Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Оценка почвенно-грунтовых условий произрастания высокопродуктивных березовых и осиновых древостоев на двучленных ледниковых отложениях

ВАК РФ 06.03.02, Лесоустройство и лесная таксация

Автореферат диссертации по теме "Оценка почвенно-грунтовых условий произрастания высокопродуктивных березовых и осиновых древостоев на двучленных ледниковых отложениях"

На правах рукописи

Любимцев Андрей Вадимович

ОЦЕПКА ПОЧВЕННО-ГРУНТОВЫХ УСЛОВИЙ ПРОИЗРАСТАНИЯ ВЫСОКОПРОДУКТИВНЫХ БЕРЕЗОВЫХ И ОСИНОВЫХ ДРЕВОСТОЕВ НА ДВУЧЛЕННЫХ ЛЕДНИКОВЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ

Специальность 06.03.02 - Лесоведение, лесоводство, лесоустройство и лесная таксация

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

24 АЛР 2014 005547607

005547607

На правах рукописи

Любимцев Андрей Вадимович

ОЦЕНКА ПОЧВЕННО-ГРУНТОВЫХ УСЛОВИЙ ПРОИЗРАСТАНИЯ ВЫСОКОПРОДУКТИВНЫХ БЕРЕЗОВЫХ И ОСИНОВЫХ ДРЕВОСТОЕВ НА ДВУЧЛЕННЫХ ЛЕДНИКОВЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ

Специальность 06.03.02 — Лесоведение, лесоводство, лесоустройство и лесная таксация

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени

С.М. Кирова

Научный руководитель: доктор биологических наук, доцент,

Ковязин Василий Федорович

Официальные оппоненты: Бакина Людмила Георгиевна,

доктор биологических наук, доцент, федеральное государственное бюджетное учреждение науки Санкт-Петербургский научно-исследовательский центр экологической безопасности РАН, зав. лабораторией реабилитации техногенных ландшафтов

Данилов Дмитрий Александрович,

кандидат сельскохозяйственных наук, государственное научное учреждение Ленинградский НИИСХ «Белогорка» РАСХН, ведущий научный сотрудник лаборатории экологии лесоаграрных ландшафтов

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное

учреждение науки Институт леса Карельского научного центра РАН

Защита состоится «11» июня 2014 г. в 11 часов на заседании диссертационного совета Д 212.220.02 по защите докторских и кандидатских диссертаций при Санкт-Петербургском государственном лесотехническом университете им С.М. Кирова, по адресу: 194021, г. Санкт-Петербург, Институтский пер., д. 5, главное здание, зал заседаний ученого совета. Факс (812) 6709358

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке и на сайте Санкт-Петербургского государственного лесотехнического университета имени С.М. Кирова, www.ftacademy.ru

Автореферат разослан «'Г?» апреля 2014 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор с.-х. наук, профессор

Жигунов А.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследований. В настоящее время Правительством Российской Федерации предусмотрен переход от экстенсивной модели ведения лесного хозяйства к интенсивной. При интенсивном ведении лесного хозяйства объектом могут быть не только хвойные, но и мелколиственные насаждения, формирующиеся в результате дигрессивно-демутационной сукцессии. Березовые и осиновые насаждения в определенных почвенно-грунтовых условиях не требуют затрат на лесовосстановление, характеризуются коротким оборотом рубки, а древесина этих пород в последнее время стала широко использоваться в народном хозяйстве. В настоящее время заброшенные сельскохозяйственные угодья и вырубки часто зарастают осиновыми и березовыми древостоями, запасы которых достигли более 14 млн. куб. м.

Известно, что основными факторами, определяющими породный состав и производительность насаждений, являются плодородие почвы, её водный режим и характер материнской горной породы. По данным А.Д. Жукова (1966) и Ф.Р. Зайдельмана (1985), группа почв легкого супесчано-песчаного гранулометрического состава, подстилаемая на различных глубинах тяжелыми плохо водопроницаемыми моренными отложениями, является достаточно распространенной (15%) в Ленинградской области. Однако сведений о почвенно-грунтовых условиях высокопродуктивных осиновых и березовых насаждений, сформировавшихся на двучленных ледниковых отложениях, недостаточно. Следовательно, тема диссертационной работы является актуальной.

Степень разработанности темы исследований. Проблемой формирования и типологией мелколиственных насаждений занимались A.A. Крюденер (1916), Г.Ф. Морозов (1912,1917), В.Н. Сукачев (1945), Д.В. Воробьев (1953), И.С. Мелехов (1959), A.A. Ниценко (1972), Н.Б. Гроздова (1978), Л.Е. Михайлов (1978), О.Г. Чертов (1981), В.Н. Федорчук (2005). Однако недостаточно сведений о почвенно-грунтовых условиях произрастания высокопродуктивных березовых и осиновых насаждений на двучленных отложениях. Эти сведения могут быть использованы для прогнозирования формирования мелколиственных древостоев

после сплошных рубок. \

Цели и задачи исследований. Цель - изучить почвенно-грунтовые условия произрастания высокопродуктивных березовых и осиновых насаждений на двучленных ледниковых отложениях, и выявить факторы, влияющие на преобладание осины или березы в составе древостоев, сформировавшихся естественным путем в результате дигрессивно-демутационной сукцессии.

Задачи исследований:

1. Исследовать морфологические характеристики, химические свойства и гранулометрический состав почв в высокопродуктивных березовых и осиновых насаждениях.

2. Оценить влияние мезорельефа на почвенно-грунтовые условия произрастания мелколиственных насаждений.

3. Изучить видовой состав живого напочвенного покрова и выявить возможность его использования для индикации условий местопроизрастания березовых или осиновых насаждений.

4. Выявить важнейшие факторы, определяющие преобладание в составе насаждений одной из мелколиственных древесных пород.

Научной новизной исследований являются: 1) морфологические и физико-химические свойства почв, занятых высокопродуктивными березовыми и осиновыми насаждениями, и сформированных на мало- и среднемощных покровных отложениях, подстилаемых основной мореной; 2) индикационная характеристика живого напочвенного покрова в насаждениях с преобладанием в составе березы или осины; 3) связь породного состава древостоя с особенностями временного переувлажнения почв, сформированных на двучленных материнских породах.

Научная и практическая значимость. Выявленные особенности поч-венно-грунтовых условий произрастания высокопродуктивных мягколиствен-ных насаждений имеют не только теоретическое, но и практическое лесохозяй-ственное значение, так как особенности возобновления и ухода за лесом основываются на сведениях о конкретных условиях местопроизрастания. Результаты исследования могут бьггь использованы при проведении кадастровых, лесоустроительных и лесохозяйственных работ, а также в учебном процессе для подготовки бакалавров по направлению «лесное дело».

Методология и методы исследования. Для достижения поставленных целей исследований использованы методы наблюдения, сравнения и абстрагирования, широко применяемые в биологической отрасли науки.

Положения, выносимые на защиту:

1. На почвах, сформированных на мало- и среднемощных покровных отложениях, подстилаемых основной мореной, породный состав древостоев зависит от степени временного переувлажнения почв. При наличии долговременного избыточного увлажнения в весенний и осенний периоды более вероятно образование насаждений с преобладанием осины, чем березы.

2. Покровные отложения в березовых и осиновых насаждениях характеризуются супесчаным составом, но подстилающая основная морена имеет различный гранулометрический состав: от легкого суглинка до глины. Эти факторы, наряду с рельефом местности и уклоном водоупорного горизонта, определяют степень влияния временного избыточного увлажнения на морфологические и физико-химические свойства почв.

3. Растительные индикаторы не позволяют достоверно оценить характер временного избыточного увлажнения почв, достоверным критерием оценки поч-венно-грунтовых условий роста березовых и осиновых насаждений являются морфологические признаки почвы, указывающие на оглеение отдельных горизонтов или его отсутствие.

Степень достоверности подтверждается достаточным по объему и разнообразию материалом полевых исследований, применением современных методик и методов обработки и анализа данных.

Апробация результатов. Результаты исследований докладывались на международной научно-технической конференции (Вологда, 2010 г.); 8-й международной научно-технической конференции (Санкт-Петербург, 2011 г.); международной научно-технической конференции (Брянск, 2011 г.); международной научно-технической конференции (Санкт-Петербург, 2013 г.); ежегодной научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава СПбГЛТУ им. С.М. Кирова (Санкт-Петербург, 2012, 2013); Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов (Пермь, 2014).

Личный вклад автора. Исследования выполнены лично автором на всех этапах работы: постановка цели и задач, составление программы, выбор методики, сбор, обработка и анализ полевых исследований, обобщение результатов, обоснование выводов, написание научных статей и тезисов докладов на конференциях.

Публикации. По результатам диссертационных исследований опубликовано 10 работ, из них 2 статьи в журналах, рекомендованных ВАК.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, включающего 133 наименования, в том числе 6 иностранных, четырех приложений. Материал изложен на 127 страницах текста, содержит 27 таблиц, 14 рисунков.

Благодарности. Автор признателен научному руководителю, д.б.н., проф. Ковязину В.Ф., к.б.н., доц. Потокину А.Ф, к.б.н., доц. Касаткиной Г.А. за помощь в работе. Отдельная благодарность Безверхову П.В. за поддержку на всех стадиях работы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

Рассматриваются хронология развития классификаций типов лесорасти-тельных условий формирования мягколиственных насаждений, биологические свойства березы (Betula pendula Roth.) и осины (Populus trémula L.), влияние двучленного строения почвы на её водный режим и рост древостоев.

В начале XX века вопросы классификации типов лесорастительных условий активно обсуждались в трудах Алексеева Е.В. (1915), Крюденера A.A. (1916), Морозова Г.Ф. (1920), Погребняка П.С. (1941), Сукачева В.Н. (1927). Во второй половине прошлого века начала разрабатываться классификация типов лесорастительных условий с использованием различных признаков почв: увлажнение, гранулометрический состав, тип гумуса, а также с учетом рельефа и характера четвертичных отложений. Этой проблемой занимались Воробьев Д.В. (1963), Зеликов В.Д. (1971), Вайчис М.В. (1972), Колесников Б.П. (1973). Над классификацией типов лесорастительных условий Северо-Запада России, в том числе Ленинградской области, работали Чертов О.Г. (1981), Федорчук В.Н. и Дыренков С.А. (1981).

При оценке динамики лесных биогеоценозов вследствие антропогенного воздействия вышеназванные авторы уделяли достаточно много внимания смене

5

пород, но, как правило, ограничивались понятием «мелколиственные леса» без разделения насаждений на осиновые или березовые, особенно в условиях, близких к экологическому оптимуму произрастания этих пород.

Анализ литературных источников показал, что оптимальные лесораститель-ные условия для березы повислой (Betula pendula Roth.) и осины (Populus trémula L.) сходны. В средней и южной подзонах тайги березняки и осинники произрастают в мезофитных и мезотрофных условиях. Некоторые авторы отмечают, что осина лучше переносит сезонное переувлажнение почвы (Ермилова В.С, 1939; Стороженко В.Г., 1987; J.Hynynen, 2011, и др.). В других работах подобные выводы отсутствуют. В то же время исследования Апарина Б.Ф. и Рубшшна Е.В. (1975), Чертова О.Г. (1981) и Зайдельмана Ф.Р.(1985) показывают, что для почв на двучленных наносах в большей или меньшей степени характерно наличие сезонного переувлажнения.

Таким образом, в настоящее время недостаточно сведений о различии поч-венно-грунтовых условий в березовых и осиновых насаждениях на дренированных почвах, сформированных на двучленных ледниковых отложениях.

ГЛАВА 2. ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследования проводились в Тихвинском лесничестве Ленинградской области. Район исследования относится к среднетаежному лесному району, расположен в Вишерском ландшафте Лужско-Волховского округа южно-таежной под-провинции Северо-Западной таежной провинции Русской равнины. Ландшафт характеризуется плоско-волнистой поверхностью, сложенной мореной с содержанием валунов. Часто морена размыта и сверху прикрыта маломощным слоем (до 0,5 м) песка или супеси. На дренируемых участках местности преобладают древостой зеленомошной группы типов леса (57%). Все объекты исследования расположены на двучленных моренных отложениях, которые представляют собой осадочные породы супесчаного или песчаного состава малой мощности (0,31,0 м), залегающие на суглинках или глинах. Близкое залегание водоупорного горизонта является причиной того, что во влажные периоды года (весна, осень) в поверхностных горизонтах этих почв, в том числе и неоглеенных, наблюдается длительный застой свободной гравитационной влаги. Характерной особенностью почв с резкой гранулометрической дифференциацией профиля является быстрое возникновение верховодки в вегетационный период на контакте двучлена во всех разновидностях почв, однако продолжительность существования верховодки различная. Летом после выпадения обильных осадков также часто формируется верховодка, полностью или частично затапливая всю толщу покровных отложений. Застой влаги на фоне высоких летних температур приводит к вспышке почвенного анаэробиоза и переходу соединений окисного железа в закисное (оглеение).

ГЛАВА 3. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ 3.1. Объекты исследований

Все опытные объекты расположены в Сясьском участковом лесничестве Тихвинского района Ленинградской области. Таксационные характеристики насаждений и типы почв приведены в табл. 1.

Таблица 1

Характеристика объектов

№ Состав дре- Возраст, Средние Класс бонитета Тип ТЛУ Пол Запас, м3/га

ЦШ1 востоя лет высота, м диаметр, см леса нота

Объект №1

1 80с1Б1Е 80 29,1 30,4 1 ЧЕР вз 1,0 469

Грубогумусная сильноподзолистая супесчаная на моренном с углинке

8Б1ЕЮс 80 28,0 30,4 1 ЧЕР В2 1,0 389

2 Грубогумусная сильноподзолистая супесчаная на моренном суглинке

Объект №2

1 80с2Е+Б 1 70 1 31,5 27,3 1А | КС сз | 0,9 | 486

Гпубогумусный подзол супесчано-песчаный на моренной глине

8Б2Е+Ос 1 70 1 29,2 1 28,3 1А | КС I сз 1 0,8 | 346

2 Постагрогенная модермуллевая скрытоподзолистая супесчаная на моренной ишнс

Объект №3

1 80с1Е1Б 1 65 1 29,0 1 23,5 1А | ЧЕР I вз 1 | 520

Гт/бппгмусная слабоползолистая глееватая супесчаная на моренном суижикс

8Б2Е+Ос 1 65 1 25,5 1 18,4 1 | ЧЕР 1 вз 1 1.« | 327

2 Модергрубогумусная скрытоподзолистая супесчаная на моренном суглинке

Объект №4

70с2Б1Ив 1 18 1 9,0 1 4,0 2 | КС | С2 | 1,0 | 114

1 Постагрогенная модермуллевая среднеподаолистая супесчаная на моренном суглинке

7Б20лс1Ив 1 18 1 8,5 1 3,9 2 | КС | С2 1 | 100

2 Постагрогенная муллевая скрытоподзолистая супесчаная на моренном суглинке

Объект №5

80с10лс1Б 1 29 1 19,1 1 11,8 1А | КС | С2 1 0,8 | 240

1 Постагрогенная модермуллевая слабоподзолистая супесчаная на моренном суглинке

9БЮлс+Е 1 29 1 18,8 1 4,7 1А | КС | С2 1 0,8 | 190

2 Постагрогенная модермуллевая скрытоподзолистая супесчаная на моренной супеси

Объест № 6

1 90с1Б 1 26 1 21,9 1 14,6 1 1С | КС | СЗ 1 | 270

Мплрпмуштепяя сильноподзолистая супесчаная на моренном суглинке

9Б1Е 1 26 1 22,3 1 13,4 1С | КС | С2 | 1.0 | 250

2 Постагрогенная модермуллевая слабоподзолистая супесчаная на моренной супеси

3.2 Методика работы

Каждый из шести опытных объектов представлял собой смешанный по составу древостой с преобладанием мелколиственных пород. На каждом объекте заложены пробные площади с двумя секциями: березовой и осиновой. Площадь секции составляла не менее 0,3 га. Критериями выделения секций в пределах объекта являлись следующие условия: 1) преобладание в составе насаждения (8 и более единиц) одной из мелколиственных пород; 2) одновозрастность древо-стоев секций в пределах объекта; 3) однородное происхождение древостоя (естественное возобновление после сплошной рубки).

В каждой секции зафиксирована опорная точка с использованием GPS (Garmin 62s). На месте опорной точки закладывались круговые учетные площадки радиусом: в спелых - 21,85 м, средневозрастных - 17,85 м, в молодняке -9,77 м. Такие размеры учетных площадок позволяли учесть не менее 100 деревьев, что обеспечивало приемлемую точность измерений. Радиус площадки устанавливался с помощью ультразвукового дальномера Haglof DME. В пределах круга заданного радиуса проведен сплошной перечет деревьев. Диаметры деревьев измерялись электронной мерной вилкой Haglof Digital professional. Высота деревьев определялась с помощью электронного высотомера Haglof. Для определения бонитета и относительной полноты использовались «Таблицы и модели хода роста и продуктивности насаждений основных лесообразующих пород Северной Евразии» под редакцией Швиденко А.З. (2006).

На месте опорной точки закладывался почвенный разрез (всего 12 шт.) с взятием образцов почвы и морфологическим описанием профиля. В лабораторных условиях определены показатели: органическое вещество по методу Тюрина в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26213-91), обменная кислотность по методу ЦИ-НАО (ГОСТ 26483-85), общий азот методом Кьельдаля (ГОСТ 26107-84), содержание физической глины пипеточным методом (ГОСТ 12536-79). С помощью анализатора размеров частиц Shimadzu SALD-2201 проведен детальный анализ гранулометрического состава почвы.

Опорные точки соединены визирной линией, вдоль которой на ширину Юм проводилось картирование и ботаническое описание древесного и травяно-ку-старничкового ярусов (всего 34 описания). Оценка экологических условий произрастания растений проведена по шкалам Д.Н. Цыганова (1983) и Л.Г. Рамен-ского (1956). По ним оценивались: увлажнение, трофность, богатство почв азотом, кислотность, переменность увлажнения.

На всех объектах проведена нивелирная съемка рельефа местности оптическим нивелиром Ada Basic. По линии профиля заложены почвенные прикопки (41 шт.) для установления мощности покровных отложений. Для определения статистических показателей фотоизображений почвенных профилей применялась программа ESRI АгсМар 10.0.

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЧВЕННО-ГРУНТОВЫХ УСЛОВИЙ ПРОИЗРАСТАНИЯ БЕРЕЗОВЫХ И ОСИНОВЫХ НАСАЖДЕНИЙ

На рис. 1 представлены кривые распределения процентного содержания частиц в горизонтах В и D по 36 размерным фракциям от 0,14 до 250 рм для всех 12 почвенных разрезов. Для покровных отложений представлен только горизонт В, так как он присутствует во всех обследованных почвенных профилях, к тому же механический состав остальных горизонтов покровных отложений имеет сходное распределение частиц.

Раэ«ер частиц,мк«

Горизонт В Горизонт D j

Горизонт в Горизонт Р j

| и « т т » in щ м о w w ft т а ад i ^ > т n a in ^ w si n л н а н ^ ui » a n f о' о' о' О о" d □ о' ri н и н fti r-Г <ti a a О n' in ei n «" ui m4 ^r a ri rf ni « (i

"r.HHM^l'fliin'i ОЭ О >"4 ^ OO

■H .4 W CN

Рззмер чзсгиц,«км

Рис 1. Гранулометрический состав горизонтов В и D в березовых (А) и осиновых

фитоценозах (Б)

В горизонте В во всех образцах почвы распределение близко к нормальному с одной выраженной вершиной, что явно свидетельствует о сортированности частиц. Наибольшее содержание имеют фракции крупной пыли и тонкого песка (30-100 рм). Это позволяет утверждать, что покровные отложения сформированы отложениями абляционной морены, так как в большинстве изучаемых почв обнаружено большое количество грубообломочного материала и валунов размером от нескольких десятков см до 1 м. Для горизонта О, наоборот, характерно относительно равномерное распределение содержания частиц по фракциям без

выраженных пиков, что является признаком отложений основной морены. В березовых секциях объектов 5,6 отмечается более легкий гранулометрический состав отложений основной морены (супесь), но ввиду высокой плотности сложения, они также выступают в качестве водоупора.

Для почв на двучленах характерно образование горизонта верховодки в весенний и осенний периоды. Скорость стекания почвенных вод определяется двумя факторами: углом наклона водоупорного слоя, от которого зависит величина гидравлического напора, и фильтрационными свойствами почвенно-грун-товой толщи. Исходя из того, что покровные отложения на всех изучаемых объектах имеют сходный гранулометрический состав, главным фактором скорости стекания воды является угол наклона водоупорного слоя (табл. 2)

Таблица 2

Величина уклона и коэффициент фильтрации водоупорного горизонта_

Показатель № объеюга и преобладающая порода

1 2 3 4 5 6

Ос Б Ос Б Ос Б Ос Б Ос Б Ос Б

Уклон земной поверхности, % од + 1,1 0,6 5,6 + 0,5 + 1,5 0,2 + 1,5 + 0,1 + 0,6 + 0,2 + 0,2

Уклон водоупорного горизонта, % + 0,2 + 1,0 + 0,4 5,7 + 0,7 + 1,6 0,2 0,2 + 0,2 - + 0,6 + 0,2

Коэффициент фильт-рации водоупорного горизонта, м/сут 0,05 0,001 0,05 0,05 0,05 0,5 0,001 0,5

Превышение опорных точек, м 0 + 0,5 0 2,3 0 + 0,6 0 0 0 + 1,3 0 + 0,5

Примечание:«+» положительный,«-» отрицательный вертикальный угол. Коэффициент фильтрации для подстилающей морены принят нами по рекомендации Ф.Р. Зайдельмана (1985). Превышение опорных точек определялось между гипсометрическими отметками березовых и осиновых формаций.

Установлено, что превышение земной поверхности в березовых насаждениях выше, чем в осиновых. Березовые секции располагаются на земной поверхности с большим уклоном, чем осиновые. Уклон водоупорного горизонта в осиновых секциях меньше, чем в березовых. На березовых секциях объектов 5 и 6 водоупорный горизонт характеризуется относительно высоким значением коэффициента фильтрации (0,5 м/сут). Следовательно, особенности рельефа поверхности почвы и водоупорного горизонта, а также глубина залегания последнего определяют дренаж участка и, возможно, влияют на породный состав древостоя.

На рис 2 и 3 представлены профили поверхности почвы на двух объектах, с указанием глубины залегания подстилающей породы и расположения растительных формаций с преобладанием той или другой породы.

#

14 'емхэмхо иежюьисиэиозиьц

Из рис. 2 видно, что на более высокой части рельефа преобладает береза, а на пониженной - осина. Несмотря на малое значение уклона водоупорного горизонта в березовой секции, по причине относительно легкого гранулометрического состава моренных отложений и высокой его водопроницаемости (около 0,5 м/сут) достаточно слабо развиты признаки гидроморфизма почвы, формируется только контактно-осветленный горизонт. Напротив, в осиновой секции подстилающая порода представлена тяжелым слабоводопроницаемым суглинком. Величина уклона также невелика и составляет всего 0,6%.

На объекте 2 осиновая секция располагается на повышенной части рельефа (рис. 3). Если обратить внимание на характер расположения водоупорного горизонта, представленного моренной глиной, видно, что образуется замкнутое понижение, которое препятствует стоку воды в почве.

и 'еихэшо BexoehMdiawoounj

Вероятно, в период таяния ледника здесь образовался водоем, что привело к формированию отложений лимногляциального типа мощностью около 80 см. Это отчетливо видно по слоистой структуре нижних горизонтов в почвенном разрезе осиновой секции. От отметки 150 м и далее по профилю характер рельефа и почвы резко меняется. Заметно сокращается мощность покровных отложений, а на отметке около 200 м покровная супесь вообще отсутствует, следовательно, и водоупор (моренная глина) располагается у поверхности почвы. В этой части профиля уклон водоупорной поверхности значительно больше, чем в осиновой секции и составляет 5,7%.

В табл. 3 представлены результаты химического анализа минеральных горизонтов почвы до 40 см, так как в этом слое сосредоточена основная масса древесных корней.

Таблица 3

Физико-химические свойства минеральных горизонтов почвы в слое до 40 см_

Номер объекта Горизонт/глубина, см Физико-химические свойства почвы

рНсол, ед. Органическое вещество, % Азот общий, % Физическая глина,%

Б Ос Б Ос Б Ос Б Ос

1 В (10) 4,3 4,1 2,6 1,6 0,038 0,011 17 14

ЕВ (30) 4,5 4,5 1,5 1,4 0,017 0,007 19 19

2 Аок (10) 3,5 - 6,1 - 0,11 - 9 -

Е (Ю) - 3,9 - 2,0 - 0,007 - 14

ЕВ (40) - 4,4 - 1Д - 0,008 - 12

В (30) 4,3 - 0,8 - 0,022 - 16 -

3 А1 (10) 3,7 - 5,8 - 0,095 - 15 -

АЕ (10) - 3,6 - 2,2 - 0,034 - 14

В (25) 4,3 4,4 1,8 0,2 0,029 0,001 18 18

4 Аок (5) 3,8 3,9 6,0 5,5 0,138 .0,093 17 18

Е (15) - 4,2 - 1,2 - 0,012 - 17

В1 (15) 4,4 - 1,0 - 0,013 - 15 -

В2 (30) 4,4 4,3 0,6 0,5 0,002 0,001 14 18

5 Аок (7) 3,6 3,8 8,4 6,0 0,44 0,212 22 18

В1 (20) 4,3 4,4 1,5 0,9 0,037 0,01 28 18

6 Аок (5) 3,9 - 5,7 - 0,1 - 20 -

АЕ(5) - 3,9 - 5,9 - 0,073 - 15

В1 (15) 4,4 - 1,1 - 0,015 - 15 -

Е (15) - 4,4 - 0,9 - 0,025 - 16

В2 (40) 4,6 - 0,3 - 0,001 - 18 -

ЕВ8(40) - 4,1 - 0,2 - 0,001 - 12

Примечание: Аок - окультуренный горизонт (старопахотный)

Из полученных данных видно, что кислотность почвы в березовых и осиновых древостоях различается несущественно и составляет около 4-х единиц (3,64,6), почвы сильнокислые. Содержание валового углерода и общего азота в одноименных почвенных горизонтах в березняках стабильно выше, чем в осинниках. Не исключено, что эти различия могут оказывать определенное влияние на породный состав древостоев, или, напротив, породный состав древостоя (его ежегодный опад) оказывает влияние на улучшение почвенных характеристик.

По содержанию физической глины в почве существенных различий не обнаружено. Верхние горизонты почв на всех объектах супесчаные. Мощность подзолистого горизонта приведена в табл. 4.

Таблица 4

Мощность горизонта Е и уровень зеркала свободной воды _на момент закяадки почвенных разрезов_

Показатель Номер объекта и преобладающая древесная порода

1 2 3 4 6

Б Ос Ос Ос Ос Ос

Мощность подзолистого горизонта Е, см 20 17 26 7 12 31

Наличие грунтово-пятни-стого оглеения + + + + + +

Уровень зеркала свободной воды, см 40 5 150 46 10 -

Примечание. Под зеркалом свободной воды понимается уровень, на котором подпертая гравитационная влага изливается из стенок почвенного разреза на момент описания. Знак « - » означает отсутствие показателя в профиле почвы; « + » - присутствие

На пробных площадях, занятых осиной, на пяти объектах из шести заметно выражен подзолистый горизонт (мощность от 7 до 31 см), в березовых древо-стоях — только в одном случае (объект 1). Также в осиновых секциях заметно отличается водный режим, о чем можно судить по неравномерной окраске иллювиальных горизонтов профиля и наличии процессов глееобразования. Эти признаки имеют место в 5 случаях из 6. Из участков с преобладанием березы явные признаки анаэробных условий зафиксированы только на объекте 1. Также в 4-х осиновых и лишь в одной березовой секции над водоупорным горизонтом во время закладки почвенных разрезов (сентябрь-октябрь) отмечен горизонт, насыщенный влагой, способной изливаться из стенок разрезов.

Для подтверждения данных, полученных при анализе морфологического строения почвенных профилей, мы применили метод статистического анализа растрового изображения с целью численного выражения различий в характере окраски почвенного профиля. Черно-белая цифровая фотография с глубиной цвета 8 бит представляет собой массив чисел, где каждому пикселу изображения соответствует число, обозначающее его оттенок (от черного — 0 до белого — 255). Получается распределение оттенков по количеству представляющих его пикселей. Среднеквадратическое отклонение этого распределения значений оттенка позволяет судить о равномерности окраски изображения. Чем больше среднеквадратическое отклонение, тем больше выражена неравномерность окраски почвы. В свою очередь равномерность окраски позволяет судить о степени развития процессов оглеения (рис. 3, табл. 5).

| аШ^ШИЯ

Рис.3. Примеры изображений

1ШЩШ

ь-

иллювиальных горизонтов почвы в березовых (У 1 *' ' В . насаждениях

- \ - ' # в березовых (А) и осиновых (Б)

гШШШШвш

¡¡■И

Для анализа использовались фотографии передних стенок почвенных прикопок. Оценка неравномерности окраски проводилась только для иллювиаль-

ного горизонта В.

Таблица 5

_Статистическая оценка растрового изображения почвенных прикопок_

Статистический показатель номер замера Номер объекта и преобладающая порода

2 4 5 6

Б Ос Б Ос Б Ос Б Ос

Среднеквадратическое отклонение показателя оттенка почвы 1 36,7 51,6 30,9 39,2 33,3 40,6 30,3 47,3

2 32,9 42,5 29,7 42,5 37,2 40,1 32 45

3 31,7 45,6 - - 31,2 48,3 38,9 35,1

Среднее значение - 33,8 46,6 30,3 40,9 33,9 43,0 33,7 42,5

Разница между средними показателями - 12,8 10.6 9.1 8,7

Из приведенных данных видно, что имеет место стабильное различие равномерности окраски между исследуемыми почвами. В почвах березовых секций отклонение оттенка составляет от 30,3 до 33,9 единиц, тогда как в почвах осиновых секций — от 40,9 до 46,6. Величина разности среднеквадратического отклонения значения оттенка между почвами исследуемых пород составляет от 8,7 до 12,8 единиц. Этот факт в очередной раз подтверждает различие в почвенно-грун-товых условиях между участками, характерными для березы и осины.

ГЛАВА 5. АНАЛИЗ ВИДОВОГО СОСТАВА ЖИВОГО НАПОЧВЕННОГО ПОКРОВА Д ЛЯ ИНДИКАЦИИ ПОЧВЕННО-ГТУНТОВЫХ УСЛОВИЙ ПРОИЗРАСТАНИЯ БЕРЕЗОВЫХ И ОСИНОВЫХ НАСАЖДЕНИЙ

Изучение травяно-кустарничкового яруса проводилось с целью определения возможности индикации особенностей режима увлажнения почв по внешним физиономичным признакам растительности.

Лесорасгительные условия мелколиственных насаждений, определенные по различным шкалам Цыганова Д.Щ1983) и Раменского Л.Г. (1956), позволили заключить о следующем. Опытные объекты несущественно различаются по поч-венно-грунтовым условиям. Различие по всем факторам среды между березовыми и осиновыми фитоценозами находится в пределах ошибки определения среднего балла. Однако следует учесть, что в таблицах экологических амплитуд отсутствует часть растений, встреченных на пробных площадях. В частности, это касается оценки переменности увлажнения. По этому фактору в таблицах обоих авторов имелись данные в лучшем случае для половины видов растений, встреченных на отдельном участке.

На опытных объектах проведено сравнение флористического состава тра-вяно-кустарничкового яруса по коэффициенту сходства Сёренсена-Чеканов-ского (табл. 6).

Таблица 6

Статистические показатели коэффициента Сёренсена-Чекановского при сравнении

флористического состава напочвенного покрова на объектах исследования_

Статистический показатель Значение коэффициента между растительными ассоциациями Значение коэффициента между березовыми и осиновыми ассоциациями

осиновые березовые

Среднее значение 0,70 0,71 0,61

Коэффициент вариации, % 18,0 16,4 12,9

Ошибка опыта, % 5,2 5,5 2,9

Приведенные статистические показатели коэффициента Сёренсена-Чекановского еще раз подтверждает сходство лесорасгательных условий в березовых и осиновых древостоях, но в то же время может свидетельствовать о некотором их различии. Однако причиной этому может быть эдификаторная роль преобладающей в древесном ярусе породы. Также стоит отметить, что значительный вес в видовом составе травяно-кустарничкого яруса имеют типичные для таежной зоны виды с широкой экологической амплитудой.

Основываясь на значениях коэффициента сходства растительных сообществ Серенсена-Чекановского, все описания травяно-кустарничкового яруса были разделены на экологические группы. Однородными считались ассоциации со значением коэффициента Сёренсена-Чекановского более 0,6 единиц. Состав групп корректировался по сходству видов доминантов, так как коэффициент сходства не позволяет учитывать проективное покрытие вида растения. Всего выделено 4 эколого-фитоценотические группы: судубравнотравная (4 описания в осинниках, 7 - в березняках); влажная судубравнотравная (5 — в осинниках, в березняках не встречена); лесных кустарничков (3- в осинниках, 3 — в березняках); мелкотравная (1 — в осинниках, 2 — в березняках). Влажная судубравнотравная эколого-фитоценотическим группа по видовому составу во многом схожа с судубравнотравной, но заметно отличается большей долей видов гигрофитов и гигромезофитов. Существенным является отсутствие в этой группе ассоциаций с преобладанием березы повислой, тогда как в осиновых древостоях эта группа представлена на пяти участках.

В ходе дальнейших исследований все виды растений травяно-кустарничкого яруса были разделены на группы по отношению к увлажнению почвы): гигрофиты, гигромезофиты, мезофиты (табл. 7).

Таблица 7

Распределение видов растений по экологическим группам_

Экологическая группа Среднее количество видов, экз. Среднее проективное покрытие, % Встречаемость, %

Ос Б Ос Б Ос Б

Гигрофиты 2,2 0,4 2,6 0,8 92 33

Гигромезофиты 9,7 7,3 27,3 22,9 100 100

Мезофиты 12,7 11,8 29,5 31,5 100 100

Из приведенных данных видно явное смещение условий в осиновых формациях в сторону большей влагообеспеченности почвы. Группа гигрофитов имеет малую долю от общего количества видов и проективного покрытия, но стабильно встречается в осиновых древостоях (92%), тогда как в березовых встречается лишь в 33% случаев. Представители группы гигромезофитов имеются на всех обследованных участках, однако по среднему количеству видов и среднему проективному покрытию баланс также несколько смещен в сторону осины.

Исходя из полученных данных можно выделить индикаторную группу растений и кустарников, характерных условиям, в которых велика вероятность преобладания осины в составе древостоя. Все представленные виды растений оценены по 2 показателям: степень достоверности и значимость индикатора (таблица 8). За индикат нами принято преобладание осины в составе древесного яруса.

Оценка достоверности представляет собой процентное соотношения случаев, в которых исследуемый индикатор и индикат встречены совместно, и тех, когда индикатор встречен без индиката, т.е. встречается ли данный вид растения и в березовых формациях.

Значимость индикатора—отношение частоты встреч индикатора в пределах осиновых древостоев к общему количеству исследованных участков, т.е. как часто данный вид растения встречается в изученных осиновых древостоях.

Таблица 8

Достоверность и значимость индикаторов лесорастительных условий осиновых древостоев

Вид растения Достоверность, % Значимость, %

Русское название Латинское название

Осока пепельно-серая Carex canescem subsp. canescens 100 31

Ситник нитевидный JuncusfiliformisL. 100 23

Кукушкин цвет обыкновенный Sileneflos-cuadiL. 100 15

Звездчатка длиннолистная StellarialongifoUa Willd. 100 15

Смородина черная RibesnigrumL. 86 46

Вейник пурпурный Calamagrostis purpurea Tritt. 75 69

Селезеночник очереднолистный Chrysosplenium alternifolium L. 75 25

Представленные виды растений характеризуются достаточно высокими значениями достоверности (от 75% до 100%). Выявленные нами индикаторы по шкале Викторова С.В. (1988) являются верными. Однако значимость индикаторов недостаточно высокая. Наибольшее значение по этому показателю имеет вейник пурпурный (69% - значимость нормальная). Остальные индикаторы характеризуются низкой значимостью в пределах от 15 до 46%.

выводы

В ходе исследования установлено:

1. Гранулометрический состав подстилающей породы на объектах исследования разнообразен (от легкого суглинка до глины). Гранулометрический состав и уклон подстилающей породы в березовых насаждениях обусловливают лучшие условия дренажа, что препятствует длительному стоянию верховодки, тогда как в осиновых древостоях отток свободной гравитационной влаги затруднен по причине малого уклона и более тяжелого гранулометрического состава водоупорного горизонта.

2. Содержание валового углерода и общего азота в одноименных почвенных горизонтах в березняках стабильно выше, чем в осинниках. Не исключено, что эти различия могут оказывать определенное влияние на породный состав древо-стоев. С другой стороны, более богатый состав опада березы по сравнению с осиной может быть одной из причин улучшенного химического состава почвы.

3. Растительные индикаторы временного переувлажнения почвы в видовом составе имеют малую долю (2-3 вида и проективное покрытие не более 3%). Поэтому использование растений-индикаторов с целью установления степени временного переувлажнения почвы не дало достоверных результатов. По-видимому, переувлажнение почв не достигает заметной степени в самых верхних горизонтах, где расположены корневые системы травяно-кустарничкового яруса.

4. Значительная роль в преобладании той или иной древесной породы в районе исследования принадлежит различиям в гидрологическом режиме почвы. Эти различия наглядно представлены анаэробными процессами, вызванными временным избыточным увлажнением, в виде пятен оглеения, формирующих пеструю окраску иллювиальных горизонтов. В случаях, когда эти явления явно выражены, в формируемых на таких почвах насаждениях преобладает осина. При слабой выраженности этих процессов формируются насаждения с преобладанием березы повислой.

5. Для прогнозирования формирования состава производных мелколиственных древостоев наиболее важно учитывать следующие морфологические признаки почвы: а) мощность подзолистого горизонта б) количество новообразований гидрогенного характера в) степень развития оглеения.

Список работ, опубликованных ио теме диссертация

А. Статьи в журналах, рекомендованных ВАК

1. Любимцев, А. В, Оценка влияния почвенно-грунтовых условий на породный состав производных лиственных лесов / А. В. Любимцев, В. Ф. Ковязин // Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н.И Вавилова. Естественные, технические и экономические науки. - Саратов, 2013. № 11. - С. 31-34.

2. Любимцев, А. В. Лесоводственная оценка условий формирования производных березовых и осиновых насаждений / А. В. Любимцев, В. Ф. Ковязин // Инновации и инвестиции. —М., 2014. - № 1. - С. 52-55.

18

Б. Публикации в периодических изданиях и материалах конференций

3. Любимцев, А. В. Лесоводственная оценка проходных рубок в хвойных древо-стоях / А. В. Любимцев, В. Ф. Ковязин // Вестник МАНЭБ. - СПб. ; Брянск : СПбГЛТА, 2010. -Т. 14, № 5 - С. 28-31.

4. Любимцев, А. В. Влияние механизированных технологий проходных рубок на почву / А. В. Любимцев, В. Ф. Ковязин // Вестник МАНЭБ. - СПб.; Брянск : СПбГЛТА, 2010. Т. 15, № 6. - С. 43-47

5. Любимцев, А. В. Влияние механизированных технологий проходных рубок на древостой ели / А. В. Любимцев, В.Ф. Ковязин // Актуальные проблемы развития лесного комплекса : материалы международной научно-технической конференции 07-09.12.2010. - Вологда : ВГТУ, 2010. - С. 56-59.

6. Любимцев, А. В. Применение ГИС в лесном хозяйстве и при планировании лесохозяйственных исследований / А. В. Любимцев, А. С. Голубев // Актуальные проблемы лесного комплекса : сборник научных трудов по итогам международной научно-технической конференции. - Брянск : БГИТА, 2011. - Вып. 28. - С. 34-38.

7. Любимцев, А. В. Оценка естественного возобновления на ландшафтно-типо-логической основе с использованием ГИС-технологий / А. В. Любимцев, В. Ф. Ковязин // Леса России в XXI веке : материалы восьмой международной научно-технической конференции. - СПб.: СПбГЛТУ, 2011. - С. 77-78.

8. Любимцев, А. В. Фация — основная ландшафтная единица при изучении лесовозобновления древесных пород / А. В. Любимцев, В. Ф. Ковязин // Вестник МАНЭБ. - СПб.; Брянск: СПбГЛТА, 2012. - Т. 17, № 3. - С. 62-65.

9. Любимцев, А. В. Применение спутниковых навигационных систем при лесо-водственных исследованиях / А. В. Любимцев, В. Ф. Ковязин // Актуальные проблемы инженерных изысканий, геодезических, картографических и кадастровых работ: тезисы международной научно-технической конференции 17-19.10.2013. - СПб.: СПбГиК, 2013. - С. 33.

10. Любимцев, А. В. Оценка возможности индикации избыточного сезонного увлажнения по видовому составу травяно-кустарничкового яруса в мелколиственных древостоях / А. В. Любимцев, В. Ф. Ковязин // Молодежная наука, 2014: Технологии, инновации. Всероссийская научно-практическая конференция молодых ученых, аспирантов и студентов. - Пермь : Изд-во ПГСХА, 2014. - С. 2832.

Отзывы на автореферат просим отправлять в двух экземплярах с заверенными подписями по адресу: 194021, Санкт-Петербург, Институтский пер., 5, Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет им. С.М. Кирова, Ученому секретарю A.B. Жигунову.

ЛЮБИМЦЕВ АНДРЕЙ ВАДИМОВИЧ АВТОРЕФЕРАТ

Подписано в печать с оригинал-макета 10.04.14. Формат 60x84/16. Бумага офсетная. Печать трафаретная. Уч.-изд. л. 1,0. Печ. л. 1,25. Тираж 100 экз. Заказ № 39. С 2 а.

Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет Издательско-полиграфический отдел СПбГЛТУ 194021, Санкт-Петербург, Институтский пер., 5.

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата биологических наук, Любимцев, Андрей Вадимович, Санкт-Петербург

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ С.М. КИРОВА»

04201459866 глтг//-/ „

На правах рукописи

Любимцев Андрей Вадимович

Оценка почвенно-грунтовых условий произрастания высокопродуктивных березовых и осиновых древостоев на двучленных ледниковых отложениях

Специальность: 06.03.02 - Лесоведение, лесоводство, лесоустройство и лесная таксация

диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель:

доктор биологических наук, доцент

Ковязин Василий Федорович

Санкт-Петербург - 2014

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 4

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА 9

1.1. Классификация лесорастительных условий 9

1.2. Биология березы повислой (Betulapendula Roth.) и осины (Populus trémula L.) 13

1.3. Изученность почвенно-грунтовых условий на двучленных отложениях 21

1.4. Выводы 22

2. ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ 24

2.1. Климатические условия района исследований 24

2.2. Географический ландшафт и лесной фонд Сясьского участкового лесничества 27

2.3. Особенности почв на двучленных отложениях в районе исследований 30

2.4. Выводы 33

3. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ 34

3.1. Характеристика опытных объектов 3 4

3.2. Методика исследований 40

3.2.1. Полевые работы 40

3.2.2. Камеральные работы 42

3.3. Выводы 46

4. ИССЛЕДОВАНИЯ ПОЧВЕННО-ГРУНТОВЫХ УСЛОВИЙ ПРОИЗРАСТАНИЯ БЕРЕЗОВЫХ И ОСИНОВЫХ НАСАЖДЕНИЙ 4.1. Оценка гранулометрического состава почвы

47 47

4.2. Влияние рельефа и характера расположения водоупорного горизонта на режим влажности почвы 53

4.3. Исследование физико-химических свойств почвы 60

4.4. Анализ морфологических свойств почвы 63

4.5. Выводы 70

5. АНАЛИЗ ВИДОВОГО СОСТАВА ЖИВОГО НАПОЧВЕННОГО ПОКРОВА ДЛЯ ИНДИКАЦИИ ПОЧВЕННО-ГРУНТОВЫХ УСЛОВИЙ ПРОИЗРАСТАНИЯ БЕРЕЗОВЫХ И ОСИНОВЫХ НАСАЖДЕНИЙ 72

5.1. Исследование видового состава живого напочвенного покрова 72

5.2. Оценка почвенно-грунтовых условий по живому напочвенному покрову 79

5.3. Выводы 86

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 88

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 90 ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение А. Морфологическое описание почвенных разрезов 101

Приложение Б. Фотоснимки почвенных прикопок 113 Приложение В. Таблица результатов оценки сходства растительных

сообществ по коэффициенту Сёренсена-Чекановского 123 Приложение Г. Перечень видов растений, выявленных на объектах

исследований 124

ВВЕДЕНИЕ

С начала XXI века всё более актуальным становится вопрос интенсификации лесного хозяйства Российской Федерации. В связи с этим, силы лесного научного сообщества должны обеспечить методическую и теоретическую основу модернизации лесного хозяйства.

Интенсивное лесное хозяйство подразумевает максимально эффективное использование территории в экономическом и экологическом плане. Для того, чтобы добиться этих целей, необходимы глубокие познания закономерностей динамики лесных экосистем.

Сплошная рубка спелых хвойных древостоев в зоне тайги на высокопродуктивных землях часто приводит к образованию вторичных мелколиственных древостоев. Лесовод должен иметь возможность прогнозировать породный состав молодняка, образующегося в ходе естественной восстановительной сукцессии в конкретных лесорастительных условиях. Прогнозирование процесса возобновления дает возможность наиболее рационально планировать способ лесовосстановления вырубки после сплошной рубки древостоя. Подавляющее большинство исследований в рамках этого вопроса направлено на выявление способов предотвращения смены хвойных лесов на мелколиственные. Причиной этому послужило то, что долгое время древесина мелколиственных пород не имела сбыта на отечественном рынке. В свете современных тенденций развития лесопромышленного комплекса и лесного хозяйства в целом следует обратить внимание на особенности и закономерности формирования и развития вторичных осиновых и березовых лесов.

Актуальность темы. В настоящее время Правительством Российской Федерации предусмотрен переход от экстенсивной модели ведения лесного хозяйство к интенсивной. При интенсивном ведении лесного хозяйства объектом могут быть не только хвойные, но и мелколиственные насаждения, формирующиеся в результате дигрессивно-демутационной сукцессии. Березовые насаждения имеют ряд положительных качеств: 1) в определенных

лесорастительных условиях сформировать березняки можно без дополнительных затрат на лесокультурные работы на вырубках; 2) береза является быстрорастущей породой с коротким оборотом рубки 3) в настоящее время цена березового фанерного кряжа сопоставима со стоимостью хвойного пиловочника.

Следует также обратить внимание и на положительные стороны выращивания осины (несмотря на некоторое негативное отношение в лесном хозяйстве к данной породе). Осина относится к одной из самых быстрорастущих пород в таежной зоне России. Осиновые насаждения имеют короткий оборот рубки, в определенных лесорастительных условиях не требуют затрат на лесовосстановление. Данные качества позволяют рассматривать осинники как сырьевую базу для целлюлозно-бумажных комбинатов и других предприятий, ориентированных на глубокую переработку древесины.

Основными факторами, определяющими производительность и породный состав насаждений, являются: рельеф, почва, её водный режим и характер материнской горной породы. По данным А.Д. Жукова [56] и Ф.Р. Зайдельмана [28] группа почв легкого супесчано-песчаного гранулометрического состава, подстилаемая на различных глубинах тяжелыми плохо водопроницаемыми моренными отложениями является достаточно распространенной (15%) в Ленинградской области.

В настоящее время заброшенные сельскохозяйственные угодья и хвойные вырубки часто зарастают осиновыми и березовыми древостоями, запасы которых уже достигли более 14 млн. куб м. Древесина этих пород находит применение во многих отраслях народного хозяйства. В 60 субъектах федерации из 85 имеются мелколиственные насаждения, для которых важна оценка почвенно-грунтовых условий их роста.

Степень разработанности темы исследовании. Проблемой формирования и типологией мелколиственных насаждений занимались A.A. Крюденер [54], Г.Ф. Морозов [72], В.Н. Сукачев [106], Д.В. Воробьев [16], КС. Мелехов [65], A.A. Ниценко [77], Н.Б. Гроздова [21], Л.Е. Михайлов [68], О.Г. Чертов [121], В.Н. Федорчук [111]. Однако недостаточно сведений о почвенно-грунтовых условиях

произрастания высокопродуктивных березовых и осиновых насаждений на двучленных отложениях. Эти сведения могут быть использованы для прогнозирования формирования мелколиственных древостоев после сплошных рубок.

Цели и задачи исследований. Цель - изучить почвенно-грунтовые условия произрастания высокопродуктивных березовых и осиновых насаждений на двучленных ледниковых отложениях, и выявить факторы, влияющие на преобладание осины или березы в составе древостоев, сформировавшихся естественным путем в результате дигрессивно-демутационной сукцессии.

Задачи исследований:

1. Исследовать морфологические характеристики, химические свойства и гранулометрический состав почв в высокопродуктивных березовых и осиновых насаждениях.

2. Оценить влияние мезорельефа на почвенно-грунтовые условия произрастания мелколиственных насаждений.

3. Изучить видовой состав живого напочвенного покрова и выявить возможность его использования для индикации условий местопроизрастания березовых или осиновых насаждений.

4. Выявить важнейшие факторы, определяющие преобладание в составе насаждений одной из мелколиственных древесных пород.

Научной новизной исследований являются: 1) морфологические и физико-химические свойства почв, занятых высокопродуктивными березовыми и осиновыми насаждениями, и сформированных на мало- и среднемощных покровных отложениях, подстилаемых основной мореной; 2) индикационная характеристика живого напочвенного покрова в насаждениях с преобладанием в составе березы или осины; 3) связь породного состава древостоя с особенностями временного переувлажнения почв, сформированных на двучленных материнских породах.

Научная и практическая значимость. Выявленные особенности почвенно-грунтовых условий произрастания высокопродуктивных мягколиственных

насаждений имеют не только теоретическое, но и практическое лесохозяйственное значение, так как особенности возобновления и ухода за лесом основываются на сведениях о конкретных условиях местопроизрастания. Результаты исследования могут быть использованы при проведении кадастровых, лесоустроительных и лесохозяйственных работ, а также в учебном процессе для подготовки бакалавров по направлению «лесное дело».

Методология и методы исследования. Для достижения поставленных целей исследований использованы методы наблюдения, сравнения и абстрагирования, широко применяемые в биологической отрасли науки.

Положения, выносимые на защиту:

1. На почвах, сформированных на мало- и среднемощных покровных отложениях, подстилаемых основной мореной, породный состав древостоев зависит от степени временного переувлажнения почв. При наличии долговременного избыточного увлажнения в весенний и осенний периоды более вероятно образование насаждений с преобладанием осины, чем березы.

2. Покровные отложения в березовых и осиновых насаждениях характеризуются супесчаным составом, но подстилающая основная морена имеет различный гранулометрический состав: от легкого суглинка до глины. Эти факторы, наряду с рельефом местности и уклоном водоупорного горизонта, определяют степень влияния временного избыточного увлажнения на морфологические и физико-химические свойства почв.

3. Растительные индикаторы не позволяют достоверно оценить характер временного избыточного увлажнения почв, достоверным критерием оценки почвенно-грунтовых условий роста березовых и осиновых насаждений являются морфологические признаки почвы, указывающие на оглеение отдельных горизонтов или его отсутствие.

Степень достоверности подтверждается достаточным по объему и разнообразию материалом полевых исследований, применением современных методик и методов обработки и анализа данных.

Апробация результатов. Результаты исследований докладывались на международной научно-технической конференции (Вологда, 2010 г.); 8-й международной научно-технической конференции (Санкт-Петербург, 2011 г.); международной научно-технической конференции (Брянск, 2011 г.); международной научно-технической конференции (Санкт-Петербург, 2013 г.); ежегодной научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава СПбГЛТУ им. С.М. Кирова (Санкт-Петербург, 2012, 2013); Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов (Пермь, 2014).

Личный вклад автора. Исследования выполнены лично автором на всех этапах работы: постановка цели и задач, составление программы, выбор методики, сбор, обработка и анализ полевых исследований, обобщение результатов, обоснование выводов, написание научных статей и тезисов докладов на конференциях.

Публикации. По результатам диссертационных исследований опубликовано 10 работ, из них 2 статьи в журналах, рекомендованных ВАК.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, включающего 133 наименования, в том числе 6 иностранных, четырех приложений. Материал изложен на 127 страницах текста, содержит 27 таблиц, 14 рисунков.

Благодарности. Автор признателен научному руководителю, д.б.н., проф. Ковязину В.Ф., к.б.н., доц. Потокину А.Ф, к.б.н., доц. Касаткиной Г.А. за помощь в работе. Отдельная благодарность Безверхову П.В. за поддержку на всех стадиях работы.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА 1.1. Классификация лесорастительных условий

Типология лесов начинает свое развитие с конца XIX века, когда возникло понятие о «типе насаждений». Затем она развивалась Г.Ф. Морозовым [72], Е.В. Алексеевым [2], В.Н. Сукачевым [106] и П.С. Погребняком [83].

Основателем целостного учения о типах леса является Г.Ф. Морозов [72]. Он рекомендовал объединять в один тип леса совокупность насаждений, если разница почвенно-грунтовых условий вызывает необходимость назначения иного способа возобновления леса. В пределах географических районов им выделялись типы лесных массивов, приуроченные к рельефу, а затем типы насаждений, зависящие от почвы. Полноценная классификация не была разработана. Им были сформулированы основные идеи и принципы лесной типологии, которые развивались в различных направлениях его последователями.

Одновременно с Г.Ф, Морозовым вопросом лесной типологии занимался финский ученый А.К. Каяндер [42]. В основу классификации он положил характер травяного и мохового покрова. Он считал, что эта растительность служит хорошим показателем почвенных условий. Однако современные исследования свидетельствуют о том, что не всегда по напочвенному покрову можно судить о особенностях почвенно-грунтовых условий, влияющих на состав и продуктивность древостоя [77, 106, 120].

Вдохновленный идеями Морозова Г.Ф., Крюденер А.А [53] развил направление, опирающееся на почвенно-грунтовые условия произрастания растений. Он разработал полноценную классификацию типов условий местопроизрастания с учетом рельефа, влажности и гранулометрического состава почвы, впервые применил термин «тип лесорастительных условий». Под этим термином Крюденер А.А [53] понимал «известное растительное сообщество, образовавшееся при данном климате, при известных почвенно-грунтовых условиях и носящее, без вмешательства человека, более или менее константный характер». Разработанная Крюденером A.A. классификация позволяла в общем виде

систематизировать всё многообразие лесорастительных условий и была ориентирована на систематизацию почв по лесорастительному эффекту.

Идеи и разработки Крюденера A.A. послужили основой формирования украинской лесотипологической школы. Алексеев Е.В. [2] упростил классификацию Крюденера A.A. Он принял гранулометрический состав почвы в качестве основного критерия богатства почвогрунтов. Его классификация представлена в виде сетки, по одной оси которой размещены группы богатства, по другой - 2 группы влажности (по суходолу и по мокрому). В дальнейшем академик П.С. Погребняк [83] усовершенствовал лесотипологическую классификацию Алексеева Е.В. Согласно классификации Погребняка П.С. тип лесорастительных условий характеризуется двумя показателями — богатством (трофотоп) и влажностью (гигротоп) почвы. Вместе они характеризуют эдатоп, под которым понимаются лесные участки с одинаковыми почвенно-грунтовыми условиями. Благодаря простоте её использования, классификация получила широкое распространение. Однако она не позволяет характеризовать отличающиеся между собой лесорастительные условия в пределах одного эдатопа. Идеи Погребняка П.С получили дальнейшее развитие в исследованиях профессора Воробьева Д.В. [16]. По его классификации тип леса объединяет участки, сходные не только по почвенно-гидрологическим, но и по климатическим условиям. Он также применял достаточно крупные классификационные единицы, так, в пределах климатической области тип леса объединяет один коренной тип насаждений со всеми его производными.

Биогеоценотическое направление типологии лесных земель разработал академик Сукачев В.Н. [106]. Биогеоценоз он выделял и классифицировал по фитоценозу, на основе однородности и сходства синузиальной структуры. Под эдафотопом и климатопом ученый понимал участки почвы и части атмосферы, пространственно соответствующие данному биоценозу. При этом доминирующая роль отводится биологической составляющей, которая в свою очередь влияет на остальные компоненты. В.Н. Сукачев указывал на то, что применение биогеоценотического подхода не всегда позволяет прогнозировать дальнейший ход

развития отдельного биогеоценоза. Может быть такой случай, когда биогеоценозы в определенное время однотипны, но в дальнейшем развиваются в различных направлениях. Сукачев В.Н. также отмечал, что его классификация применима в основном для слабо затронутых хозяйственной деятельностью лесов [106].

Более широким подходом к лесу стала динамическая классификация академика Мелехова И.С. [65]. Классификация позволяет учитывать антропогенное влияние, отражает внутренние и внешние изменения типа леса, динамику отдельных компонентов. Разработанное Мелеховым И.С. учение о типах вырубок является составной частью динамической типологии леса. Однако она также оперирует достаточно крупными классификационными единицами и учитывает разнообразие почвенно-грунтовых условий лишь косвенно, через растительность.

Значительный вклад в изучение типов лесорастительных условий в XX веке внесло развитие ландшафтоведения. «Оно было посвящено изучению н