в травяно-кустар-ничкопом ярусе еловых древостоев. Здесь уменьшается как продуктивность кустарничкового яруса в основном за счет багульника, так и травяного покрова за счет снижения продуктивности осоковых и злаковых видов трав. Наряду с этим увеличивается продуктивность хвощей и особенно резко разнотравья, что улучшает качественный состав травяного покрова. 11 в этих древостоях в результате осушения сбщая продуктивность травяно-кустарничкового яруса снижается с 9,3 до 6,2 ц/га или на 33&.

Самая значительная трансформация трпияно-кусторничксвого яруса в результате осушения происходит в береэогых древостоях. И здесь снижение продуктивности травяного покрова проилоило за

счет злаковых видов трав. Продуктивность кустарничкового яруса увеличилась незначительно и в основном за счет брусники. Поэто-ыу общая продуктивность травяно-кусгарничяового яруса поело осушения снизилась с 11,7 до 7,1 ц/га или на 39$.

Иначе говоря, осуаение лесо-болотных биогеоценозов низинного типа приводит к резкой трансформации видового состава, структуры и продуктивности травяно-кустаршчкового яруса, в результате чего продуктивность его в сосновых, еловых и березовых древостоях снижается на 11—39% и особенно значительно (на 33 и 39$) в двух последних типах древостоев.

Подрост ели. Установлено,* что на низинных болотах Среднего ' Урала в сосновых, еловых и березовых древостоях предварительное естественное возобновление представлено елью и осуществляется неудовлетворительно. Выявлено, что в осушенных древостоях рост по высоте подроста ели всех групп высот начинается на 2-3 дня раньше, чем в неосушенных, а заканчивается у среднего по высоте подросата в одинаковые сроки, а у мелкого (высотой до 0,5 м) и самого крупного (высотой более 2,5 м) - на недолю позже, чем на неосушенных площадях. Однако за время более длительного роста формируется лишь около сезонной величины прироста ть высоте.

Формирование сезонного прироста по высоте у подроста ели всех групп высот на осушенных площадях происходит с 4-8 июня по 10-15 июля и составляет 35-45 дней. Наиболее ответственным периодом формирование прироста является ишь, в течение которого формируется 88-93/5 его сезонной величины. Имеются различия в сроках адаптации подроста на осушение разной высоты: средний и крупный по высоте подрост адаптируется на протяжении 2-х лет. Мелкий подрост в первые 4-5 лет не реагирует на осушение, что объясняется отсутствием лимитирующего влияния на его рост водного режима

до осушения ввиду его расположения по ыикроповышениям.

Во второе пятилетие осушения, когда происходит улучшение всего комплекса лесорастительных условий, прирост у подроста всех групп высот увеличивается по сравнению с приростом подроста на контрольных площадях в 1,3-2,4 раза. В это пятилетие темпы прироста на осушенных площадях значительно выше, чем у аналогичного подроста, растущего на минеральных почвах. Иными словами, во второе пятилетие осушения наиболее наглядно проявляется положительное влияние осушения на рост подроста ели предварительной генерации в условиях Среднего Урала. В целоад же за первые 1С лет осушения весь подрост ели повсеместно увеличивает прирост по высоте в 1,5-2 раза.

После осушения наблюдается и резкое увеличение последующего возобновления ели. В еловых древостоях за восьмилетний период осушения численность ели последующего возобновления по сравнению с численностью последующего возобновления ели в контрольных древостоях возросла в 3 раза и составляет 13,4 тыс. шт. на I га, а самосева ели - почти в 7 раз, то есть 6,9 тыс. шт. на I га. Вполне успешно последующее возобновление елью идет и в осушенных сосновых древостоях. Здесь численность подроста ели возросла в 4,5 раза и составила 6 тыс. шт на 1 га, а самосева ели насчитывается 0,9 тыс. шт. на I га. Наблюдается также и возобновление сосны (1,6 тыс. шт. на I га), которой до осуше-и шш не было. Менее интенсивно, чем в еловых и сосновых древостоях, идет последующее возобновление елью в березовых древостоях. Здесь поело такого же срока осушения численность подроста ели возросла в 2,8 раза и составляет 2 тыс. шт. на I га.

По общему количеству подроста ели предварительной и последующей генераций после восьми лот осушения возобновление в

еловых и сосновых,древостоях оценивается как хорошее, а в березовых - удовлетворительное. Иначе говоря, после осушения появляется реальная возможность формирования новых древостоев естественным путём без создания лесных культур. Это подтверждает и выполненный прогноз формирования будущих древостоев на осушенных площадях с участием в их сотаве подроста ели предварительной и последующей генераций. Установлено, что с помощью постепенных рубогс на осушенных площадях можно сформировать на месте еловых и сосновых древостоев чистые еловые, а на месте березовых -смешанные елово-березовьте древостой с участием ели в их составе не менее'4-6 единиц. Это позволяет отказаться от создания лесных культур и сократить срок выращив&няч нового поколения леса не менее как на 30 лет.

ГЛАВА 6. РЕАКЦИЯ СОСНОВЖ И ЕЛОВЫХ ДРЕВОСТОЕЕ ЛЕСО-'БОЛОТНЫХ БИОГЕОЦЕНОЗОВ НА ОСУШЕНИЕ

Особенности адаптация и роста древостоев в первые ТО лет осушения. Любое антропогенное воздействие на биогеоценоз, в том числе и осушение, нарушает существующие взаимосвязи между его компонентами и вызывает их трансформации. Однако реакция биогеоценоза на осушение наступает не сразу. Требуется определенное гремя для адаптации к изменившимся условиям средн. Поэтому справедливо выделение трех этапов роста осушенных древостоев (Рубцов, Книзе, 1981): начальный (период перестройки и приспособления), срединный (период формирования) и конечный (период стабилизации). Наиболее важным является первый этап роста, поскольку сн обусловливает успешность дальнейшего роста осушенных дреоостоев. Наши исследования и были выполнены в начальный этап роста осушенных древостоев.

Установлено, что и сосновые, и еловые древостой после осушения слабо увеличивают прирост по высоте. Так, сосновые древостой, осушенные в возрасте 70-88 лет, за 15 лет до осушения резко снижали прирост по высоте. Это и понятно, так как его кульминация имела место 30-40 лет назад. В первое пятилетие осушения у деревьев сосни всех категорий крупности наблюдается лишь прекращение снижения прироста. И во второе пятилетие осушения не наблюдается резкого увеличения прироста по высоте. В это пятилетие, по сравнению с первым, тонкие деревья не увеличивают прирост, а крупные и средние деревья хотя и незначительно увеличивают его, но абсолютная величина его не превышает 13-16 см в год. Такая реакция на осушение сосновых древостоев объясняется слишком коротким периодом осушения и достаточно высоким возрастом сосняков. Нельзя, вероятно, отрицать и влияние высокой загазованности и запыленности атмосферы в районе исследований.

Подобным образом реагируют на осушение и еловые древостой У-У1 класса возраста. Различия заключаются лишь в том, что в первое пятилетие осушения снижение прироста по высоте полностью приостанавливается, а средние по толщине деревья даже увеличивают его в 1,7 раза, хотя и у еловых древостоев его абсолютная величина не превышает 20 см в год. И во второе пятилетие осушения прирост по высоте практически не увеличивается. За десятилетний период осушения лишь деревья ели средних размеров увеличивают прирост по высоте в 1,4 раза.

Таким образом, осушение сосновых древостоев в 1У классе возраста, а еловых - в У-У1 классе в первое десятилетие осушения не приводит к увеличению прироста по высоте. Вероятно, увеличение прироста по высоте этих древостоев следует ожидать по истечение более длительногр периода осушения.

Более объективным, чрм прирост по высоте, критерием оценки влияния осушения на древостой, является прирост по радиусу. Установлено, что он начинает формироваться бо второй декаде июня. Значительной разницы в продолжительности его формирования у осушенных и неосувюнных дровостоев сосны и ели не наблюдается.

В осушенных сосноеых дрсвоотоях в течение июня формируется 46-50% сезонной величины прироста. В июле а августе темпы его формирования снижаются и составляют соответственно 29-44 и 10-11$. Зормирование прироста по радиусу заканчивается зо второй декаде августа, в течение которой формируется лишь около Л% сезонной величины прироста.

Иначе, чем сосновые древостой, формируют прирост по радиусу осушенные еловые древостой. Максимальная его величина рапная 49$ формируется в июле. В июне же формируется лишь 40, а в августе - 11$ сезонной величины прироста. У контрольных дрепостоев ели максимальная величина прироста по радиусу формируется не в июле, а в июне и составляет 43$. В июле же формируется 36, а в августе - 20$.сезонной величины прироста. Иначе говоря, осушенные еловые древостой интенсивнее формируют прирост по радиусу, чем неосушенные.

Дня выявления особенностей адаптации древостоев сосны и ели на осушение, изучен их прирост по радиусу за Ю-летние периоды до и после осушения. Установлено, что прирост по радиусу сосновых древостоев за 10 лет до осушения, как и прирост по высоте, также резко снижался, то есть сосновые древостой до осушения находились в фазе падения ростовой активности. Их прирост в первое пятилетие до осушения,по сравнению со вторым, снизился на 20-23$ и наиболее значительно у тонких и средних по крупности деревьев.

Известно, что в первые года осушения осуществляется перестройка и приспособление деревьев к изменившимся условиям среда, что находит свое отражение в величине прироста по радиусу.. Продолжительность этого процесса, как уже отмечалось, зависит от многих факторов: глубины и интенсивности спада ростовой активности деревьев до осушения, их возраста, цикличности текущих приростов, скорости перестройки взаимосвязей между компонентами биогеоценоза, что в итоге и определяет сроки адаптации осушенных древостоев.

Установлено, что срок адаптации на осушение тонких деревьев сосны составляет 6-7, а крупных - 4-5 лет. Средние по толщине деревья сосны практически не имеют периода адаптации и с первого года осушения резко увеличивают прирост по радиусу. Поэтому за первое пятилетие осушения такие деревья увеличивают прирост в 1,3 раза. Во второе пятилетие осушения, когда завершается процесс адаптации, тонкие деревья сосны по-прежнему не увеличивают прирост, а толстые и средние деревья увеличивают его в 1,5-1,6 раза. В связи с этим и за Ю-летний период осушения лишь средние деревья сосны увеличивают прирост в 1,3 раза.

В связи с такой реакцией на осушение тонкие деревья сосны оставлять на доращивиние после осушения нецелесообразно. Они, в связи с угнетенностью в'процессе усиливающейся дифференциации древостоя после осушения (Иванов, 1907), не способны и в'дальнейшем увеличивать прирост. Целесообразность оставления на доращива-ние крупных деревьев должна определяться степенью их отрицательного влияния на средние деревья, как наиболее перспективные для дор.шшпапин и хозяйственной возможностью использования этой древасины.

Иная реакция на осушите у елоьых древостоев. Они практи-

Среднего Урала необходимо выполнять каналами глубиной 0,8-1,2 м с расстояниями между ними в сосняках осоково-сфагновых 115 м, в сосняках вейн.чково-осоковых и ельниках осоково-травяных - 135140 м. Наиболее целесообразно и на Среднем Урале выборочное (Сабо, 1985) или поэтапно-дифференцированное (Ефремов, 1986) осушение массивов низинных болот площадью 200-500 га. Такое осушение лучше отвечает и принципам охраны природа, оставляя в естественном состоянии часть заболоченных лесов и болот, снижая темпы антропогенной эволюции естественных экосистем.

Таким образом, гидролесомелиорация на Среднем Урале является высокоэффективным лесоводстяенным мероприятием по повышению продуктивности болотных лесов и создает надежную основу интенсификации лесного хозяйства.

Представленные в диссертации материалы способствуют развитию нового направления исследований на стыке экологии, лесоведения, гидролесомелиорагда и болотного лесоведения, базирующегося на комплексном биогеоиенотическом изучении последствий осушения. Такой подход позволяет полнее раскрывать специфику антропогенного воздействия осушения на природу. ■

Полученные результаты целесообразно учитывать при выполнения проектов осуаекия и при экологическом благоустройстве избыточно-увлажненных площадей на Среднем Урале.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ:

I. Чин/щев A.C. Рлилние режима грунтовых вод на производительность сосновых дре'востоез в условиях Урала // Лесоводство, лесные культуры и почвоведение / Мслвуз. сб. науч. работ. -Л., 1976. - Вт. 5. - С. 117-121.

2. Чиндяев A.C. Лесоводственная эффективность осушения заболоченных лесов // Мелиорация сельскохозяйственных и лесных угодий Европейского Севера СССР: Тез. докл.. 2 науч.-техн. конф. 1977 г. - Петрозаводск, 1977..- С. 132-134.

3. Чиндяев A.C. Гидрологический режим болотных' лесов до и после осутания // Роль экологических факторов в лесообразова-тельном процессе на Урале. - Свердловск, 1981. - С. 95-106.

4. Маковский В.И., Чкндяеь A.C., Мухина Н.С. Почвенно-экологическке условия, породный состав и продуктивность болотных лесов // Взаимосвязи среда и лесной растительности на Урале. - Свердловск, 1981. - С. 96-109.

5. Чиндяев A.C. Естественное козобноьление под пологом болотных древостоев Среднего Урала // Педюлесомелиор&щя и рациональное природопользование: Тез. докл. Всссоюз. науч.-техн. сов. пос. Саласпилс Латвийской ССР 6-8 сентября 1982 г. - Л., 1982. - С. 91-93.

6. Чиндяев A.C. ¿/.намика почвенно-грунтовых вод в осушенных лесах на Среднем Урале // Лесной журнал. - 1984. - № 2. - С. 7679.

7. Чиндяев A.C. Эффективность гидролесомелиорации на Сред. нем Урале // Эффективность гидролесомелиорации в Вологодской .области и ведение хозяйства в осушенных лесах: Тез. докл. обл. сов. 6-10 августа 1985 г. - Вологда, 1905. - С. £3-25..

8. Чкндяен A.C. Влияние осушения нп прирост,гю рысоте у подроста ели предварительной генерации в условиях Среднего Урала // Экология и физиология основных лессобразующих видов Урала. - Свердловск, I9G6. - С. 77-60.

9. ttwovcMiii В.И., Чшднев A.C. Характеристик;' боло?' и болотных лесов Уральского учебно-опытного лесхоза Свердловской

области // Повышение продуктивности лесов Урала. - Свердловск: Уральск, лесотехн. ин-т, 1906. - С. I5I-I58. - Деп. в ЦШТИлес-хоз 22.05.86, № 477лх.

10. Чиндяев A.C. Динамика радиального прироста осупенних древостоев Среднего Урала // Лесной журнал. - 1986. - !? 5. -С. II—14.

11. Чиндяев A.C. Осушение лесов открытыми каналами. Практические рекомендации. - Свердловск: НТО, 1986. -'47 с.

12. Чиндяев A.C., Маковский В.И. Осушение лесов на Среднем Урале. - Свердловск: УНЦ, АН СССР, 1987. - 66 с.

13. Чиндиев A.C. Промерзание и оттаивание осушенных торфяных почв в ласах Среднего Урала // Лесоведение. - 1987. - Я I. -С. 60-64.

14. Чиндяев A.C., Федоров B.C. Химический состав дренажного стока с лесных болот Среднего Урала: Информационный листок

398. - Свердловск: 1ЩТИ, 1987. - 4 с.

15. Чиндяев A.C., Андрианов A.B. Рост культур сосны на ссушенных болотах.. Среднего Урала: Информационный листок К5 712. -Свердчовск: ДНТИ, 1987. - 4 с.

16. Чиндяев A.C. Лесоводственная эффективность и перспективы осушения лесов на Среднем Урале // Эффективность и организация работ по осушению лесных земель в Коми АССР: Тез. докл. сов. 14-16 июня 1988 г. - Сыктывкар, 1908. - С. 68-69.

17. Маковский В.И., Чиндяев A.C. Лесоводственно-экологи-ческие основы мелиорации лесов на Среднем Урале. - Свердловск: УрО АН СССР, 1988. - 95 с.

18. Чиндяев A.C. Лесовоз обновительные процессы в болотных' насаждениях Среднего Урала // Проблемы лесовосстановления в таежной зоне СССР: Тез. докл. Всесоюз. конф. 13-15 сентября

1988 г. - Красноярск, 1988. - С. 251-252.

19. Чиндяев A.C., 1йаргунов Г.И., Маркелов Г.С. Проблемы лесоосушительной мелиорации на Среднем Урале // Лесное хозяйство. - 1989. г- № 8, - С. 21-22.

20. Чиндяев A.C. Особенности трансформации леса-болотных биогеоценозов низинного типа на Среднем Урале под влиянием осушения // Актуальные проблемы осушения лесов на Среднем Урале: Информ. мат. сов. 2-4 августа 1989 г. - Свердловск, 1989. - С. II4-II6. '

21. Маковский В.И., Новогородова Г,Г., Чиндяев A.C. Влияние осушения на трансформацию травпно-кустарничкового яр} са в болотных лесах Среднего Урала // Актуальные проблемы ocj шения лесов на Среднем Урале: Информ. мат. сов. 2-4 августа

1989 г. - Свердловск, 1989. - C.I44-I48.

Подписано в печать 21.12.89. Формат 60x84 I

Плоская печать Объем 2,00 п.л. Тираж 100

Заказ * Í146 НС 30259

Ротапринт УЛТИ, г. Свердловск, Сибирский тракт, 37