Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Почвенно-экологические условия формирования пихтовых и елово-пихтовых фитоценозов на юго-западном пределе ареала пихты сибирской

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

Автореферат диссертации по теме "Почвенно-экологические условия формирования пихтовых и елово-пихтовых фитоценозов на юго-западном пределе ареала пихты сибирской"



На правах рукописи

Гилаев Айдар Марсилович

П0ЧВЕНН0-ЭК0Л01 ИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ ПИХТОВЫХ И ЕЛОВО-ПИХТОВЫХ ФИТОЦЕНОЗОВ НА ЮГО-ЗАПАДНОМ ПРЕДЕЛЕ АРЕАЛА ПИХТЫ СИБИРСКОЙ

06.03.03 - Лесоведение и лесоводство; лесные пожары и борьба с ними

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Йошкар-Ола -1998

Работа выполнена на кафедре экологии, почвоведения и природопользования Марийского государственного технического университета

Научный руководитель: Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Газизуллин А.Х.

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Корепанов A.A.

доктор биологических наук, профессор Колосов Г.Ф.

Министерство лесного хозяйства Республики Татарстан

Защита диссертации состоится 8 декабря 1998 года в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 064.30.01 в Марийском государственном техническом университете по адресу: 424024, г. Йошкар-Ола, Республика Марий Эл, пл. Ленина, 3.

С диссертацией можно ознакомиться б библиотеке Марийского государственного технического университета.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах с заверенными подписями просим присылать ученому секретарю диссертационного совета Д 064.30.01.

Автореферат разослан октября 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент К№Т —_ Калинин К.К.

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Пихта сибирская является одной из важнейших лесообразующих пород Российской Федерации с огромным ареалом, включающим северо-восток европейской части страны, Урал, Западную и Восточную Сибирь. Несмотря на обширную территорию, занимаемую пихтовыми биогеоценозами, выполняющими важные средообразующие, водоохранные, защитные, санитарно-гигиенические, рекреационные и иные полезные функции, а также являющимися источником ценной древесины и недревесной продукции леса, изучению пихтовых формаций уделяется недостаточно внимания. Особенно мало сведений о почвенно-экологических условиях произрастания пихты сибирской на юго-западном пределе ее ареала. Не разработана самостоятельная типология пихтовых биогеоценозов региона, что не способствует научно-обоснованной организации ведения хозяйства в пихтарниках и их воспроизводству. Пихтовые леса в Среднем Поволжье занимают 7,5 тыс. га, что составляет 0,08 % покрытой лесом площади, и участие их в составе лесов региона постоянно уменьшается.

Поэтому выявление почвенно-экологических условий, оптимальных для произрастания пихты сибирской, является весьма актуальной для сохранения и расширения ареала пихтовых биогеоценозов Республик Марий Эл и Татарстан.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с Программой фундаментальных исследований «Проблемы лесоведения» Академии наук, отделения Общей биологии.

Цель и задачи исследований. Цель работы заключалась в выявлении пихтовых фитоценозов, произрастающих на юго-западном пределе ареала на территории Республик Марий Эл и Татарстан, изучение их состояния и почвенно-экологических условий, в которых наиболее успешно формируются пихтовые и елово-пихтовые насаждения. Наметить меры по сохранению и восстановлению ареала уникальных по своему многостороннему значению пихтовых лесов республик.

В соответствии с поставленной целью в задачи исследований входили следующие вопросы:

- лесоводственно-таксационная характеристика пихтовых и елово-пихтовых насаждений района исследований;

- изучение почвенного покрова и почв пихтовых и елово-пихтовых фитоценозов и оценка их лесорастительных свойств и установление зависимости распространения, формирования и продуктивности пихтовых и елово-пихтовых насаждений в связи с почвенно-экологическими условиями;

- изучение хода естественного возобновления пихтовых и елово-пихтовых фитоценозов;

- разработка предложений по сохранению и восстановлению ареала пихты сибирской в пределах республик Среднего Поволжья.

Научная новизна работы. Впервые достаточно подробно изучены пихтовые и елово-пихтовые фитоценозы, произрастающие на юго-западном пределе ареала пихты сибирской в пределах Республик Марий Эл и Татарстан, и почвенно-экологические условия их формирования. Установлены зависимости между таксационными показателями древостоев и свойствами почв, дается лесорасти-тельная оценка почв района исследования относительно пихтовых фитоценозов. Исследованы так же уникальные культуры пихты сибирской, созданные на черноземах Волжско-Камской лесостепи, за пределами ареала, а так же культуры, созданные в зоне смешанных хвойно-широколиственных лесов. В культурах и у сеянцев в питомнике изучена водоудерживающая способность хвои, как генетически обусловленный признак устойчивости растений к условиям среды обитания.

Практическое значение результатов исследований. В процессе исследований уточнена юго-западная граница ареала пихты сибирской, проходящая по территории Республик Марий Эл и Татарстан. Изучение состояния и продуктивности пихтовых и елово-пихтовых фитоценозов в различных почвенно-экологических условиях позволили выявить ряд почв, наиболее полно отвечающих биоэкологии пихты сибирской в районе исследования. На этих почвах и целесообразно выращивать насаждения со значительной долей участия пихты сибирской в их составе.

Материалы исследований служат основой для разработки рекомендаций по воспроизводству и повышению продуктивности и устойчивости пихтовых фитоценозов в лесах Среднего Поволжья.

Обоснованность выводов и достоверность результатов исследований обеспечивается достаточным объемом экспериментального материала, оценкой критериев достоверности средних

данных и различий, использованием современных методов математической статистики.

Положения, выдвигаемые для защиты:

1. Характеристика почвенного покрова и почв пихтовых и елово-пихтовых фитоценозов, произрастающих на юго-западном пределе ареала и оценка их лесорастительных свойств.

2. Закономерности взаимосвязей почвенно-экологических условий с составом, состоянием и продуктивностью пихтовых и елово-пихтовых фитоценозов региона исследований.

Апробация. Основные результаты исследований докладывались и обсуждались: на Международных конференциях «Проблемы динамической типологии и экологии деградированных и преобразованных лесов» (Брянск, 1996) и «Проблемы антропогенного почвообразования» (Москва, 1997); на II Всероссийском съезде почвоведов России (Санкт-Петербург, 1996); на Всероссийском симпозиуме «Экология и генетика популяций» (Йошкар-Ола, 1998); на Всероссийской научной конференции «Диалог на рубеже веков» (Йошкар-Ола, 1997); на Региональной научно-практической конференции «Современные проблемы учета и рационального использования лесных ресурсов» (Йошкар-Ола, 1998); на Республиканских конференциях «Природопользование: состояние и проблемы» (Йошкар-Ола, 1997) и молодых ученых (Казань, 1997); на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов МарГТУ (1996, 1997, 1998).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 работ.

Личный вклад. Автором составлена программа и методика исследований, собран и проанализирован экспериментальный материал, систематизированы и обобщены полученные результаты, сделан регрессионный и статистический анализы, сформулированы выводы и предложения.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 2 глав, выводов и предложений, списка литературы и приложений.

Объем диссертации 2£Ч страниц, в том числе таблиц, 32. рисунков. Список литературы включает Ш наименований, в том числе 9 на иностранных языках.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

В данном разделе приводится обзор литературы, посвященной:

- распространению, биологическим и экологическим свойствам и лесообразующей роли пихты сибирской (Жилкин, 1928; Пор-фирьев, 1950; Марадудин, 1971; Краснобаева, 1971, 1972, 1974, 1979; Протопопов, 1975; Лукин, Болотов, 1975; Некрасова, Ря-бинков, 1978; Боброва, 1978; Фалалеев, 1982; Габеев, Никулина, 1983; Крылов и др., 1986 и др.);

- грибным болезням пихтовых и елово-пихтовых фитоценозов и их распространению (Жилкин, 1928; Горшин, 1935; Крылов, 1961; Краснобаева, 1972; Киргизов, 1977; Фалалеев, 1982, Крылов и др., 1986; Семенкова, Соколова, 1992 и др.);

- вопросам типологии пихтовых фитоценозов (Жилкин, 1928; Марков, 1948; Порфирьев, 1950; Чистяков, Денисов, 1956; Краснобаева, 1976; Фалалеев, 1982; Крылов и др., 1986);

- изучению почв пихтовых биогеоценозов в районе исследования (Шакиров, 1968; Краснобаева, Шакиров, 1974).

Анализ имеющейся литературы показывает, что пока очень мало сведений о пихтовых биогеоценозах Среднего Поволжья и, в частности, о почвах пихтарников юго-западного предела ареала пихты сибирской.

1. БИОЭКОЛОГИЯ И АРЕАЛ ПИХТЫ СИБИРСКОЙ

Пихта сибирская - Abies sibirica Ledeb. относится к семейству Pinaceae. Это вечнозеленое дерево высотой до 30-40 м и до 0,9 м в диаметре.

В лесной зоне на долю древостоев с преобладанием в составе пихты сибирской приходится более 14 млн. га с запасом древесины свыше 2 млрд. м3 (Пихта, 1986).

В условиях Сибири оптимальными для развития высокобони-тетных древостоев пихты сибирской при наличии плодородных почв являются такие гидротермические показатели: сумма температур от 5°С и выше - 1600°С, продолжительность вегетационного периода 150-160 дней, средняя температура вегетационного периода 12-13°С, сумма осадков за год 900-1500 мм (Протопопов, 1975).

Пихта сибирская - порода требовательная к богатству почвы. Лучшие условия для роста пихты - глубокие, свежие, суглинистые почвы; здесь она обычно вытесняет ель. На сырых местах рост ее ухудшается. На почвах с близким уровнем вечной мерзлоты она не встречается (Кузнецов, 1912, Ильин, 1943).

В условиях сухого континентального климата пихта сибирская формирует насаждения только на богатых почвах с проточным увлажнением (Пихта, 1986).

2. ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЯ

Объекты исследований расположены в Левобережье Марий Эл и Предкамье, а также частично в Закамье Республики Татарстан.

Климат района исследований умеренно-континентальный. Средняя годовая температура воздуха варьирует от + 2,2 до 3°С. Абсолютный минимум температуры -44...-50°С, максимум +37...+39°С. Глубина промерзания почвы доходит до 126-158 см. Сумма активных температур свыше 10° составляет 1950-2290°С. За год выпадает 410-500 мм осадков. Отношение тепла и влаги равно 1,00-1,06 (Колобов, 1968), что указывает на оптимальные условия .для максимума продуктивности растений и способствует формированию большого разнообразия почв.

Материнскими и подстилающими породами являются: коренные малоизмененные породы пермской системы и их элювий (известняки и мергели, элювиальные глины и суглинки, пермские пески и супеси); а также четвертичные наносы: покровные глины и суглинки, лессовидные суглинки и глины, древнеаллювиальные пески и супеси, а также современные аллювиальные отложения речных долин.

Территории обеих республик дренируются густой сетью рек, принадлежащих Волжскому бассейну. По лесорастителыюму районированию (Курнаев, 1973) район исследования относится к зоне смешанных хвойно-широколиственных лесов.

В районе исследования для роста пихты сибирской вполне достаточно тепла, но недостаточно осадков. Однако, несмотря на это, большинство пихтовых древостоев произрастает по I классу бонитета.

4. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Экспедиционные исследования пихтовых и елово-пихтовых биогеоценозов проводились в Кортинском и Нолькинском лесничествах Учебно-опытного лесхоза МарГТУ, Ямбатрском и Мари-Турекском лесничествах Мари-Турекского лесхоза и Городском лесхозе Республики Марий Эл (РМЭ). В Сурнарском и Балтасин-ском лесничествах Арского, Мешебашском, Шеморданском, Саба-башском, Корсинском и Кукморском лесничествах Сабинского, Кляушеком лесничестве Мамадышского, Берсутском лесничестве Камского, Менделеевском лесничестве Елабужского, Шешминском лесничестве Калейкинского лесхозов, а также в Елабужском и Чел-нинском лесничествах Государственного природного национального парка (ГТШП) «Нижняя Кама» Республики Татарстан (РТ).

Изучение состояния и продуктивности древостоев и хода естественного возобновления в зависимости от почвенно-экологических условий производилось путем закладки постоянных пробных площадей в соответствии с ОСТ 56-69-83 и «Программой и методикой биоценологических исследований» (1966) как в естественных пихтовых и елово-пихтовых насаждениях, так и в культурах и в приовражной полосе. В процессе выполнения работы проведено натурное обследование насаждений с участием в составе пихты на площади более 10 тыс. га и заложено 30 постоянных пробных площадей (ПП) в пихтовых, елово-пихтовых и лиственно-пихтовых насаждениях. На пробных площадях проведен сплошной перечет деревьев с отбором модельных деревьев; перечет подроста на учетных площадках, а также описан живой напочвенный покров и степень покрытия поверхности почвы по шкале Друде. Учет естественного возобновления проведен на 12 ПП (Тихонов, Набатов, 1995). По 47 моделям подроста пихты изучен прирост по диаметру и высоте (по 1788 годичным кольцам и по 203 приростам в высоту за последние 5-6 лет). Водоудерживающая способность хвои (Котов, 1987) изучалась у сеянцев и у молодых деревцев в лесных культурах на 1880 образцах хвои пихты сибирской. По материалам лесоустройства Сабинского лесхоза за 1992 год проанализированы таксационные показатели 1351 выдела, в которых встречается пихта сибирская. По статистическим и литературным источникам изу-

с)

чалась динамика площади пихтовых фитоценозов региона за последние 50-70 лет.

На пробных площадях заложены почвенные разрезы, описано морфологическое строение профиля почв и по генетическим горизонтам взяты образцы для изучения плотности сложения и анализа физических, химических, физико-химических, биохимических и других свойств в лабораторных условиях. На пробных площадях проведено изучение запасов лесных подстилок методом шаблонов (Карпачевский, 1968, 1977). Полевые исследования почв пробных площадей, анализы образцов почв проведены по общепринятым в почвоведении руководствам. Взято и проанализировано более 240 образцов минеральных горизонтов почв и 62 образна лесной подстилки.

В камеральный период вычислены лесоводственно-таксационные показатели древостоев Г1П и в ходе лабораторных ан&адзов образцов почв определены: гигроскопическая влажность образцов почв и лесных подстилок; гранулометрический состав методом пипетки (с пирофосфатом натрия); ионы кальция и магния и их сумма тригонометрически, обработкой ЫаС1; рН водной и рН солевой вытяжки потенциометрически; гидролитическая кислотность по Каппену; гумус по Тюрину; плотность сложения путем отбора образцов почв ненарушенным сложением в стальные бури-ки объемом 300 см3; плотность твердой фазы пикнометрическим методом; общая порозность путем расчетов; максимальная гигроскопическая влага по Николаеву; запас подстилки методом шаблонов; подвижный фосфор и обменный калий в минеральных горизонтах по Кирсанову и Мачигину, в подстилках по Кирсанову; интенсивность дыхания по Галстяну. Всего выполнено 2463 определений свойств почв и подстилок.

При обработке данных применяли методы математической статистики (Дмитриев, 1972). Использовались многофакторные регрессионные уравнения но методу наименьших квадратов с оценкой их адекватности по величине критерия Фишера (И), значимости коэффициентов регрессии по ^критерию (Стьюдента), а информационная ценность по коэффициенту детерминации К2. Определялся также вклад отдельных почвенных признаков на показатели продуктивности.

Обработка данных и корреляционно-регрессионный анализ проводился с использованием стандартного пакета "8ТАТС11АР1С8".

5. ЮГО-ЗАПАДНАЯ ГРАНИЦА АРЕАЛА ПИХТЫ СИБИРСКОЙ В СРЕДНЕМ ПОВОЛЖЬЕ И ДИНАМИКА ПЛОЩАДИ ЕЕ ФИТОЦЕНОЗОВ ЗА ПОСЛЕДНИЕ 70 ЛЕТ

Площадь насаждений с преобладанием в составе пихты сибирской в Среднем Поволжье в настоящее время составляет всего 7553 га, что равняется 0,08 % от покрытой лесом площади региона, в Кировской области 4700 га (Лесной фонд России, 1995), в Нижегородской области 200 га (Куприянов и др., 1994), в Республике Татарстан 2020 га и Республике Марий Эл 633 га (по материалам учета лесного фонда на 01.01.98).

По нашим исследованиям ареал сплошного распространения пихты сибирской по Республикам Марий Эл и Татарстан приурочен преимущественно к местам выхода на дневную поверхность пород пермской системы. Это Вятский Увал и Мари-Турекское плато в Марий Эл и Предкамское возвышенное плато в Татарстане. Приуроченность пихтовых фитоценозов к почвам, сформировавшимся на элювии перми, отмечают и другие авторы (Порфирьев, 1950; Шакиров, 1968; Курнаев, 1959, 1973). Имеются также участки островного распространения пихты сибирской по поймам рек Арда, Малая Кокшага, Шумбут и Берсут.

В диссертации приводится динамика участия фитоценозов пихты сибирской в составе лесного фонда, как отдельных лесхозов, так и по республикам в целом за период с 1927 по 1997 гг.

Исследования показывают, что площадь пихтарников Республик Марий Эл и Татарстана уменьшается быстрыми темпами, и особенно большую тревогу вызывает сокращение молодняков. За период с 1973 по 1.01.1998 гг. площадь фитоценозов с преобладанием пихты в Татарстане сократилась на 45,9 %, в Марий Эл - на 76,9 %, то есть будущее пихтовых фитоценозов в республиках не имеет перспективы, если не принять кардинальных мер по их сохранению и восстановлению.

6. ЛЕСОВОДСТВЕННАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА И ПОЧВЫ ПИХТАРНИКОВ В РАЙОНЕ ИССЛЕДОВАНИЙ

6.1. Лесоводственная характеристика объектов исследований. В табл.1 приводится лесоводственно-таксационная характеристика древостоев ряда пробных площадей.

6.2. Почвы пихтарников района исследования. По нашим исследованиям в рассматриваемом регионе пихта сибирская в составе темнохвойных и хвойно-широколиственных фитоаенозов приурочена преимущественно к почвам, сформировавшимся на элювии пермских отложений и их дереватах. Реже встречается на серых лесных, дерново-подзолистых и пойменных почвах, сформировавшихся на лессовидных суглинках и аллювиальных отложениях.

Коричнево-бурые лесные почвы на пермских красноцветных отложениях.

Коричнево-бурые лесные типичные и коричнево-темно-бурые лесные почвы имеют следующее строение профиля: А0-А1-АВ-В,-Сса- Окраска гумусового горизонта коричнево-бурая или темно-серая с коричневым оттенком. Мощность его варьирует от 13 до 28 см. Структура комковато-зернистая, переходящая в иллювиальном горизонте на ясно выраженную ореховатую. Глубина залегания карбонатов изменчива и варьирует в пределах от 29 до 153 см. В отдельных случаях вскипание в пределах почвенного профиля не обнаруживается. Признаки оподзоленности в них не выражены.

Коричнево-бурые лесные лессивированные почвы характеризуются следующими морфологическими особенностями. Гумусовый горизонт коричнево-светло-серый или темно-серый с бурым оттенком, мощность его 7-14 см. В нижней части горизонта заметна белесоватость. Структура мелкокомковатая. В горизонте АВ структура мелкоореховатая, наблюдается белесоватая присыпка по граням структурных агрегатов. Иллювиальный горизонт коричнево-бурого цвета, мелкоореховатой структуры, иногда с гумусовыми натеками. Глубина вскипания сильно варьирует: от 85 до 124 см. Иногда в пределах профиля вскипание отсутствует.

Таблица 1.

Лесоводственно-таксационная характеристика древостоев некоторых пробных площадей

№ПП/ Место закладки Состав дре- Кл Ог- Запас Тред Таксационные показатели элементов леса по по родам

га J и 1 (Республика, востоя по бо- носи- древо- НИИ Кл. Сумма

лесхоз, лесниче- ярзсам ни- тель- стоя. при- Поро- Воз- бони- Н ср.. м D ср.. см площадей Запас, м3/ га

ство, квартал, выдел) м'/та рост, м'/га да раст, лет тета сечения. м"/га

га ПО.1- нота сырора-стущий су.хо-стой

Пихтарник кислично-липовый

пп Р.Т., Елабуж- 1)64П36Е II 0,55 215,5 2,87 П 70 11 21,3 20,3 13,1 128,0 -

14/ ский. Менде- +Ос+Лп Е 80 II 22,6 23,9 7,2 70,4 -

0,31 леевское, 24- 2)85П15Е П 35 II 11,1 12,3 2,7 14,5 0,6

10 Е 35 II П,0 12,3 0,3 2,6 -

Пихтарник п ролесниково-липовый

ПП P.T., Сабин- 1)82П15Е Г 0,99 479,5 6,85 П 70 Г 27.5 21,4 36,1 365,2 12,3

3/ ский, Кук- ЗОс Е 70 Ia 28,0 23,3 6,4 82,2 -

0,20 морское, 31510 2)56П44Е +Ос П Е 40 40 III III 10,5 11,0 12.3 11.4 3.2 2.3 17,3 13,5 5,6 2,3

Пихтарник снытьево-липовый

ПП Р.Т., ГПНП 1)88П12Лп I 1,14 469,6 4,96 П 150 I 31,8 37,6 18,5 235,6 55.2

12/ «Нижняя Лп 100 I 30,0 33,3 4,3 46,1 5,4

0,20 Кама», Чел- 2)75П15Лп П 80 I 25,3 23,7 13,6 144,3 19,5

нинское, 32-3 10КИВ Лп 50 I 18,0 18,3 2,8 22,8 0,7

кив 50 I 19,8 28,3 1,5 16,0 -

3)35П65Лп П Лп 40 35 III II 10,5 11,0 11,9 11,6 1.4 2.5 7,1 13,6 0,8

Пихтарник лещиновый

ПП Р.Т., Сабин- 53ПЗЗЕ I 0,73 296,3 4,15 П 80 II 20,9 21,8 15,8 137,9 10,6

16/ ский, Меше- 11С1Б2ЛП Е 80 I 24,9 28,5 9,8 117,7 1,6

0,50 башское, 371-1 С Б Лп 80 70 35 I I И 24,0 25,0 15,0 32,6 26,1 16,1 3,3 0,3 0,5 33,6 3,8 3,2 -

Ельник липовый

ПП Р.М.Э., Мари- 34Е30П I 0,88 448,7 4,98 Е 90 I 26,8 23,8 14,8 151,5 -

26/ Турекский, ЗОЛпбБ П 90 I 25,1 31,6 12,9 136,5 -

0,27 Ямбатрское, Лп 90 I 27,3 44,4 11,7 133,0 -

Коричнево-бурые лесные псевдоподзолнстые почвы. Развиваются, как правило, на плоских выровненных или пониженных участках водораздельных плато, испытывающих временное избыточное увлажнение верхних горизонтов почвы. Профиль коричнево-бурых лесных псевдоподзолистых почв характеризуется следующим строением: А0-(А0А1)-А1^)-А2/(А1А2/)£-А2/В-В^-ВС-С. На поверхности присутствует маломощная бурая лесная подстилка мощностью 1-2 см.

В диссертации приводятся результаты анштиза гранулометрического состава и физических свойств коричнево-бурых лесных, серых лесных, дерново-подзолистых, пойменных почв и рендзин.

Гранулометрический состав коричнево-бурых лесных почв идентичен по текстурной дифференциации. Минимум ила и физической глины приходится на горизонт А1, с глубиной их содержание плавно возрастает и достигает максимума в горизонте В/. В материнской породе их количество обычно уменьшается. В почвах не наблюдается снижение ила в нижней части горизонта А1 и в лесси-вированном горизонте А2/ или в переходном горизонте АВ, так характерное для подзолистого процесса.

По гранулометрическому составу почвы разнообразны, варьируют от среднесуглинистых до среднеглинистых, что связано с природой отложений татарского яруса. Единично встречаются и супесчаные почвы.

Коричнево-бурые почвы имеют низкую плотность сложения по всему профилю. В гумусовом горизонте плотность сложения варьирует от 0,46 до 0,84 г/см3, с глубиной она постепенно возрастает, но даже в иллювиальном горизонте не превышает 1,50 г/см3. Гумусовые горизонты почв выделяются высокой порозностью, которая варьирует от 66,5 до 67,4 %. В иллювиальном горизонте морозность снижается до 49,7 %, глубже она колеблется в пределах 41,2 - 50,2 %. Объем пор, занятых воздухом, варьирует от 28,0 до 40,1 % в гумусовом горизонте и от 2,4 до 25,8 % в нижележащих горизонтах.

Физико-химические, биохимические показатели почв пихтовых фитоценозов приводятся в табл. 2.

Гидролитическая кислотность лесных подстилок варьирует в пределах 25,9-45,9 мг-экв/100 г почвы. Гидролитическая кислотность минеральной толщи коричнево-бурых лесных почв незначи-

Таблица 2

Физико-химические свойства почв пихтовых фитоценозов____________

Горизонт и глубина, см РН Гидролитическая кислотн. Обменные основания Степень насыщ. основ. Гумус Подвижный фосфор Обменный калий С02, мг/кг почвы в час

водный солевой Са2+ ме2+ Сумма

мг-экв/100 г почвы % мг/100 г почвы

1 2 3 4 | 5 | 6 | 7 8 | 9 10 | 11 12

Коричнево-бурая типичная лесная почва (разрез ПП 16)

АО 0-3 6,83 5,92 25,91 51,6 8,7 60,3 70,00 73,46' 60,3 187,4 657,8

А1' 3-9 6,37 5,41 5,60 33,71 1,25 34,96 86,19 8,48 4,8 8,8 35,8

АГ 10-21 6,41 5,16 5,25 29,45 1,88 31,33 85,65 3,63 2,9 7,6 23,3

В! 23-33 7,90 6,94 1,23 44,62 1,89 46,51 97,42 1,57 6,8 13,8 16,5

ВС 35-45 8,22 7,31 Вскипает не опр 6,1 11,6 1,0

С1 50-60 8,41 7,59 -« - -« - 14,1 16,5 не опр

С2 90-100 8,46 7,36 -«- - « - 11,4 12,5 - «-

СЗ 160-170 8,43 7,44 -«- 11,4 13,4 - « -

Коричнево-темно-бурая лесная почва (разрез ПП 10)

АО' 0-2 5,70 5,40 34,32 54,39 13,56 67,95 60,83 91,01" ■ 50,0 162,5 1083,1

АО" 2-4 5,80 5,66 36,64 61,87 12,37 74,24 66,96 78,82" 42,5 101,0 386,1

А1' 4-14 6,99 6,09 6,91 57,98 13,89 71,87 91,23 9,94 1,7 11,7 75,8

А Г ' 16-26 7,00 5,89 3,07 28,05 7,76 35,81 92,10 5,22 2,1 11,0 37,9

АВ 27-35 7,15 6,05 1,51 19,60 6,87 26,47 94,60 1,55 3,7 9,8 36,7

ВС 36-46 7,53 6,71 0,48 13,77 4,79 18,56 97,48 0,21 1Д 6,7 21.0

С1 52-62 8,11 7,60 Вскипает не опр 0,8 3,5 не опр

С2 77-87 8,16 7,43 - « - -« - 0,8 9,0 -«-

СЗ 105-115 8,20 7,25 - « - - « - 0,8 8,7 -«-

С4 130-140. 8,30 7,59 -« - - «- 0,6 5,9 -« -

С5 157-167 8,31 7,75 -« - -« - 8,1 3.8 -« -

С6 190-200 8,23 7,74 -« - - « - 8,6 3,6 -«-

Коричнево-бурая лесная лессивированная почва (разрез ПП 27)

АО 0-1 5,99 5,56 38,69 48,69 11,86 60,55 61,01 89,05' 82,5 167,0 1017,5

АО 1-2 5,94 5,61 37,92 61,54 10,57 72,11 65,54 76,35' 72,5 130,0 480,1

1 2 3 4 5 6 7 8 г 9 10 11 12

А1 3-13 5,92 5,30 5,0 13,06 3,87 16,93 77,20 5,95 9,7 17,2 70,9

А1А2/ 13-22 5,04 3,89 4,45 1,21 1,01 2,22 33,28 1,15 4,9 3,2 14,2

А2/В 22-28 5,13 3,66 3,97 4,83 3,23 7,06 64,01 0,79 6,5 4,6 2,2

В1 37-47 5,31 3,62 5,48 9.89 4,74 14,63 72,75 1,72 19,0 10,0 41,8

ВС 63-73 5,48 3,72 3,10 7,45 3,73 11,18 78,29 0,79 9,1 6,5 59,5

С 85-95 5,05 3,71 7,07 31,92 17,85 49,77 87,56 0,85 8,4 5,1 5,5

И 125-135 5,81 3,92 3,26 22,05 14,93 36,98 91,90 не опр 4,3 2,7 4,6

О 170-180 5,25 3,77 1,99 12,36 5,97 18,33 90,21 -«- 4,6 1,3 4,6

Коричнево-бурая лесная псевдоподзолистая (разрез ПП 25)

АО' 0-1 6,29 5,96 33,36 59,93 9,91 66,64 66,71 83,94' 65,0 173,5 838,2

АО'' 1-2 6,57 6,36 25,11 72,84 6,18 79,02 75,89 61,66' 57,0 76,0 361,3

А0А1 2-3 6,13 5,88 26,35 56,67 11,09 67,76 72,00 20,65 55,0 52,5 190,5

А1 3-12 5,31 4,68 14,77 32,97 4,83 37,80 71,90 12,17 3,1 11,6 95,3

А1 А2/#12-18 5,01 3,69 11,91 5,51 2,65 8,16 40,66 2,74 0,9 1,5 6,5

А2/я 18-24 5,00 3,67 11,67 5,10 5,10 10,20 46,64 1,36 1,2 1,6 9,9

А2/£В 24-30 5,18 3,61 11,98 7,62 3,92 11,54 49,06 0,78 1,4 2,9 1,4

В1 33-43 5,27 3,50 10,24 9,36 7,49 16,85 62,40 не опр 4,3 8,9 3,3

В2 55-65 5,50 3,65 7,62 17,43 9,24 26,67 77,77 - « - 6,1 10,6 6,7

ВЗ 80-90 6,90 5,21 1,98 21,00 9,66 30,66 93,93 -« - 10,80 9,4 4,8

ВС 108-118 8,00 7,09 Вскипает -«- 0,6 4,3 не опр

СсЛ 130-140 8,13 7,25 -« - -«- 1,3 3,8 -« -

Сса2 165-175 8,10 7,22 - « - - « - 2,8 4,0 -« -

Серая лесная среднесуглинистая почва (разрез ПП 6)

АО 0-3 5,90 5,70 28,13 52.37 22,11 74,48 72,59 1 66,75' 78,1 143,5 773,3

А1 3-9 4,53 3,51 17,68 10,66 3,76 14,42 44,92 7,42 1,7 3,0 28,1

А1А 9-16 5,01 3,83 9,28 4,99 1,25 6,24 40,21 1,88 3,5 6,8 10,3

А2В 16-24 5,57 3,85 6,13 4,99 1,26 6,25 50,48 1,01 1,3 3,5 1,9

В1 30-40 5,76 4,00 6,65 17,48 3,75 21,23 76,15 0,71 1,3 6,0 11,7

В2 55-65 7,94 4,16 5,95 21,25 6,26 27,51 82,22 0,86 2,7 6,5 8,7

ВЗ 90-100 7,69 6,12 1,40 23,21 3,76 27,57 95,17 0,56 2,4 6,3 3,9

С 130-140 8,34 7,37 Вскипает 3,8 8,0 не опр

тельна, наименьшие показатели она имеет в типичных коричнево-бурых и в коричнево-темно-бурых лесных почвах. Несколько выше ее значение в горизонтах А21 и A2lBg коричнево-бурых лесных лессивированных и псевдоподзолистых почв.

Наиболее высоким содержанием обменных оснований характеризуются лесные подстилки коричнево-темно-бурых лесных почв. Та же тенденция характерна и для минеральных горизонтов рассматриваемых почв. Минимум содержания обменных оснований в коричнево-бурых лессивированных и псевдоподзолистых почвах приходится на горизонты AlA2/(g) и А2/, а для коричнево-темно-бурых типичных и коричнево-бурых лесных почв характерно более равномерное распределение их по профилю.

В целом, коричнево-бурые лесные почвы характеризуются высоким содержанием обменных оснований, о чем свидетельствуют показатели степени насыщенности основаниями. Для большинства исследованных коричнево-бурых лесных почв степень насыщенности основаниями составляет 77 - 92 % , в коричнево-бурой типичной супесчаной почве она снижается до 68 %, в некоторых горизонтах коричнево-бурых лессивированных и коричнево-бурых псевдоподзолистых почв она опускается до 39 - 71 %. Почти во всех почвах выявлено наличие карбонатов и вскипание от соляной кислоты.

Серые лесные почвы

В районе исследования серые лесные почвы имеют широкое распространение, формируясь на породах различного происхождения (преимущественно на делювиальных и покровных лессовидных суглинках), в основном тяжелого гранулометрического состава. Значительно распространены они в Татарстане.

Данные анализа гранулометрического состава показывают, что профиль серых лесных почв дифференцирован на отчетливо выраженный элювиальный и менее очерченный иллювиальный горизонты. Максимальный вынос присущ в одних случаях горизонту А1А2, в других - горизонту А2В. Преобладают фракции крупной пыли и ила.

В серых лесных наименьшей плотностью сложения (0,70 -0,93 г/см3) и наибольшей порозностью характеризуются гумусовые горизонты. В иллювиальных горизонтах наблюдается значительное

уплотнение (1,37 - 1,65 г/см') и уменьшение пористости (38 - 48 %), что приводит в некоторых случаях к ухудшению водопроницаемости и обусловливает временное избыточное увлажнение.

Реакция почвенного раствора гумусового горизонта различна и меняется от среднекислой до нейтральной (табл. 2). Гумусовому горизонту данных почв присуща и различная степень насыщенности основаниями (45-81 %). Содержание обменных оснований в гумусовом горизонте колеблется от 14,4 до 24,9 мг-экв/100 г почвы. На фоне явного преобладания катионов кальция над магнием наблюдается их биологическая аккумуляция в гумусовом горизонте и вынос из горизонтов А1А2 и А2В.

Гидролитическая кислотность имеет максимальные значения в лесной подстилке и изменяется от 21,00 до 29,81 мг-экв/100 г почвы. С глубиной показатели гидролитической кислотности уменьшаются, а в некоторых случаях они имеют второй максимум в иллювиальной части профиля.

В рассматриваемых почвах наблюдается высокое содержание подвижного фосфора и обменного калия в лесной подстилке. В минеральных горизонтах их содержание резко снижается.

По интенсивности биохимических процессов исследуемые почвы характеризуются относительно высокой активностью. Наибольшей биогенностью выделяются лесные подстилки, несколько ниже биологическая активность в гумусовых горизонтах. Наиболее инертными оказались иллювиальные горизонты. Количество выделившегося СОг в гумусовом горизонте варьирует от 4,4 до 101,9 мг/кг почвы в час.

Дерново-подзолистые почвы

На дерново-подзолистых почвах исследуемого региона пихта, как порода более требовательная к плодородию, встречается очень редко, и только в небольшой примеси к ели в ельниках липовых.

Характеристика морфологических признаков и свойств дерново-подзолистых почв ПП приводится в диссертации.

Рендзины

В регионе рендзины в целом имеют небольшое распространение. Формируются они преимущественно на возвышенных местоположениях, перегибах склонов и склонах различной крутизны, в

местах выхода к дневной поверхности карбонатных пород: известняков, доломитов и мергелей.

Характеристика рендзин ГШ приводится в диссертации.

Пойменные почвы

Изучение фитоценозов с участием пихты проводилось нами в пойме реки Малая Кокшага на дерновой аллювиальной и поименно слабооподзолснной почвах.

По нашим исследованиям и данным других авторов (Туман, 1911) в пойме Малой Кокшаги пихта сибирская произрастает на самых высоких участках поймы, в настоящее время не заливаемых талыми водами (или заливаемых очень кратковременно).

Плотность сложения дерновой аллювиальной почвы в гумусовом горизонте составляет 0,68 г/см3, затем резко возрастает и в иллювиальном горизонте достигает значения 1,55 г/см3 и остается высоким по всему профилю. Общая порозность высокая только в гумусовом горизонте - 72 %.

Пойменные почвы характеризуются близкой к нейтральной реакцией почвенного раствора по всему профилю, высоким содержанием гумуса, обменных оснований и подвижного фосфора.

6.3. Влияние пихтовых фитоценозов на лесорастительные свойства почвы. Исследования показали, что пихтовые фитоцено-зы характеризуются меньшими запасами лесной подстилки, меньшей ее кислотностью, большим содержанием обменных оснований и более высокой биологической активностью по сравнению с таковыми еловых и сосновых фитоценозов.

Это свидетельствует о том, что процессы биологического круговорота биофильных элементов в пихтовых фитоценозах протекает более интенсивно, чем в еловых и сосновых. Вследствие этого обеспеченность растений элементами пищи в пихтовых фитоценозах относительно лучше, что позволяет произрастать здесь более требовательным к почве широколиственным породам, лещине и представителям неморальной флоры в напочвенном покрове.

Поэтому участие пихты сибирской в составе хвойных насаждений целесообразно с точки зрения улучшения лесорастительных свойств почв.

1У

6.4. Лесорастительиап оценка почв пихтовых и елово-пихтовых фитоценозов. Обзор существующих работ (Ткаченко, 1952; Зайцев, 1964; Nebe, 1966; Hofman, 1968; Руткаускас, 1975; Чертов, 1981 и др.) показывает, что оценку плодородия лесных почв проводят на основе изучения свойств самой почвы или судят о плодородии почвы по составу и продуктивности древостоев.

Для почв ПП характерно высокое содержание гумуса, обменных оснований, подвижного калия и фосфора, илистых частиц и физической глины. На росте насаждений благоприятно сказывается карбонатность почвообразующих пород, мулевый тип органического вещества, хорошая оструктуренность и аэрация верхних горизонтов почв.

Исследования показали, что среди почв, на которых встречается пихта сибирская, коричнево-бурые лесные почвы являются наиболее плодородными, и, как следствие, именно на этих почвах формируется основная часть высокопродуктивных и устойчивых пихтовых фитоценозов региона.

При составлении множественных регрессионных уравнений были включены все почвенные показатели по гумусовому горизонту, но в ходе составления уравнений были отсеяны незначимые признаки по t-критерию Стьюдента на 0,05 уровне значимости. Более существенными в этом отношении оказались уравнения 1,2,3, составленные для всех рассмотренных пихтовых биоценозов, без разделения их по типам почв. В уравнениях оказались значимыми следующие признаки: xl - мощность гумусового горизонта, х2-содержание физической глины, хб - содержание Mg2+, х7 - сумма обменных оснований, х9 - содержание Р2О5, хЮ - содержание К20, х12 - биологическая активность (выделение СО2), х!3 -содержание илистой фракции, х14 - возраст. Нср= 31,39-32086/х142-0,08x7 (1)

F --16,1; R2 = 52,8 . Дср=31,30-0,20x10+0,30x3+0,20х 13+0,35x9+0,21x2-1331,2/х 142 (2)

F = 7,98; R2 = 73,81 Запас=161,54-1,97x14+12,94x1-36,07x6+2,76x12 (3)

F = 5,85; R2 = 59,4

Также выявлены взаимосвязи почвенно-грунтовых показателей с продуктивностью древостоев по типам почв.

7, ЕСТЕСТВЕННОЕ ВОЗОБНОВЛЕНИЕ И КУЛЬТУРЫ ПИХТЫ СИБИРСКОЙ

7Л. Естественное возобновление. Одним из основных путей восстановления пихтарников региона является использование естественного возобновления.

Установлено, что характер возобновления под пологом леса зависит не только от типа леса, но также и от таксационной характеристики древостоя, в первую очередь от полноты.

Количество пихты в подросте, в зависимости от типа леса колеблется от 0,2 до 7,0 тыс. шт./га. Наибольшее количество благонадежного подроста выявлено в древостоях с относительной полнотой 0,5-0,6. Пространственное распределение темнохвойного подроста в основном равномерное. Большое количество пихтового подроста гибнет вследствие потравы лосями.

По нашим исследованиям в ельниках сложных с участием в составе пихты пихтового подроста больше, чем подроста ели.

В этой же главе сравниваются результаты исследования прироста по высоте и диаметру подроста ели и пихты. У пихты прирост по высоте часто больше, чем у ели.

7.2. Лесные культуры. Лесных культур пихты сибирской в Марий Эл нет. В Республике Татарстан культуры пихты сибирской обследованы нами в 4 пунктах, в том числе и в Закамской лесостепи вне ее естественного ареала.

Исследованные лесные культуры созданы на коричнево-бурых лесных почвах и черноземах выщелоченных.

Отмечено выпадение деревцев пихты в понижениях микрорельефа. Наиболее хорошая приживаемость и хороший прирост в высоту и по диаметру отмечается у деревцев, произрастающих на хорошо дренированных открытых участках. Модельные деревья 18-летнего возраста растут по II классу бонитета, прирост в высоту за последние 6 лет варьирует от 45 до 66 см.

7.3. Сравнительный анализ устойчивости местных и ино-районных форм пихты сибирской. Впервые в регионе изучена водоудерживающая способность хвои (Котов, 1987) пихты сибирской, как генетически обусловленный признак устойчивости. При

сравнении водоудерживающей способности хвои деревцев пихты сибирской, выращенных из местных семян, и хвои сеянцев, выращенных из семян привезенных из Сибири, выявлены различия: первые обладают большей водоудерживающей способностью, чем сеянцы, выращенные из привозных семян. Это показывает лучшую приспособленность местных форм к конкретным экологическим условиям региона.

8. ПУТИ СОХРАНЕНИЯ БИОРАЗНООБРАЗИЯ ПИХТОВЫХ И ЕЛОВО-ПИХТОВЫХ ФИТОЦЕНОЗОВ И ГЕНОФОНДА ПИХТЫ СИБИРСКОЙ НА ЮГО-ЗАПАДНОМ ПРЕДЕЛЕ АРЕАЛА

Пихтовые фитоценозы региона остаются самыми малоизученными с быстро сокращающимся ареалом. Поэтому неотложной задачей настоящего времени является более глубокое изучение пихтовых фитоценозов региона в целях разработки мероприятий по их сохранению и воспроизводству. Возможны разные пути решения этой проблемы.

В Татарстане пошли, во-первых, по пути создания особо охраняемых территорий: небольшие участки коренных пихтовых фитоценозов, эталоны бывших естественных биогеоценозов, выделили в качестве памятников природы. Во-вторых, в темнохвойных и мягколиственных лесах с хвойным подростом стали применять несплошные рубки (рубки переформирования, обновления, постепенные и добровольно-выборочные).

Однако пока мало что делается для сохранения пихтовых и елово-пихтовых фитоценозов в Республике Марий Эл.

ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

1. По территории республик Марий Эл и Татарстан проходит юго-западная граница ареала пихты сибирской. Климатические условия региона не совсем соответствуют биоэкологии пихты сибирской. Почвенные условия вполне благоприятны для произрастания и формирования высокопродуктивных древостоев пихты сибирской.

2. Оптимальными для пихты являются коричнево-бурые лесные почвы, сформировавшиеся на пермских элювиальных глинах и элювии мергелей. На этих почвах, как правило, пихта преобладает в составе древостоев над другими лесообразователями.

3. В последние десятилетия повсеместно наблюдается резкое сокращение площади пихтовых фитоценозов. Особенно сильно сократилась площадь молодняков. Причиной этого процесса являются, с одной стороны, сплошные рубки хвойных древостоев современной техникой без сохранения подроста; с другой - гибель пихтового подроста от потравы лосями, поголовье которых намного превышает научно-обоснованную норму.

Для сохранения пихтовых фитоценозов как экосистем и пихты как вида, то есть сохранения биоразнообразия лесных экосистем региона, необходимо:

1. Шире проводить в темнохвойных насаждениях несплошные рубки с сохранением подроста: рубки переформирования, обновления, постепенные и добровольно-выборочные.

2. Отрегулировать поголовье лосей в лесах региона в соответствии с научно-обоснованными нормами.

3. В наиболее сохранившихся массивах выделить памятники природы и генетические резерваты, в целях сохранения генофонда наиболее ценных, устойчивых к гнилям форм; организовать селекционный отбор лучших экотипов.

4. Вводить пихгу сибирскую в культуры с елью, липой, дубом в наиболее оптимальных для ее произрастания почвенно-экологических условиях.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Сабиров А.Т., Газизуллин А.Х., Гилаев A.M. Почвенно-экологические условия формирования высокопродуктивных елово-пихтовых фитоценозов в Среднем Поволжье // Межвуз. сб. науч. тр. «Лесное хозяйство Поволжья».-Саратов, 1995.-Вып.1,С. 55-59.

2. Гилаев A.M., Гаврилина Л.Б., Сабиров А.Т. Лесорастительные свойства почв пихтарников Предкамья Татарии // Тез. докл. II Всероссийского съезда Общества почвоведов. ВНИИЦлесре-сурс. С-Пб, 1996,-С. 166-167.

3. Гилаев A.M. Почвы и продуктивность пихтовых лесов на юго-западном пределе ареала // Матер, науч. конф. проф.-преп. состава, докторантов, аспирантов, сотрудников МарГТУ. Йошкар-Ола, 1996,-С. 11-13.

4. Газизуллин А.Х., Гилаев А.М., Сабиров А.Т., Минниханов Р.Н. Биогеоценозы пихты сибирской на юго-западном пределе ее ареала, условия их произрастания, перспективы воспроизводства и рационального использования // Доклады ТСХА, М.: Изд-во МСХА,- Вып. 268,- 1997,- С. 107-111.

5. Гилаев A.M. Содержание обменных оснований в почвах пихтовых фитоценозов Среднего Поволжья // Материалы науч. конф. проф.-преп. состава, докторантов, аспирантов, сотрудников МарГТУ. Вып.5, часть IV, Йошкар-Ола, 1997.-С. 44-45.

6. Газизуллин А.Х., Сабиров А.Т., Гилаев A.M., Овчинникова О.Л., Неустроева И.В. Элювий перми в качестве почвообра-зующей породы и его влияние на почвообразование и свойства формирующихся почв в условиях Среднею Поволжья // Тез. докл. III науч.-техн. конф. молодых ученых и специалистов. Казань, 1997,-С. 133.

7. Гилаев A.M. Некоторые физические и физико-химические свойства дерново-подзолистых почв и их связь с породным составом и продуктивностью древостоев // Тез. докл. респ. науч.-практ. конф. «Природопользование: состояние, проблемы и пути их решения». Йошкар-Ола, 1997.- С. 41-42.

8. Газизуллин А.Х., Минниханов Р.Н., Нагимов А.З., Гилаев A.M. Лесные памятники природы Республики Татарстан на грани исчезновения // Тез. докл. III респ. науч. конф. «Актуальные экологические проблемы Республики Татарстан». Казань, 1997,-С. 75.

9. Минниханов Р.Н., Гиззатуллин В.Н., Гилаев A.M. Сохранить памятники природы «Арбашские пихтарники» // Тез. докл. III респ. науч. конф. «Актуальные экологические проблемы Республики Татарстан». Казань, 1997.-С. 106.

10. Нагимов А.З., Газизуллин А.Х., Сабиров А.Т., Гилаев A.M. К восстановлению экосистем лесных памятников природы Татарстана // Тез. докл. III респ. науч. конф. «Актуальные экологические проблемы Республики Татарстан».Казань, 1997.-С. 110-111.

11. Гилаев A.M., Газизуллин А.Х., Сабиров А.Т. Успешность роста антропогенных популяций пихты сибирской в экологических условиях лесостепи Среднего Поволжья на черноземах выщелоченных // Сб. науч. матер. Всеросс. популяционного семинара «Экология и генетика популяций». Й-Ола, 1998,- С. 202-205.

12. Гилаев A.M. Водоудерживающая способность хвои пихты сибирской у сеянцев и в лесных культурах на юго-западном пределе ареала // Матер, науч.- практ. конференции «Современные проблемы учета и рационального использования лесных ресурсов». Йошкар-Ола, 1998,- С. 234-235.

13. Сабиров А.Т. Гилаев A.M. Почвенно-экологические условия формирования елово-пихтовых фитоценозов в пойме реки Малая Кокшага // Матер, науч.- практ. конф. «Современные проблемы учета и рационального использования лесных ресурсов». Йошкар-Ола, 1998 - С. 202-205.

14. Газизуллин А.Х., Сабиров А.Т., Гилаев A.M. Почвы пихтовых биогеоценозов Среднего Поволжья и их лесорастительная оценка // Тез. науч.-прак. конф. «Пути повышения эффективности лесного хозяйства и роль лесов в оздоровлении окружающей среды Республики Татарстан». Казань, 1998,- С. 32-33.

15. Газизуллин А.Х., Гилаев А.М., Минниханов Р.Н Сохранить лесные памятники природы Республики Татарстан // Тез. науч,-практ. конф. «Пути повышения эффективности лесного хозяйства и роль лесов в оздоровлении окружающей среды Республики Татарстан». Казань, 1998,- С. 76-77.

ПДЦ № 2018 от 05.10.94 Усл.печ.л. 1,4. Тираж 110 экз. Заказ № 1754.

ООП МарГТУ. 424006 Йошкар-Ола, ул. Панфилова, 17

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Гилаев, Айдар Марсилович, Йошкар-Ола

Л Л Л Л Г / 4 О <2

А 7 : ч м - л / '¡а г)

и ] ^ ^ / •' ......

Марийский государственный технический университет

На правах рукописи

л

¿Си //

Гилаев Айдар Марсилович

ПОЧВЕННО-ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ ПИХТОВЫХ И ЕЛОВО-ПИХТОВЫХ ФИТОЦЕНОЗОВ НА ЮГО-ЗАПАДНОМ ПРЕДЕЛЕ АРЕАЛА

ПИХТЫ СИБИРСКОЙ

06.03.03 - Лесоведение и лесоводство; лесные пожары и борьба с ними

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук, профессор А.Х. Газизуллин

Йошкар-Ола - 1998

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение...............................................................................4

1. Обзор литературы...............................................................10

1.1. Общие сведения об изученности пихтовых биогеоценозов......10

1.2. Грибные болезни пихтовых и елово-пихтовых фитоценозов

и их распространение в районе исследования.......................20

1.3. Вопросы типологии пихтовых фитоценозов........................23

1.4. Об изученности почв пихтовых биогеоценозов района исследования..............................................................33

2. Биоэкология, хозяйственное значение и ареал пихты сибирской.....37

3. Природные условия района исследования..................................47

3.1. Климат.......................................................................48

3.2. Рельеф.......................................................................50

3.3. Геологическое строение.................................................51

3.4. Почвообразующие материнские и подстилающие породы........53

3.5. Гидрология..................................................................55

3.6. Растительность.............................................................56

3.7. Почвенные микроорганизмы и животные............................61

3.8. Хозяйственная деятельность человека................................61

3.9. Оценка естественных процессов почвообразования...............62

4. Объекты и методы исследования.............................................65

5. Юго-западная граница ареала пихты сибирской в Среднем Поволжье и динамика площади ее фитоценозов

за последние 70 лет.............................................................69

6. Лесоводственно-таксационная характеристика и почвы пихтарников в районе исследований........................................84

6.1. Лесоводственная характеристика объектов исследований......84

6.2. Почвы пихтарников района исследования.........................103

6.2.1. Коричнево-бурые лесные почвы на пермских красноцветых отложениях......................................104

6.2.2. Серые лесные почвы............................................122

6.2.3. Дерново-подзолистые почвы..................... .............130

6.2.4. Рендзины...........................................................136

6.2.5. Пойменные почвы...............................................140

6.3. Влияние пихтовых фитоценозов на лесорастительные свойства почв.............................................................148

6.4. Лесорастительная оценка почв пихтовых и елово-пихтовых фитоценозов.........................................152

7. Естественное возобновление и культуры пихты сибирской..........157

7.1. Естественное возобновление пихты сибирской...................157

7.2. Культуры пихты сибирской............................................174

7.3. Сравнительный анализ устойчивости местных и инорайонных форм пихты сибирской.............................. 188

8. Пути сохранения биоразнообразия пихтовых и елово-пихтовых биогеоценозов и генофонда пихты сибирской на юго-западном пределе ареала.................................................................192

Выводы и предложения.........................................................200

Список литературы...............................................................202

Приложение........................................................................226

Введение

Актуальность: Пихта сибирская является одной из важнейших ле-сообразующих пород Российской Федерации с огромным ареалом, включающим северо-восток европейской части страны, Урал, Западную и Восточную Сибирь. Несмотря на обширную территорию, занимаемую пихтовыми биогеоценозами, выполняющими важные средообразующие, водоохранные, защитные, санитарно-гигиенические, рекреационные и иные полезные функции, а также являющимися источником ценной древесины и недревесной продукции леса, изучению пихтовых формаций уделяется недостаточно внимания. Особенно мало сведений о почвенно-экологических условиях произрастания пихты сибирской на юго-западном пределе ее ареала, хотя почва является важнейшим экологическим фактором, определяющим существование леса (Мелехов, 1980). Не разработана самостоятельная типология пихтовых биогеоценозов региона, что не способствует научно-обоснованной организации ведения хозяйства в пихтарниках и их воспроизводству. Между тем площадь пихтовых фитоценозов региона из года в год сокращается.

Следовательно, не обеспечивается выполнение международных обязательств России по защите окружающей среды и сохранению биологического разнообразия лесных экосистем. В современных условиях ведение лесного хозяйства должно обеспечивать многоцелевое, непрерывное, не-истощительное пользование лесом; воспроизводство, улучшение породного состава и качества лесов, повышение их продуктивности при сохранении и усилении их средообразующих функций и сохранении биоразнообразия.

Пихтовые леса в Среднем Поволжье занимают 10,5 тыс. га, что составляет 0,11 % покрытой лесом площади, и участие их в составе лесов региона постоянно уменьшается.

Процесс сокращения площади пихтовых лесов наблюдается в настоящее время во всех странах Европы. Причины исчезновения пихтовых лесов как антропогенного, так и биотического и абиотического характера. Между тем, пихтовые и елово-пихтовые леса уникальны по своему многостороннему значению, и их исчезновение намного обеднит биологическое разнообразие лесных экосистем региона, уменьшит их эстетическую и хозяйственную ценность. Поэтому перед лесным хозяйством региона стоит задача не только сохранить существующие пихтарники, но и восстановить их ареал. Особенно актуальна эта проблема для районов, расположенных на пределе ареала.

Однако, будучи требовательной к повышенной влажности воздуха, в условиях относительно сухого континентального климата района исследования, пихта сибирская предъявляет повышенные требования к почвен-но-грунтовым условиям и формирует высокопродуктивные, устойчивые насаждения только на богатых, дренированных почвах.

Поэтому выявление почвенно-экологических условий, оптимальных для произрастания пихты сибирской, является весьма актуальной для сохранения и расширения ареала пихтовых биогеоценозов Республик Марий Эл и Татарстан.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с Программой фундаментальных исследований «Проблемы лесоведения» Академии наук, отделения Общей биологии.

Цель диссертационной работы заключалась в выявлении пихтовых фитоценозов, произрастающих на юго-западном пределе ареала на территории Республик Марий Эл и Татарстан, изучение их состояния и почвенно-экологических условий, в которых наиболее успешно формируются пихтовые и елово-пихтовые насаждения. Наметить меры по сохранению и

восстановлению ареала уникальных по своему многостороннему значению пихтовых лесов республик.

В соответствии с поставленной целью в задачи исследований входили следующие вопросы:

• лесоводственно-таксационная характеристика пихтовых и елово-пихтовых насаждений района исследований;

• изучение почвенного покрова и почв пихтовых и елово-пихтовых фитоценозов и оценка их лесорастительных свойств и установление зависимости распространения, формирования и продуктивности пихтовых и елово-пихтовых насаждений в связи с почвенно-экологическими условиями;

• изучение хода естественного возобновления пихтовых и елово-пихтовых фитоценозов;

• разработка предложений по сохранению и расширению ареала пихты сибирской в пределах республик Среднего Поволжья.

Научная новизна работы.

Впервые достаточно подробно изучены пихтовые и елово-пихтовые фитоценозы, произрастающие на юго-западном пределе ареала пихты сибирской в пределах Республик Марий Эл и Татарстан, и почвенно-экологические условия их формирования. Установлены зависимости между таксационными показателями древостоев и свойствами почв, дается ле-сорастительная оценка почв района исследования относительно пихтовых фитоценозов. Исследованы так же уникальные культуры пихты сибирской, созданные на черноземах Волжско-Камской лесостепи, за пределами ареала, а так же культуры, созданные в зоне смешанных хвойно-широколиственных лесов. В культурах и у сеянцев в питомнике изучена водоудерживающая способность хвои, как генетически обусловленный признак устойчивости растений к условиям среды обитания.

Практическая ценность результатов исследований.

В последние годы, в силу ряда причин, площадь ценных пихтовых и елово-пихтовых фитоценозов, произрастающих на территории Республик Марий Эл и Татарстан, неуклонно сокращается. Это ведет к обеднению биоразнообразия лесных экосистем региона и к потере ценных популяций пихты сибирской. Поэтому перед лесным хозяйством республик стоит задача воспроизводства пихтовых и елово-пихтовых фитоценозов, а также восстановления ареала пихты сибирской в соответствующих ее природе условиях местопроизрастания. В процессе исследований уточнена юго-западная граница ареала пихты сибирской, проходящая по территории Республик Марий Эл и Татарстан. Изучение состояния и продуктивности пихтовых и елово-пихтовых фитоценозов в различных почвенно-экологических условиях региона позволило выявить ряд почв, наиболее полно отвечающих биоэкологии пихты сибирской в районе исследования. На этих почвах и целесообразно выращивать насаждения со значительной долей участия пихты сибирской в их составе.

Материалы исследований служат основой для разработки рекомендаций по воспроизводству и повышению продуктивности и устойчивости пихтовых фитоценозов в лесах Среднего Поволжья.

Личное участие автора.

Основная часть материала собрана автором в 1994-1997 гг. Камеральная обработка материала, систематизация и обобщение данных, регрессионный и статистический анализы, выводы и предложения выполнены непосредственно автором. Автором составлена программа и методика исследований. Исследование почв в лесу производилось автором при участии научного руководителя проф. А.Х. Газизуллина и к.б.н. А.Т. Сабирова. Анализ образцов почв выполнен автором в лабораториях кафедры экологии, почвоведения и природопользования, ряд анализов выполнен со-

вместно с другими аспирантами кафедры при выполнении комплексных исследований.

Обоснованность выводов и достоверность результатов исследований обеспечивается достаточным объемом экспериментального материала, оценкой критериев достоверности средних данных и различий, использованием современных методов математической статистики.

Положения, выдвигаемые для защиты:

1. Характеристика почвенного покрова и почв пихтовых и елово-пихтовых фитоценозов, произрастающих на юго-западном пределе ареала и оценка их лесорастительных свойств.

2. Закономерности взаимосвязей почвенно-экологических условий с составом, состоянием и продуктивностью пихтовых и елово-пихтовых фитоценозов региона.

Апробаиия

Основные результаты исследований докладывались и обсуждались: на Международных конференциях: «Проблемы динамической типологии и экологии деградированных и преобразованных лесов» (Брянск, 1996) и «Проблемы антропогенного почвообразования» (Москва, 1997); на И Всероссийском съезде почвоведов России (Санкт-Петербург, 1996); на Всероссийском симпозиуме «Экология и генетика популяций» (Йошкар-Ола, 1998); на Всероссийской научной конференции «Диалог на рубеже веков» (Йошкар-Ола, 1997); на Региональной научно-практической конференции «Современные проблемы учета и рационального использования лесных ресурсов» (Йошкар-Ола, 1998); на Республиканских конференциях «Природопользование: состояние и проблемы» (Йошкар-Ола, 1997) и молодых ученых (Казань, 1997); на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов МарГТУ (1996, 1997, 1998).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 8 глав, выводов и предложений, списка литературы и приложений.

Объем диссертации 201 страница, в том числе 37 таблиц, 32 рисунка. Список литературы включает 248 наименований, в том числе 9 на иностранных языках.

За содействие и помощь в выполнении работы автор выражает свою признательность министру лесного хозяйства Республики Татарстан Гая-нову А.Г., директору Сабинского лесхоза Минниханову P.M. и руководителям лесхозов, где проводились исследования.

В процессе выполнения работы автор неоднократно получал консультации от д.с.-х.н., проф. Алексеева И.А., д.с.-х.н., проф. Котова М.М., д.с.-х.н., проф. Пчелина В.И., а также к.б.н., доц. Сабирова А.Т. и к.б.н. Шарафутдинова Р.Н., за что выражает им искреннюю благодарность.

Автор благодарит коллектив кафедры экологии, почвоведения и природопользования за помощь в выполнении работы.

Особую признательность и глубокую благодарность автор приносит своему учителю, научному руководителю д.с.-х.н., проф. Газизуллину А.Х. за руководство, ценные советы и повседневную помощь при выполнении работы.

1. Обзор литературы

1.1. Общие сведения об изученности пихтовых биогеоценозов

Пихта сибирская (Abies sibirica Ledeb.) является одной из важнейших лесообразующих пород страны. Пихтовые леса произрастают на огромной территории (около 14-14,5 млн. га, с запасом древесины свыше 2 млрд. м3) и имеют большое народно-хозяйственное значение (Пихта, 1986). Несмотря на это они остаются слабоизученными и малоизвестными широкому кругу специалистов лесного хозяйства. Это в значительной мере сужает возможность рационального использования разносторонних полезных свойств пихты и ресурсов пихтовой формации. Еще недостаточно изучены биологические и экологические свойства пихты сибирской, ее популяционное и формовое разнообразие, особенности природных условий формирования пихтовых фитоценозов. Особенно слабо изучены пихтовые фитоценозы произрастающие на юго-западном пределе ареала, в Среднем Поволжье. Это отрицательно сказывается на состоянии пихтовой формации, процессах использования и восстановления пихтарников региона.

Хотя вопросы биологических и экологических свойств пихты в крупном плане нашли отражение в работах основоположника учения о лесе Г.Ф. Морозова (1949, 1970), основоположника учения о биогеоценоло-гии В.Н. Сукачева (1933, 1972) и ряда других видных ученых: М.Е. Тка-ченко (1955), О.Г. Каппера (1954), C.B. Зонна (1954) и др., однако для успешного решения многих вопросов необходимо изучение биологических и экологических особенностей, продуктивности и устойчивости пихтовых фитоценозов в зависимости от условий местопроизрастания отдельных регионов.

В последние годы изданы ботанические сводки о систематике пихт А.И. Колесникова (1974); А.Е. Маценко (1963, 1964); Е.Г. Боброва (1978). О пихтовых лесах Сибири опубликованы монографии Г.В. Крылова (1961, 1962); Э.Н. Фалалеева (1964, 1982); коллектива авторов - Г.В. Крылова, И.И. Марадудина, Н.И Михеева, Н.Ф. Козаковой (Пихта, 1986). Ряд работ опубликовано о лесах Дальнего Востока, где произрастают другие виды пихты.

Типология пихтовых фитоценозов Сибири изложена в работах Г.В. Крылова (1961, 1962); A.A. Позднякова (1971); В.Н. Смагина с соавторами (1980); Э.Н. Фалалеева (1982); Н.И. Михеева (1971) и др.

Вопросы биологической продуктивности пихтарников Средней Сибири изучали JI.K. Поздняков, В.В. Протопопов, В.М. Горбатенко (1969).

Лесовозобновительные процессы в темнохвойных лесах Сибири и Урала исследовали: В.Н. Габеев и Г.П. Никулина (1983); Л.А. Игнатьева (1983); Б.П. Колесников с соавторами (1975); Г.В. Крылов с соавторами (1975); И.И. Марадудин (1971); A.M. Савченко (1970); H.A. Коновалов и H.H. Чернов (1979) и др. Общие сведения о биологических свойствах пихты сибирской, о семеношении, заготовке, хранении и подготовки семян к посеву нашли отражение в «Справочнике по лесосеменному делу» (1978) и в работе Т.П. Некрасовой и А.П. Рябинкова (1978).

Вопросы выращивания посадочного материала в питомниках и создания культур пихты сибирской изучали В.Н. Габеев (1974); И.И. Марадудин (1960); В.В. Огиевский и A.A. Медведева (1969). Технология организации лесных питомников и выращивания сеянцев в открытом и закрытом грунтах, выращивание привитого посадочного материала, в том числе и с закрытой корневой системой, довольно подробно освещены А.И. Новосельцевой и H.A. Смирновым в справочнике по лесным питомникам (1985).

Рост саженцев пихты сибирской в зависимости от качества посадочного материала изучали О.Ф. Буторова и Е.Ф. Важенина (1985).

Рост пихты сибирской в культурах на территории ЦентральноЧерноземных областей исследовали A.B. Лукин и H.A. Болотов (1975).

Содержательная монография о пихтовых лесах Украины написана А.И. Шевченко (1980). Он пишет, что пихтовые леса по праву считаются зеленой жемчужиной Украины. Отмечает большое народно-хозяйственное значение пихты белой, древесина которой широко используется во многих отраслях народного хозяйства. Подчеркивает, что пихта белая почво-улучшающая, ветроустойчивая и сравнительно быстрорастущая п�