Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Повышение устойчивости лесов в зоне подтопления Чебоксарского водохранилища

ВАК РФ 06.03.02, Лесоустройство и лесная таксация

Автореферат диссертации по теме "Повышение устойчивости лесов в зоне подтопления Чебоксарского водохранилища"

На правах рукописи

Захаров Александр Васильевич

ПОВЫШЕНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ ЛЕСОВ В ЗОНЕ ПОДТОПЛЕНИЯ ЧЕБОКСАРСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА

Специальность 06.03.02 «Лесоведение, лесоводство, лесоустройство и лесная таксация»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата сельскохозяйственных наук

Йошкар-Ола 2013

1 9 "К 2013

005544171

005544171

Работа выполнена на кафедре экологии, почвоведения и природопользования ФГБОУ ВПО «Поволжский государственный технологический университет»

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Алексеев Иван Алексеевич

доктор биологических наук, профессор Чураков Борис Петрович (Ульяновский государственный университет)

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Закамский Владимир Александрович (Поволжский государственный технологический университет)

Ведущая организация:

Филиал ФБУ «ВНИИЛМ» «Восточноевропейская лесная опытная станция»

Защита состоится 25 декабря 2013 г. в 8 часов на заседании диссертационного совета Д 212.115.03 при ФГБОУ ВПО «Поволжский государственный технологический университет» по адресу: 424000, Республика Марий Эл, г. Йошкар-Ола, пл. Ленина, 3, конференц-зал.

Отзывы на автореферат (в двух экземплярах) с подписями, заверенными гербовой печатью, просим присылать по адресу: 424000, Республика Марий Эл, г. Йошкар-Ола, пл. Ленина, д. 3, факс (8362) 41-08-72, ученому секретарю диссертационного совета Мухортову Дмитрию Ивановичу, e-mail: MuhortovDI@volgatech.net

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Поволжский государственный технологический университет»

Автореферат разослан 25 ноября 2013 г.

Ученый секретарь ___у.

диссертационного совета, llZ^ -—'—

кандидат сельскохозяйственных наук ( " Д. И. Мухортов

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Строительство крупных гидроэлектростанций на равнинных реках с густо заселенными берегами сильно затрагивает социальную и природную среды. Чебоксарское водохранилище является мощным антропогенным фактором, влияющим на лесоводственные, лесопатологические и экологические характеристики ландшафта Марийского низменного Заволжья.

В связи с неполной готовностью зоны затопления и незавершенными работами по защите земель и населенных пунктов директивными органами по соглашению с субъектами Федерации было решено заполнить в 1981 году Чебоксарское водохранилище на 2-3 года до промежуточной отметки 63,0 м. Однако по ряду причин Чебоксарский гидроузел в течение 25 лет продолжает работать при этой отметке в неустойчивом режиме. Строительство ни одного из 19-ти объектов инженерных защит в зоне Чебоксарского водохранилища полностью не завершено (в т.ч. и для отметки 63,0 м), а работы по обустройству зоны водохранилища прекращены (Лесной план РМЭ, 2008). Управление водохранилища (филиал ОАО «ГидроОГК») не занимается посадкой берегоукрепляю-щих насаждений, берегоочисткой, защитой от оврагообразования и проведением лесозащитных мероприятий в прибрежной зоне.

Несмотря на то что указанная проблема мониторинга состояния подтопленных лесов находится в поле зрения ученых, их исследования основываются на разовых наблюдениях. Они не выявляют лесоводственных закономерностей и эколого-лесопатологических характеристик по единой методике. Следует отметить, что ранее не были изучены в достаточной мере ход разрушения древостоев, адаптация пород к изменившимся влажностным условиям почвы, дезинтегрирующие факторы, экологические и другие показатели изменения природного ландшафта.

Зачастую при оценке влияния водохранилищ на леса исключаются из внимания такие важные показатели, как случайный отпад (бурелом, ветровал, снеголом) и изменение классификационного положения дере-воразрушающих грибов и вредных насекомых леса. А зоны подтопления определяются по одному уровню грунтовых вод без учёта лесоводственных, геоботанических и лесопатологических характеристик.

Целью исследования является выявление закономерностей изменения эколого-ресурсного потенциала в зависимости от градиента влажности почвы, что необходимо для разработки способов повышения устойчивости и защитных свойств подтопленных лесов.

Для реализации цели исследования были поставлены следующие задачи:

1) выявление динамики таксационных и лесопатологических характеристик по данным длительных наблюдений на стационарных трансектах, заложенных в начале проведения экологического мониторинга МарГТУ;

2) выявление закономерностей формирования случайного отпада, вызванного неблагоприятными атмосферными явлениями (ветровал, бурелом, снеголом, снеговал), определение коэффициентов жизнеспособности, биоразноообразия, стабильности состояния, агрессивности, вирулентности и патогенности патологических факторов;

3) установление закономерностей изменения параметров депонирования, эмиссии углерода и ежегодного выделения кислорода;

4) обоснование способов повышения устойчивости и защитных свойств подтопленных лесов.

Методы исследования: натурная оценка состояния древостоев на пробных площадях и стационарных трансектах по унифицированной методике кафедры экологии, почвоведения и природопользования ПГТУ, которая включает 23 параметра таксационной, лесопатологиче-ской, хозяйственной, экологической и технической характеристик древостоев в разрезе каждой подзоны подтопления.

Научные положения, выносимые на защиту:

1) обоснование выделения подзон подтопления с учётом изменения лесоводственных и лесопатологических характеристик;

2) закономерности динамики состояния древостоев по подзонам подтопления;

3) обоснование способов повышения устойчивости и защитных свойств подтопленных лесов.

Научная новизна работы. Впервые для региона выявлены изменения лесоводственных, геоботанических и лесопатологических характеристик согласно градиенту подтопления. Для каждой подзоны установлены следующие показатели: потеря запаса древесины, фаутность, коэффициент депонирования, эмиссия углерода, ежегодное выделение кислорода, полевая агрессивность, вирулентность и патогенность патологических факторов, коэффициент биологического разнообразия, распространение вредителей и болезней леса, прирост очагов усыхания и др. Полученные данные сравнивались с показателями неподтопленных лесов соответствующего состава и возраста. Определялись технический, хозяйственный и экологический ущербы по подзонам подтопления. По тенденциям изменения патологических характеристик обосновывались необходимые лесоводственные и лесозащитные мероприятия.

Практическое значение исследования заключается в выделении подзон подтопления и оценке потерь от подтопления по средним параметрам технического, хозяйственного, экологического и энергетического ущербов. В зависимости от характера причинённого ущерба приводятся способы повышения устойчивости и защитных свойств подтопленных насаждений. Результаты диссертационной работы могут быть использованы в учебном процессе по дисциплинам «Лесоведение» и «Лесоводство», при назначении систем защиты леса, лесной таксации, в лесовозобновлении при выборе способов создания лесных культур и при селекционных исследованиях.

Обоснованность выводов и достоверность результатов исследований обеспечивается представительностью и репрезентативностью фактического материала, собранного за многолетний период экологического и лесопатологического мониторинга на стационарных объектах подтопленных Чебоксарским водохранилищем лесов, в т.ч. в рамках проекта экологического мониторинга кафедры управления природопользованием и лесозащиты МарГТУ. Материалы обработаны с использованием стандартных методов лесоводства, лесозащиты и математической статистики (Захаров, 1964; Дворецкий, 1971; Доспехов, 1974).

Личный вклад автора заключается в определении целей и задач исследования, разработке программы наблюдений, обработке и анализе полученного материала, написании научных статей и текста диссертации, формулировании выводов, рекомендаций и основных положений, выносимых на защиту.

Апробация работы. Основные результаты исследования докладывались на региональных, всероссийских и международных научно-практических конференциях: Одиннадцатые Вавиловские чтения по теме «Национальные проекты России, как фактор ее безопасности и устойчивого развития в глобальном мире» (Йошкар-Ола, 2007); «Лесные экосистемы в условиях изменения климата; биологическая продуктивность, мониторинг и адаптационные технологии» (Йошкар-Ола, 2010); «Процессы самоорганизации в эрозионно-русловых системах и динамике речных долин» (Томск, 2012), а также на ежегодных внутри-вузовских научных конференциях и заседаниях кафедры экологии, почвоведения и природопользования ФГБОУ ВПО «Поволжский государственный технологический университет».

Публикации. Основные положения диссертации изложены в шести работах, четыре из которых опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Объём и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, библиографического списка и приложения. Библиографический список включает 172 источника, в том числе 27 публикаций иностранных авторов. Работа изложена на 153 страницах машинописного текста, включает 42 таблицы и 36 рисунков.

Благодарности. Диссертант выражает глубокую благодарность за консультации, помощь и ценные советы директору филиала ФБУ «Рос-лесозащита»-«ЦЗЛ Республики Марий Эл» А. Е. Самосудову, зав. кафедрой экологии, почвоведения и природопользования ПГТУ канд. с.-х. наук, доц. Е.А. Гончарову, д-ру биол. наук, проф. Ю. П. Демакову, канд. с.-х. наук, доцентам кафедры экологии, почвоведения и природопользования И. П. Курненковой и Н. А. Гаврицковой. За содействие в сборе и обработке полевого материала, за ценные советы и практическую помощь в написании диссертационной работы особая благодарность выражается научному руководителю, д-ру с.-х. наук, проф. И. А. Алексееву.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

В связи с массовым строительством гидроэлектростанций в послевоенные годы возникла необходимость исследования прибрежных лесов водохранилищ (Бейром, 1948, 1977; Курашковский, 1953; Вендров, 1968; Бакастов, 1959; Акимов, 1962; Колосс, 1964; Афанасьев, 1966; Бурлаков, 1968; Котова, 1968). Данные мониторинга относились часто к коротким по срокам наблюдениям, носили поверхностный характер и не позволяли выявлять многие закономерности негативных изменений. Более детальные исследования подтопленных лесов проводились с 1970 по 90-е годы (Бахтиаров, 1970; Емельянова, 1972; Дробков, 1978; Петров, 1979; Арефьев, 1981; Израиль, 1986; Шурыгин, 1994; Писанов, 1996). Выделение подзон подтопления не носили комплексного характера, учитывали зачастую лишь УГВ и местоположение относительно водохранилища (Вендров, 1955; Афанасьев, 1973, Емельянов, 1979; Лесная энциклопедия. Т. 2, 1986). Исследователи в подтопленных лесах отмечают поражения дереворазрушающими гнилями и вредителями древесных пород (Рахов, 1988; Алексеев, 1989-1991, 2013; Зудин, 1978; Власенко, 1996; Дряхлов, 1997; Демаков, 2010; Захаров, 2012, 2013). Проводятся исследования лесоводственных показателей подтопленных лесов (Писанов, 1988, 1998, 2000; Самцов, Бикеев, 1991; Шурыгин, 1994; Воротников, 1997, 1999; Нгопсек, 2000; Ульянов, 2001; Захаров, 2012; Алексеев, 2013).

Предложенные мероприятия по повышению устойчивости насаждений береговой зоны не носят комплексного характера, не в полной мере

решают проблему подтопленных лесов (Рахов, 1988; Шаталов, 1990; Karol, 1995; Верхунов, 1996; Стародубцева, 1997, Gunter, Угрюмов, 1999; Xuequan, Yuan-bin, Ulrike, 2002).

В Республике Марий Эл Чебоксарским водохранилищем затоплено 24776 га; берегообрушение произошло на. 1661 га, подтопление -7458 га: слабое - 1721 га, умеренное - 2677 га, сильное - 3060 га (Лесной план РМЭ, 2008). Проводились исследования биомассы лесных насаждений, на основе которых были составлены таблицы биопродуктивности (Протопов, Зюбина, 1977; Соколов, 1978; Усольцев, 1979, 1985, 1993, 1998; Курбанов, 1994-96, 1999).

Таким образом, литературный обзор подтверждает целесообразность и новизну исследований по более сложной методике, позволяющей обосновать способы повышения устойчивости лесных насаждений в условиях избыточного увлажнения в прибрежной и островной части Чебоксарского водохранилища.

2. ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЯ

Водохранилище Чебоксарской ГЭС привело к подтоплению западной части Республики Марий Эл, относящейся к Марийской низменной зоне. Левобережная часть республики представлена в основном заболоченными лесами и озерами, которые занимают около 40% территории и имеют связь с водохранилищем через водофильтрующие слои лесных почв. В Левобережье почвы дерново-подзолистые, среднеоглеёные, супесчаные и песчаные. Над долиной Волги крутым уступом возвышается высокое Правобережье с глубокими оврагами и балками. Процесс подтопления усугубляется тем, что почвы состоят из отложений казанского и татарского ярусов верхней перми, представленные известняками и доломитами, загипсованными глинами и мергелями, песчаниками.

Климат в районе исследования умеренно-континентальный, характеризуется теплым летом, морозной зимой, с устойчивым снежным покровом и хорошо выраженными переходными сезонами: весной и осенью.

Коренными лесообразующими породами Левобережья являются сосна и ель, дуб в своём распространении ограничен, ольховые насаждения тяготеют к пониженным и подтопленным местам. Основной ландшафтный фон в природных комплексах лесной группы создаётся сосняками (40%), еловые и берёзовые леса распространены более ограниченно. Осина как более требовательная к почвам порода формирует древостой преимущественно на месте елово-пихтовых лесов. Как и осина, липа замещает ельники и сосняки-кисличники. Берёза больше распространена на песках. Из коренных лиственных пород на территории

ограниченно распространены дубравы, произрастающие в основном в Предволжье, но чистых насаждений немного, и дуб единичен среди насаждений клёна, липы, ильма, ясеня.

3. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Объектами исследования в Левобережье являлись типичные для этих мест по составу и возрасту сосновые (в основном культуры), берёзово-сосновые, елово-осиново-сосновые, берёзовые насаждения и ольшаники, расположенные на территории Кокшайского, Визимьярского, Рут-кинского и Юринского лесничеств. Сбор полевого материала произведён с 2007 по 2012 год на 17 пробных площадях, заложенных в Левобережье, и 5 пробных площадях на Правобережье. Кроме того, были использованы 6 ранее заложенных стационарных трансект, охватывающих 267 выделов на площади 1047 га, которые размещались в 1.1, 1.2, 1.3, II, III, IV подзонах подтопления, а также заложены в островных лесах 25 пробных площадей, занимающих 6,24 га.

За основу лесопатологического мониторинга принята унифицированная методика, разработанная И. А. Алексеевым и одобренная на Первой Всесоюзной конференции по проблемам лесопатологического мониторинга в 1991 году. По намеченному маршрутному ходу вдоль выдела последовательно фиксировались таксационные признаки (порода, возраст, площадь сечения, объем по окружности ствола и т.п.), категория санитарного состояния по И. А. Алексееву (устанавливалась по 17 категориям санитарного состояния для стоящих деревьев и трём категориям для валёжной древесины), балл разложения подстилки, класс роста деревьев по Крафту-Данилову (от 1а до Уб), балл кривизны по И. А. Алексееву (десятибалльная шкала), высота до первого живого сучка, средний диаметр сучьев, их число на 1 м удельной сучковой зоны, расстояние до живой кроны и т.д. Записано символикой обозначение фаут (7 групп по ГОСТ 2140-81) с указанием происхождения (9 групп по И. А. Алексееву, 2006). Также на пробных площадях и тран-сектах устанавливалось влияние деятельности вредных организмов на обследуемые объекты, фиксировалась подпологовая растительность, проводились почвенные исследования с помощью прикопок глубиной до I метра, а в подподзонах 1.1-1.3 - до 4 метров. На почвенных разрезах картировалось по сеточной системе распределение корней по состоянию (здоровые, мертвые и загнившие). При этом как категории санитарного состояния, так и количественные характеристики наличного, свежего, случайного и годичного отпадов определялись дифференцированно с разделением на группы причин образования: естественный,

случайный, патологический. Такой подход в литературе по фитопатологии и в области изобретений был отражен только в трудах профессора И. А. Алексеева (2000).

Унифицированная методика обработки полевого материала предполагает наличие данных, определяющих интегрированный показатель стабильности состояния (прогнозные характеристики), пяти многопара-метровых групп ущерба (технический, хозяйственный, экономический, энергетический и экологический), показателей приростов очагов усыха-ния, повреждений стволовыми вредителями, абиотических факторов. Осматривались растущие деревья, сухостой, валеж в различных подзонах подтопления от водохранилища по каждой из пород. Проводилась камеральная обработка данных с занесением в 25 специализированных таблиц, которые всесторонне характеризуют не только состояние одного дерева в выделе, но и всё насаждение в целом. Применялись формулы для определения массы депонирования углерода, выделения кислорода и эмиссии углерода.

4. ЛЕСОВОДСТВЕННОЕ И ЛЕСОПАТОЛОГИЧЕСКОЕ

ОБОСНОВАНИЕ ВЫДЕЛЕНИЯ ПОДЗОН ПОДТОПЛЕНИЯ

Подтопление водами искусственно созданных водохранилищ с уровнем воды выше уровня максимального половодья вызывает стабильное повышение уровня грунтовых вод (УГВ). Принято делить зону подтопления на три подзоны (сильную, умеренную, слабую), мы же увеличили их до семи:

1) подподзоны 1.1, 1.2 и 1.3 - подподзоны капиллярного подъёма грунтовых вод с устойчивым обеспечением влажности почвогрунта в свежем состоянии. От суходольных лесов отличаются повышенным количеством отпадов. Соответствуют зеленомошниковому типу леса. Сосновые культуры в подподзоне 1.3 легко поражаются корневой губкой (Не1егоЬа.ч]с1юп аппетит), а также формируются нетрадиционные типы леса;

2) подзона II - подзона влажной почвы. Соответствует чернично-долгомошниковому типу леса. В живом напочвенном покрове (ЖНП) начинают преобладать гигрофильные растения. Отмечаются крушиновые, чистотеловые и волнисто-моховые типы зарастания очагов усыха-ния от корневой губки;

3) подзона III - подзона преобладания сырых почв. Соответствует осоковым и сфагновым типам леса. Однако таких традиционных типов леса в этой подзоне мы не отмечали. В ЖНП открытых мест преобладает болотная осока. По микропонижениям неравномерно появляются

типичные болотные растения: тростник, рогоз и камыш. Типичны участки черноольхово-березово-осиновых насаждений высоких полнот. Встречается ослабленная избытком влаги ель;

4) подзона IV - подзона мокрых почв. До 50% площади занято водой. Распространены черноольховые насаждения с уровнем грунтовых вод 0,2-0,6 м. Встречаются единичные деревья берёзы пушистой, вяза гладкого, ветлы. В подлеске заросли кустарниковых ив;

5) подзона V - стоящие в воде черноольховые насаждения островных лесов.

Достоверно установлено, что по мере повышения УГВ изменяются состав и производительность древостоев, степень поражения корневыми гнилями, уменьшается доля запаса жизнеспособных деревьев, повышается доля усыхающих и свежеусохших деревьев по запасу, которые снижают индекс жизнеспособности, коэффициент стабильности породы и древостоя (закономерности изменения представлены уравнениями связи). Последний является хорошим показателем прогнозной характеристики и зависит от оптимальной полноты, жизнеспособности деревьев по запасу, возможности обеспечения после рубки благонадёжным подростом, фаутности, размеров свежего и годичного отпадов относительно растущего запаса и др. Но в полной мере таким условиям объекты исследования не отвечают.

В прибрежной и островной части водохранилища ввиду возможного затопления прекратилась всякая хозяйственная деятельность, что привело к накоплению повышенного объёма сухостойной и валежной древесины (до 80 м3/га), особенно в III и IV подзонах. Наивысший наличный отпад отмечен в 1.2-11 подзонах. Возбудители грибных болезней привязаны экологически к подзонам подтопления. Поражение сосновых культур корневой губкой (Heterobasidion annosum (Fr.) Bref.) относилось к 1.1-1.3 и II подзонам подтопления, опёнком осенним (Armillaria mellea (Vahl. ex Fr.) Karst.) - к 1.1-IV подзонам; лучевой трутовик (Inonotus radiates) больше поражал деревья в IV подзоне и т.д. В 1.2-1.3 подпод-зонах очаги усыхания от корневой губки остаются в хронически действующем состоянии, в II подзоне большая часть очагов относится к затухающим. Закономерно утверждать, что встречаемость поражения зависит от доли участия поражаемой породы в составе древостоя. Причём набор влаголюбивых ксилофагов в подтопленных лесах был существенно меньшим, чем при постоянном произрастании пород во влажных условиях. Из-за усиления ветрового режима резко увеличился случайный отпад - ветровал, бурелом, отягощаемый присутствием гнилей ствола и корней. Повышенная захламлённость водохранилища приво-

дит к «цветению» воды из-за синезелёных водорослей родов Anabaelna, Gloeocapsa, Merismopedia и др.

Адаптация грибов-ксилофагов к изменению влажности субстрата происходила быстрее и без существенных потерь, чем адаптация древесных пород. Уменьшилась встречаемость ложных трутовиков. Более всего от подтопления пострадали липа и берёза, лучше чувствовали себя вяз голый и ольха серая (Нтах=25 м, Dmax=28 см). Происходит нежелательная перестройка состава насаждения за счет увеличения доли малоценных и фаутных насаждений. Если сравнить насаждения в возрасте 35 лет, то сырорастущий запас составит в неподтопленных насаждениях в среднем 220 м3/га, в подподзонах подтопления 1.1-1.3-210 м3/га, подзоне II - 190 м3/га, III - 130 м3/га, IV - 95 м3/га. В подзоне II полностью выпали имевшиеся единичные экземпляры сосны, стала выпадать значительная часть елей; в подзоне III ель в основном отсутствует.

Вследствие подтопления изменяется средний состав насаждений за счёт увеличения участия лиственных пород, а прирост древесины падает. Доля деловых стволов в подтопленной зоне ниже, чем в суходольной части, и составляет: N=0,479±0,18, т.е ниже на 26%. Снижение запаса выражается уравнением

Y=0,896-0,064х (г = 0,923±0,0604; г/шг = 153>3,0), (1) где х=1 - подзона 0; х=2 - подзона 1.1 и т.д. Таким образом, полученные лесоводственные и лесопатологические закономерности позволяют дифференцировать подтопленные леса по подзонам подтопления.

5. ЛЕСОПАТОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОДТОПЛЕННЫХ ЛЕСОВ

По результатам обработки пробных площадей, заложенных в островной части водохранилища, была найдена закономерность связи между разрушением деревьев основных лесообразующих пород буреломом и ветровалом, снеголомом и снеговалом и диаметром ствола, которая может быть выражена математическим уравнением.

Уравнение связи подверженности сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) случайному отпаду - бурелому и ветровалу - выглядит следующим образом:

Р% = -19,25+26,98х-3,08х2 (г = 0,771±0,143; r/mr = 5,37>3,0), (2) где Р% - вероятность встречаемости бурелома, ветровала; х - от 1 до 8, где х=1 (диаметр дерева d = 12 см), х=2 (d=16 см) и т.д.

Связь абиотического разрушения сосны обыкновенной оказалась параболической. Для берёзы пушистой (Betula pubescens Ehrh.), осины обыкновенной (Populus trémula L.) и ели европейской (Picea abies (L.) Karst.) также были составлены уравнения связи.

Связь подверженности берёзы пушистой буреломам и ветровалам в зависимости от её положения относительно уреза воды оказалась менее тесной, но она показывает тенденции к увеличению абиотического воздействия. Осина разрушалась на уровне 11-13 м от уровня водохранилища больше, чем деревья, расположенные близко к воде. Ель так же по мере повышения ее расположения относительно водохранилища больше испытывала ветровые воздействия, но случайный отпад был максимальный по макропонижениям (табл. 1).

Таблица 1 - Встречаемость ветровала и бурелома в островных лесах

Чебоксарского водохранилища

Диаметр Встречаемость бурелома и ветровала по породам, %

Pinus sylvestris Betula pubescens Populus trémula Picea abies

12 4 8 1 5

16 15 12 6 18

20 39 33 28 41

24 48 57 49 58

28 33 44 48 57

32 28 33 47 62

36 11 25 31 60

40 5 14 24 63

Также были составлены уравнения связи встречаемости у основных пород (сосна, берёза, осина, ель) в островной части Чебоксарского водохранилища снеголома и снеговала в зависимости от диаметра; в частности, для сосны обыкновенной уравнение связи выглядит так:

Р% = 19,33-2,57х (г = 0,672±0,194; г/тг= 2,95 < 3,0). (3) Более всего от снеговала и снеголома пострадали тонкомерные деревья сосны. Для берёзы связь на уровне 1 -5 м от уровня воды не подтвердилась. Снеголомы осины и ели были напрямую связаны с диаметрами ствола.

Чтобы в целом охарактеризовать негативное влияние водохранилища на островную часть, был проведён анализ продуктивности в части запаса древесины на гектар площади. Найдена зависимость между продолжительностью подтопления и запасом растущего леса:

М = -92,7+123х-4,3хг (г = 0,386±0,237; г/тг= 2,42<3,0), (4)

где М - фактические данные среднего запаса насаждений островной части водохранилища, м3/га; х - показатель от 1 до 7, где х = 1 (продолжительность подтопления А - 5 лет), х = 2 (А - 10 лет) и т.д. Полученные данные показывают начало разрушения лесов, особенно после 20 лет заполнения водохранилища.

Таблица 2 - Встречаемость основных патогенов на отметках по отношению к уровни) водохранилища,% _______

Превышение от уровня вдх., м Funalia trogii (осина) Trametes trogii (береза) Inonotus radiates (ольха) Antrodia serialis (осина) Gloeophyllum sepiarium (сосна) I Gloeophyllum abietinum (ель) Lenzites betulina (береза) Piptoporus betulinus (бер. пуш.) Piptoporus betulinus (бер. пов.) Fomes fomentarius (береза) валежные гнили (осина)

1 6 5 1 17 9 6 9 15 28 18 12

3 11 5 3 15 8 8 8 17 13 15 11

5 12 5 4 9 9 6 4 6 12 13 3

7 8 4 3 6 4 4 . 3 5 7 10 2

9 5 3 2 5 3 3 2 3 4 5 3

И 5 2 3 5 1 4 1 2 3 5 1

13 4 1 4 3 2 2 3 2 2 3 2

Как показали проведённые исследования, наиболее активными разрушителями древесины в прибрежной части водохранилища стали более гигрофильные грибы - из семейств пориевых и кортициевых. Из числа распространённых гнилевых фаутов выявлена белая ядрово-заболонная гниль осины, ольхи, берёзы от гриба Funalia trogii (Berk.) Bond. В неподтопленных лесах этот гриб проявлялся значительно реже. Связь пораженное™ этим грибом берёзы пушистой (Betula pubescens (Ehrh.)) с изменением уровня относительно уреза воды выражалась уравнением

Р= 5,9-1,4х +5,951og, (г = 0,814±0,128; r/mr= 6,5>3,0), (5) где Р% - вероятность встречаемости патогена (Funalia trogii и т.д.) в процентах; х - показатель от 1 до 7 (где х = 1 (превышение от уровня воды водохранилища h - 1 м), х = 2 (h - 3 м) и т.д. Также уравнения связи были составлены для таких гнилей как: желтовато-белая заболонно-ядровая гниль от лучевого трутовика (Inonotus radiatus (Sowerby: Fr.) P.Karst.) на ольхе чёрной; бурая гниль от антродии рядовой (Antrodia serialis (Fr.) Donk.) на сосне, ели и даже на осине; поражение сухостоя и валежа древесины сосны обыкновенной столбовым грибом Gloeophyl-

lum sepiarium (Wulf.: Fr.) P.Karst.; бурая призматическая гниль от пихтового столбового гриба Gloeophyllum abietinum (Butt.) Karst, на сухостое ели европейской (Picea abies (L.) Karst.); березовый пластинчатый трутовик на древесине березы пушистой; бурая призматическая гниль от берёзовой губки Piptoporus betulinus (Bull.: Fr.) P.Karst, на берёзе пушистой и повислой и др. (см. табл. 2).

Анализ данных пробных площадей в части подверженности основных пород островной части различным патогенам позволил сделать следующие выводы.

Берёза. Вследствие длительного подтопления береза повислая заменилась на более устойчивую к переувлажнению берёзу пушистую. Основными разрушителями растущей древесины в подтопленной зоне для березы пушистой явились: Fomes fomentarius (L.:Fr.) Fr. (настоящий трутовик), Piptoporus betulinus (Bull.: Fr.) P.Karst, (берёзовая губка), а также упомянутый трутовик Трога и многие другие. Береза пушистая под действием боковых ветров в сильно подтопленных участках поражается Inonotus obliquus (Pers.) Pil. (берёзовый гриб-чага) до 15%, хотя в обычных лесах этот показатель равен 0.5-1%. На сухостое берёзы обнаружены грибы Trichaptum pergamenum (Fr.) G. Cunn. (трихаптум двоякий), Trametes gibbosa (Pers.) Fr. (трутовик горбатый) и др.

Осина. Древесина повреждается грибом Funalia trogii (Berk in Trog) (трутовик Трога). Сухостой осины поражается кроме Funalia trogii ещё и Trametes versicolor Fr. и др. Ветви деревьев разрушаются в сильно подтопленной зоне грибами: Panellus stipticus (Bull.) Р. Karst., Schizophyllum commune (Fr.) Fr. и др.

Ель. На ели нами отмечен Fomitopsis pinícola (Sw.:Fr.) Р. Karst, (трутовик окаймлённый), Gloeophyllum abietinum (Butt.) Karst, (столбовой гриб), Antrodia mollis (Fr.) P. Karst, и др.

Ольха. На стволах ольхи в подтопленной часта обнаружены грибы: Inonotus radiates (Sowerby: Fr.) P.Karst (лучевой трутовик), Funalia trogii (Berk) Bond, (трутовик Трога), Inonotus obliquus (Pers.) Pil. (берёзовый гриб-чага) и многие др., в том числе отдельно по видам на ветвях, на сухостое и валеже.

Поражение в подтопленной части валежа, бурелома, ветровала наблюдалось типичными грибами валежа: Amphinema byssoides (Pers.: Fr.) J. Erikss. (береза, ольха, осина, сосна), Amyloporia crassa (Р. Karst.) Bond, et Sing, (ель), Amyloporia xantha (Fr.: Fr.) Bond, et Sing, (сосна) и др. Для сильно подтопленных лесов, разлагающих мокрый валеж, были характерны гнили от грибов рода: Ceriporia, Climacocystis, Oligoporus, Oxyporus, Skeletocutis, Ceraceomyces и др., особенно выделялся род Pho-

liota. Среди сильных разрушителей отмечено большее распространение грибов: Polyporus squamosus Huds.: Fr. (трутовик чешуйчатый), Ischno-derma resinosura (Fr.) Karst., Phellinus ferruginosus (Schard.: Fr.) Pat. (фел-линус ржавый) и др.

Подтопление водами водохранилища в подзонах 1.2-11 вызвало развитие эпифитотий самой опасной болезни хвойных лесов - корневой губки (Heterobasidion annosum (Fr.) Bref.) (табл. 3).

Таблица 3 - Динамика прироста очагов усыхания от корневой губки

в подзонах подтопления 1.2,1.3 и II

№ пр. пл. Год возник. Площадь очагов, м2/га Ежегод. прирост очагов, м2/га Тип леса

1982 г. 1988 г. 19821988 гг. 19892004 гг.

1 1983 _ 260 52 598 зеленомошниковый

2 1980 63 1850 298 490 зеленамош.-злак.

3 1985 50 167 596 зеленомошниковый

4 1987 - 4102 251 368 зеленомош.-разнотрав.

5 1982 35 3023 498 436 зеленомошниковый

6 1990 _ _ . 599 зеленомошниковый

7 1982 48 3041 499 428 зеленомош. -разнотрав.

8 1982 77 3116 608 430 зеленамош.-злак.

9 1979 112 2939 471 441 зеленамош.-злак.

10 1980 56 2490 406 470 зеленомош.-оазнотрап.

11 1983 - 2640 528 381 зеленомошниковый

12 1986 2933 978 373 зеленомошниковый

13 1984 _ 2426 607 207 зеленомошниковый

Среднее 65 2406 447 448 зеленомошниковый

Приведенные данные показывают резкий скачок прироста очагов усыхания в течение 7 лет после заполнения водохранилища (в среднем в 11 раз). Затем, после адаптации к новым условиям влажности, прирост очагов стабилизировался, но не прекратился и вышел за пределы пробных площадей. Связь их с подтоплением доказывается влажным типом зарастания, то есть растительные и грибные индикаторы развиваются в типичных влажных условиях.

Вспышка поражения корневой губкой одновременно сопровождалась увеличением численности стволовых вредителей: большого соснового лубоеда (Tomicus piniperda L.), чёрного соснового усача (Мопо-chamus galloprovincialis Oliv.), вершинной смолёвки (Pissodes piniphilus Hbst.) и др. Ель сильно повреждалась пихтовой смолёвкой (Pissodes picea 111.), осина и ива - древоточцем пахучим (Cossus cossus L.), берёза - берёзовым заболонником (Scolytus ratzerburgi Jans.) и др.

В отношении гигрофитов в сильноподтопленных лесах имеются некоторые расхождения с данными Э. X. Пармасто (1959) и В. А. Мухина (1993). Например, в берёзово-осино-ольховых лесах редко встречались отмеченные автором влаголюбивые грибы Tyromyces, Pleurotus, Нуро-chnicium, Phlebia. Грибы-ксилофиты Fomitopsis pinicola и Hymenochaete tabacina (Sowerby: Fr.) Lev. избегали сильно увлажненных мест, поэтому отмечается их меньшее поражение в более подтопленной части.

Опытным путём была установлена математическая модель полевого показателя вирулентности биотических факторов:

Y= -12+12,1х-1,23х2 (г = 0,683±0,212; г/шг= 3,1>3), (6) где х=1 - подзона 0; х=2 - подподзона 1.1; х=3 - подподзона 1.2 и т.д.

Агрессивность биологических факторов растёт по мере повышения степени подтопления согласно математической модели

Y=-27+18,9х-1,44х2 (г = 0,610+0,147; r/mr= 4,14>3), (7) где х=1 - подзона 0; х=2 - подподзона 1.1; х=3 - подподзона 1.2 и т.д.

Полевая патогенность биотических факторов выражается математической формулой

Y= —79,7+50,9х-5,162х2 (г = 0,645+0,220; r/mr= 2,93<3), (8) где х=1 - подзона 0; х=2 - подподзона 1.1; х=3 - подподзона 1.2 и т.д.

Общая фаутность, включающая все потери качества древесины в результате подтопления, выражается уравнением связи

Y = -17,6+59,5х-5,67х2 (г = 0,752+0,164; г/шг= 4,54>3), (9) где х=1 - подзона 0; х=2 - подподзона 1.1; х=3 - подподзона 1.2 и т.д.

Биотическая фаутность, включающая все разрушающие древесину биологические потери (гнили, повреждение насекомыми и др.) по подзонам, увеличивается согласно функции

Y = -38,8+37,9х-3,116х2 (г = 0,850+0,106; r/mr= 8,09>3), (10) где х=1 - подзона 0; х=2 - подподзона 1.1; х=3 - подподзона 1.2 и т.д.

6. ОБОСНОВАНИЕ ЛЕСОХОЗЯЙСТВЕННЫХ МЕРОПРИЯТИЙ В ПОДТОПЛЕННЫХ ЛЕСАХ

Повышенный наличный отпад подтопленных лесов, более 80% которого составляет свежий отпад (Левобережье), является довольно четко выраженным индикатором подтопления. Наличный отпад, подлежащий уборке, представляет существенную величину, так же как и фаутная его часть (рис.). Данные диаграммы подтверждают значительный запас мертвого леса и «кандидатов» на усыхание. Мертвая древесина подтопленных лесов быстрее загнивает, чем в условиях суходольных лесов или

лежащая на воде, аналогично наличный отпад в подзонах 1.2-П подвержен более быстрому загниванию, нежели в Ш-1У подзонах.

60 -

* фаутная часть

наличного отпала Е наличный отпад

береза

ольха черная

Наличный отпад и его фаутная часть в III и IV подзонах подтопления

Это положение требует своевременного проведения лесозащитных мероприятий, с учётом подзон подтопления.

Подтопление лесов резко снижает активное депонирование углерода, способствуя накоплению отмерших деревьев; так коэффициент депонирования по подзонам подтопления изменялся согласно уравнению

Y=393+109,4x-13311ogx (r=0,989±0,279, r/mr=3,5>3), (11) где х=1 - подзона 0; х=2 - подзона 1.1 и т.д. Влияние подтопления лесов от водохранилища негативно сказалось на таких экологических показателях, как снижение уровня депонирования углерода и ежегодного выделения кислорода, коэффициента депонирования и жизнеспособности (расчёты и уравнения связи приведены в диссертации). В целом это отразилось на низких показателях прогнозной характеристики - коэффициенте стабильности состояния, вычисленного по 22 параметрам, предложенным проф. И. А. Алексеевым (2013), который и является основанием выбора хозяйствующего мероприятия. К назначению мероприятий следует подходить весьма осторожно, с учетом закономерностей разрушения древостоев. В частности такой подход рекомендуется с учетом шести характеристик (табл. 4).

Таблица 4 - Параметры лесопатологического состояния

и необходимые мероприятия по повышению устойчивости насаждений

№ пр. пл. Подзона Состав Возраст, лет о с ! о и т со ^ 1 Ж « и! Л -е-Ь<Й X 6 — 1 о X X В Показатель ухудшения состояния, необходим, для выбора лес.-хоз. мероприятия

19 0 90С10Б 60 1,6 0,04 1,0 0 0 (план, лес.-хоз. мероприятия)

2 1.1 53С47Б 43 0,58 0, 1 1,04 0,4 0,02 (план, лес.-хоз. мероприятия)

13 1.2 99С1Е 60 4,5 1,57 1,38 3,24 31,6 (выборочная сан. рубка)

9 1.3 98Б2Е 60 11,9 1,55 5,650 3,20 333 (выборочная сан. рубка)

10 II ЮООс 60 5,1 1,35 2,54 4,31 75,4 (сплошная рубка узкими лесосеками)

8 III 51С28Б 21Б 80 30,2 1,99 5,68 4,81 1642 (сплошная рубка узкими лесосеками)

11 III 540л46Б 30 2,9 0,1 0,1 1,62 0,04 (план, лес.-хоз. мероприятия)

15 IV 1 ОООлч 32 5,3 1,46 5,9 4,08 186 (ПРЖ с удалением сухостоя, валежа)

Примечание: Мг.о.ф-М.н.г.о. - запас факт. год. отпада, превышающий запас норм, год. отпада (м'/га); К/Сн-Кг~ф - факт. коэф. год. патологического и случайного отпадов по площади сечения среднего дерева; ку-Ю» - коэф. ежегод. факт, прироста очагов усы-хания на 1 га; (К„ „.-Кст ф)х0,01 - коэффициент стабильности состояния.

Выбор способов лесохозяйственных мероприятий в подзонах Левобережья должен строиться на формировании насаждений, образующих в процессе роста низкое количество отпада, особенно в Ш-У подзонах потопления. Возраст рубки таких насаждений должен быть на два класса ниже суходольных лесов. Характер распространения отпада является ключевым в выборе мероприятия. Так в подподзонах 1.1-1.3 усыхание носит очаговый характер, поэтому в них целесообразна рубка изолирующих полос вокруг активных очагов усыхания, полосно-куртинная и сплошная рубка узкими лесосеками, с «прирубом» скрыто-заражённой зоны (до 10 м). Лесовосстановление рекомендуется редкими культурами берёзы пушистой, осокоря и серой ольхи с примесью кустарников - ив, крушины, калины.

Во II подзоне возраст рубки березы и черной ольхи следует принять не более 60 лет, осины - 50 лет, с целью получения успешного вегета-

тивного (порослевого и отпрыскового) возобновления. Возраст рубки сосновых насаждений целесообразно устанавливать с учетом образования патологического и случайного отпадов, при превышении годичных отпадов более чем в три раза от нормативного. Междурядный уход не допускается, он заменяется куртинным уходом вокруг деревьев перспективных пород. Черноольховые насаждения (подзона Ш-1У) следует убирать более широкими лесосеками, чтобы минимизировать расходы.

В Правобережье распространение подзон подтопления более сужено. На характеристики наносимого ущерба лесам большое влияние оказывают процессы разрушения берегов и оползнеобразования. Рубки и ле-совосстановление здесь слишком затратные, поэтому большее значение имеют высокопроизводительные защитные насаждения из лиственницы, сосны веймутовой, ели колючей, вяза, с примесью липы, дуба и кустарников (черемуха, рябина, боярышник и др.), а в прибрежной полосе уместны посадки осокоря, тополя белого, ветлы и вяза с кустарниковыми ивами.

7. ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

1. Наиболее информативным признаком адаптации пород к сложившемуся подтоплению является снижение годичного отпада до показателей естественного изреживания, а также повышение отношения площади сечения ствола на высоте 1,3 м среднего растущего дерева к площади сечения среднего выпадающего за год дерева в 2,5 и более раза.

2. Степень поражения болезнями и вредителями леса увеличивается по мере возрастания уровня подтопления. Грибы из семейства Ропасеае уступают место грибам семейств Согп'а'асеае и 81егесеае. В результате вершинного типа отмирания ослабленных подтоплением деревьев стволовые вредители в первую очередь заселяют верхнюю часть ствола. Адаптация древесных пород к изменившимся условиям среды идёт медленнее, чем живого напочвенного покрова и комплекса дереворазруша-ющих грибов.

3. На подтопленных участках отмечены низкие показатели годичных и свежих запасов, в сравнении с фоновыми модальными насаждениями; опытным путём установлена зависимость годичного отпада от стадий подтопления; вычислена величина встречаемости основных патогенов и признаков ослабления в древостоях, подтопленных в различной степени.

4. Повышенный наличный отпад подтопленных лесов, более 80% которого составляет свежий отпад (Левобережье), является довольно четко выраженным индикатором подтопления. Мертвая древесина подтоп-

ленных лесов быстрее загнивает, чем в условиях суходольных лесов или лежащая на воде, аналогично наличный отпад в подзонах 1.2- II подвержен более быстрому загниванию, нежели в III-IV подзонах.

5. Количество ветровальной и буреломной древесины увеличивается пропорционально возросшей площади поверхности водохранилища и усугубляется частой встречаемостью гигрофильных трухлявых гнилей Meruliopsis albostramnea (Fr.) Bond et Song., Paxillus panuoidaes (Fr) Fr. и др.

6. В зоне сильного подтопления роль беспозвоночных в разрушении древесины минимальна, она увеличивается по мере ослабления действия подтопления. Состав возбудителей грибных болезней по мере поднятия от уровня водохранилища меняется, приближаясь к видовому составу суходолов, но полное сходство не наблюдается. В сильнопод-топленных местах преобладают лигниноразрушающие грибы, а ближе к суходолу - целлюлозоразрушающие.

7. Полученные уравнения связи проявления различных факторов среды в зависимости от лесоводственных, экологических, лесопатоло-гических характеристик насаждений могут использоваться как для прогнозной характеристики, так и для обоснования способов повышения устойчивости и защитных свойств подтопленных лесов.

8. Подтопление прибрежных и островных лесов Чебоксарского водохранилища сказалось на переформировании состава древесных пород и типов леса, резком ухудшении их санитарного состояния и экологических показателях среды (депонирование углерода, выделение кислорода и др.). В целом это отразилось на низких показателях прогнозной характеристики - коэффициенте стабильности состояния. Данный коэффициент, как и характер распространения отпада, является основанием выбора лесохозяйственного мероприятия.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

1. В целях обеспечения длительной устойчивости насаждений, создаваемых на местах сплошных рубок, а также для защиты берегов от абразивных процессов следует использовать более приспособленные и устойчивые к подтоплению породы - виды тополей, ив, ольху черную, вяз, обязательно дополняя их кустарником.

2. Своевременно очищать островные и прибрежные леса сильнопод-топленной зоны от валёжника, сухостоя и плавающей в воде древесины.

3. В подподзонах 1.1-1.2 выполнять мероприятия по защите от корневых гнилей и стволовых вредителей. Во II и III подзонах естествен-

ный процесс адаптации стимулировать периодическими выборочными санитарными рубками.

4. Выбор способов лесохозяйственных мероприятий в подзонах подтопления должен строиться на формировании насаждений, образующих в процессе роста низкое количество отпада, .особенно в III—V подзонах потопления. Возраст рубки таких насаждений должен быть на два класса ниже суходольных.

Таким образом, проблема подтопления по-прежнему остается актуальной и ее значимость возрастает с каждым весенним поднятием уровня воды. Полученные данные дают не только уверенность в негативном влиянии водохранилища на подтопленные леса, но и предоставляют основу для поиска обоснований способов повышения их устойчивости и защитных свойств.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Издания, рекомендованные ВАК РФ

1. Захаров, А. В. Социально-экологические проблемы Чебоксарского водохранилища / Л. В. Захаров, И. А. Алексеев // Известия РАН. Серия географическая. 2012. № 5. С. 90-101.

2. Захаров, А. В. Взаимосвязь возникновения случайного отпада с диаметрами основных пород островной части Чебоксарского водохранилища / А. В. Захаров, И. А. Алексеев // Вестник Казанского ГАУ. 2012. №3 (25). С. 116-121.

3. Захаров, А. В. Взаимосвязь распространения дереворазрушающих грибов основных древесных пород в прибрежной зоне Чебоксарского водохранилища / А. В. Захаров, И. А. Алексеев // Вестник Казанского ГАУ. 2013. Я»1 (27) С. 97-102.

4. Алексеев, И, А. Влияние подтопления Чебоксарского водохранилища на лесопатологические характеристики древостоев / И. А. Алексеев, А. В. Захаров, О. Н. Гусева//Вестник ПГТУ. 2013. №3(19). С. 93-101.

Прочие издания

5. Захаров, А. В. Лесопатологическая обстановка и берегоразрушение в прибрежной части Чебоксарского водохранилища / А. В. Захаров, И. А. Алексеев // Всероссийская научная конференция «Процессы самоорганизации в эрози-онно-русловых системах и динамике речных долин». Томск, 2012.

6. Захаров, А. В. Экологический мониторинг лесов берегов водохранилища Чебоксарской ГЭС / А. В. Захаров, И. А. Алексеев // Национальные проекты России как фактор ее безопасности и устойчивого развития в глобальном мире* одиннадцатые Вавиловские чтения - постоянно действующая всероссийская междисциплинарная научная конференция с международным участием, г. Йошкар-Ола, 6-9 декабря 2007 г. Ч. II. Йошкар-Ола, 2008. С. 262.

Подписано в печать 23.11.2013. Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. п. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 5250.

Редакционно-издательский центр Поволжского государственного технологического университета 424006 Йошкар-Ола, ул. Панфилова, 17

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Захаров, Александр Васильевич, Йошкар-Ола

04201455464 На правах рукописи

Захаров Александр Васильевич

ПОВЫШЕНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ ЛЕСОВ В ЗОНЕ ПОДТОПЛЕНИЯ ЧЕБОКСАРСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА

Специальность 06.03.02 «Лесоведение, лесоводство, лесоустройство и лесная таксация»

Диссертация на соискание учёной степени кандидата сельскохозяйственных наук

доктор сельскохозяйственных Научный руко- науК5 профессор Алексеев водитель: Ив£Ш а^^^

Йошкар-Ола 2013

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор

Чураков Борис Петрович (Ульяновский государственный университет)

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Закамский Владимир Александрович (Поволжский государственный технологический университет)

Ведущая организация: Филиал ФБУ «ВНИИЛМ» «Восточно-

европейская лесная опытная станция»

Защита состоится 25 декабря 2013 г. в 8 часов на заседании диссертационного совета Д 212.115.03 при ФГБОУ ВПО «Поволжский государственный технологический университет» по адресу: 424000, Республика Марий Эл, г. Йошкар-Ола, пл. Ленина, 3, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Поволжский государственный технологический университет»

Диссертация в виде научного доклада разослана 25 ноября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат сельскохозяйственных наук

Д. И. Мухортов

Оглавление

введение............................................................................................................................................................4

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА.................................................................................................................................8

2. ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЯ...........................................................................18

3. МЕТОДИКА И ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ...........................................................................................27

3.1. Методика исследования.....................................................................................................................27

2.2. Объекты исследования........................................................................................................................36

4. ЛЕСОВОДСТВЕННОЕ И ЛЕСОПАТОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЯ ВЫДЕЛЕНИЯ ПОДЗОН ПОДТОПЛЕНИЯ.................................................................................................................................................38

5. ЛЕСОПАТОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОДТОПЛЕННЫХ ЛЕСОВ...................................53

5.1. Взаимосвязь возникновения случайного отпада с диаметрами основных пород островной части Чебоксарского водохранилища...............................................................................53

5.2. Зависимость распространения дереворазрушающих грибов основных древесных пород в прибрежной зоне Чебоксарского водохранилища согласно градиенту подтопления ...........................................................................................................................................................................59

5.3. Влияние подтопления на жизнеспособность и потери древесного запаса насаждений ...........................................................................................................................................................................67

6. ОБОСНОВАНИЕ ЛЕСОХОЗЯЙСТВЕННЫХ МЕРОПРИЯТИЙ В ПОДТОПЛЕННЫХ ЛЕСАХ НА ОСНОВЕ ПРОГНОЗА.........................................................................................................................................86

6.1. Параметры ухудшения качества древесины и накопления фитомассы подтопленных насаждений...................................................................................................................................................86

6.2. Экологические показатели в системе «водохранилище - лес- среда обитания» и их использование в устойчивом управлении лесами..............................................................................90

6.3. Выбор способов рубок и возобновления........................................................................................100

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ........................................................................................................105

Практические рекомендации..................................................................................................................107

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ.....................................................................108

СПИСОК ТЕРМИНОВ.....................................................................................................................................110

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.................................................................................................................................113

ПРИЛОЖЕНИЕ 1..............................................................................................................................................126

ПРИЛОЖЕНИЕ 2..............................................................................................................................................127

ПРИЛОЖЕНИЕ 3..............................................................................................................................................131

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Строительство крупных гидроэлектростанций на равнинных реках с густо заселёнными берегами сильно затрагивает социальную и природную среды. Многолетние наблюдения и сравнения результатов исследований указывают на то, что Чебоксарское водохранилище является мощным антропогенным фактором, влияющим на лесоводственные и экологические характеристики ландшафта Ветлужско-Унженской низины и Марийского низменного Заволжья.

Непредсказуемо происходит процесс берегоразрушения, изымаются из хозяйственного оборота земельные и лесные угодья, выявляются оползневые процессы. Подтопление вызывает изменение состава древостоев и ухудшение их санитарного состояния. Следует отметить, что ранее не были в достаточной мере изучены: ход разрушения древостоев, адаптация пород к изменившимся влажностным условиям почвы, дезинтегрирующие факторы, экологические и другие показатели изменения природного ландшафта.

В связи с неполной готовностью зоны затопления и незавершенными работами по защите земель и населенных пунктов, директивными органами по соглашению с субъектами Федерации было решено заполнить в 1981 году Чебоксарское водохранилище на 2-3 года до промежуточной отметки 63,0 м. Однако по ряду причин Чебоксарский гидроузел в течение 25 лет продолжает работать при промежуточной отметке 63,0 м в неустойчивом режиме. Строительство ни одного из 19-ти объектов инженерных защит в зоне Чебоксарского водохранилища полностью не завершено (в т.ч. и для отметки 63,0 м), Чебоксарский гидроузел не сдан в постоянную эксплуатацию, а финансирование работ по обустройству зоны водохранилища прекращено (Лесной План РМЭ, 2008). Управление водохранилища (филиал ОАО «ГидроОГК») не занимается берегоукреплением, посадкой берегоукрепляющих насаждений, берегоочисткой, защитой берегов от оврагообразования и проведением лесозащитных мероприятий в прибрежной зоне.

Несмотря на то, что указанная проблема мониторинга состояния подтопленных лесов находится в поле зрения учёных и специалистов, эти исследования всё же сделаны по разовым наблюдениям, они не выявляют лесоводственных закономерностей и эколого-лесопатологических характеристик по единой методике.

Зачастую при оценке влияния водохранилищ на леса, не берутся во внимание такие важные показатели, как случайный отпад (бурелом, ветровал, снеголом) и изменение классификационного положения дереворазрушающих грибов и вредных насекомых, а зоны подтопления определяются по одному уровню грунтовых вод, без учёта лесоводственных, геоботанических и лесопатологических характеристик.

Целью исследования является выявление по выделенным подзонам следующих закономерностей: изменения экологических свойств насаждений, состава и санитарного состояния, выявление закономерностей разрушения и адаптации древесных пород, а также других экологических, технических и хозяйственных характеристик, необходимых для разработки способов повышения устойчивости и защитных свойств подтопленных лесов. Для реализации цели исследования были поставлены следующие задачи:

1) выявление динамики таксационных и лесопатологических харак-теристик по данным длительных наблюдений на стационарных трансектах, заложенных в начале проведения экологического мониторинга МарГТУ;

2) выявление закономерностей формирования случайного отпада, вызванного неблагоприятными атмосферными явлениями (ветровал, бурелом, снеголом, снеговал), определение коэффициентов жизнеспособности, биоразноообразия, стабильности состояния, агрессивности, вирулентности и патогенности патологических факторов;

3) установление закономерностей изменения параметров депонирования, эмиссии углерода и ежегодного выделения кислорода;

4) обоснование способов повышения устойчивости и защитных свойств подтопленных

лесов.

Методы исследования: натурная оценка таксационно-лесопатологического состояния древостоев на пробных площадях и стационарных трансектах по унифицированной методике кафедры экологии, почвоведения и природопользования ПГТУ, которая включает 25 параметров таксационной, лесопатологической, хозяйственной, экологической и технической характеристик древостоев в разрезе каждой подзоны подтопления.

Научные положения выносимые на защиту:

1) обоснование выделения подзон подтопления с учётом изменения лесоводственных и лесопатологических характеристик;

2) закономерности динамики состояния древостоев по подзонам под-топления;

3) обоснование способов повышения устойчивости и защитных свойств подтопленных

лесов.

Научная новизна работы. Впервые для региона выявлены изменения лесоводственных, геоботанических и лесопатологических характеристик согласно градиенту подтопления. Для каждой подзоны установлены следующие показатели: потеря запаса древесины, фаутность, коэффициент депонирования, эмиссия углерода, ежегодное выделение кислорода, полевая агрессивность, вирулентность и патогенность патологических факторов, коэффициент биологического разнообразия, распространение вредителей и болезней леса, прирост очагов усыхания и

др. Полученные данные сравнивались с показателями неподтопленных лесов соответствующего состава и возраста. Определялись технический, хозяйственный и экологический ущербы по подзонам подтопления. По тенденциям изменения патологических характеристик обосновывались необходимые лесоводственные и лесозащитные мероприятия.

Практическое значение исследования заключается в выделении подзон подтопления и оценке потерь от подтопления по средним параметрам технического, хозяйственного, экологического и энергетического ущербов. В зависимости от характера причинённого ущерба приводятся способы повышения устойчивости и защитных свойств подтопленных насаждений. Результаты диссертационной работы могут быть использованы в учебном процессе по дисциплинам «Лесоведение» и «Лесоводство» (приложение 1), при назначении систем защиты леса, лесной таксации, в лесовозобновлении при выборе способов создания лесных культур и при селекционных исследованиях.

Обоснованность выводов и достоверность результатов исследований обеспечивается представительностью и репрезентативностью фактического материала, собранного за многолетний период экологического и лесопатологического мониторинга на стационарных объектах подтопленных Чебоксарским водохранилищем лесов, в т.ч. в рамках проекта экологического мониторинга кафедры управления природопользованием и лесозащиты МарГТУ. Материалы обработаны с использованием стандартных методов лесоводства, лесозащиты и математической статистики (Захаров, 1964; Дворецкий, 1971; Доспехов, 1974).

Личный вклад автора заключается в определении целей и задач исследования, разработке программы наблюдений, обработке и анализе полученного материала, написании научных статей и текста диссертации, формулировании выводов, рекомендаций и основных положений, выносимых на защиту.

Апробация работы. Основные результаты исследования докладывались на региональных, всероссийских и международных научно-практических конференциях: Одиннадцатые Ва-виловские чтения по теме «Национальные проекты России, как фактор ее безопасности и устойчивого развития в глобальном мире» (Йошкар-Ола, 2007); «Лесные экосистемы в условиях изменения климата; биологическая продуктивность, мониторинг и адаптационные технологии» (Йошкар-Ола, 2010); «Процессы самоорганизации в эрозионно-русловых системах и динамике речных долин» (Томск, 2012), а также на ежегодных внутривузовских научных конференциях и заседаниях кафедры экологии, почвоведения и природопользования ФГБОУ ВПО «Поволжский государственный технологический университет».

Публикации. Основные положения диссертации изложены в шести работах, четыре из которых опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Объём и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка используемой литературы и приложений. Список используемой литературы включает 172 источника, в том числе 27 публикаций иностранных авторов. Работа изложена на 153 страницах машинописного текста, включает 42 таблицы и 36 рисунков.

Благодарности. Диссертант выражает глубокую благодарность за консультации, помощь и ценные советы директору филиала ФБУ «Рослесозащита»-«ЦЗЛ Республики Марий Эл» А. Е. Самосудову, зав. кафедрой экологии, почвоведения и природопользования ПГТУ канд. с.-х. наук, доц. Е.А. Гончарову, д-ру биол. наук, проф. Ю. П. Демакову, канд. с.-х. наук, доцентам кафедры экологии, почвоведения и природопользования И. П. Курненковой и Н. А. Гаврицковой. За содействие в сборе и обработке полевого материала, за ценные советы и практическую помощь в написании диссертационной работы особая благодарность выражается научному руководителю, д-ру с.-х. наук, проф. И. А. Алексееву.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

Исследования подтопленных лесов в нашей стране стали проводиться с середины 1940-х годов (Арефьева, 1951; Бейром, 1977; Акимов, 1961; Бакастов, 1959; Котова, 1968; Курашков-ских, 1953; Вендров, 1976 ; Бурлакова, 1968; Емельянов, 1970, 1979; Петров, 1979; Бахтиаров, 1970). При экологическом мониторинге состояния биосферы рассматривались следующие вопросы: слежение за динамикой уровня грунтовых вод, заражённость загрязняющими веществами, развитие сине-зелёных водорослей, бактериальное загрязнение, абразивные процессы береговой линии, изменение почвообразовательных процессов, социальные последствия негативного влияния затопления земель. Данные мониторинга часто относились к одногодичным или к коротким по срокам наблюдениям. Характеристики объектов слежения были весьма поверхностны и не позволяли выявлять многие закономерности негативных изменений. Почти все авторы (Бурлакова, 1968; Вендров, 1968) отмечали ухудшение качества питьевой воды на расстоянии от 500 м до 15 км от водохранилища. При оценке изменения категорий санитарного состояния использовалось 7 групп: от здоровых до старого сухостоя, что исключало влияние различных факторов на образование отпада (Мозолевская, 1984). Случайный отпад при оценке подтопленных лесов русскими исследователями не фиксировался, хотя имеются работы XIX века (Богаиег, 1928 и др.). По данным Э. П. Емельяновой, выявились такие негативные явления в почвообразовательном процессе, как снижение водопоглощаемости почв, концентрация верховодки и выход её на дневную поверхность, ход длительности испарения, которые по данным А. А. Роде (1937) ухудшают санитарное состояние лесов.

По наблюдениям экологов, за первые десять лет эксплуатации электростанции уровень грунтовых вод от Новосибирского водохранилища поднялся: в нижней части у плотины на 10-15 метров, в средней - 5-10 метров, в верховье - несущественно. Этот подъем более всего происходил в трещиноватых породах, галечниках и крупнозернистых песках, медленнее - в суглинках и глинах (Вострякова, 1968). При наполнении глубоководного (100 м) Красноярского водохранилища через 2 года уровень грунтовых вод поднялся на 17 метров, через 10 лет (в 1975 году) - до 60-65 метров (Бейром, 1977). В районе Дарвинского заповедника по берегу Рыбинского водохранилища уровень грунтовых вод за 10 лет эксплуатации поднялся в среднем на 8 метров (Кудинов, 1971). По данным С. X. Будыка (1956), превышение глубины созданного водохранилища над прежними бытовыми уровнями до подпора определяет величину подъёма уровня грунтовых вод. На этом фоне только незаконченностью объекта можно объяснить заявление проектировщиков в отношении подъема уровня Нижнекамского водохранилища о том, что с подъемом уровня воды "режим подтопления уменьшается" (Экологическое обоснование подъема уровня Нижне-Камского водохранилища, ОАО «Волгаэнергопроект-Самара, 2005). Однако исследователи уровня подъема воды не

уделили достаточного внимания тому, что на этот показатель влияет наличие или отсутствие водорастворимых материнских почвообразующих литогенных пород.

А. Г. Емельянов (1970, 1979) выделяет 4 фактора, наиболее усиливающих негативное воздействие на почвообразовательный процесс, состояние растительности, состояние жилых и хозяйственных строений. Это уровень водохранилища, морфология берега, гидрогеология и литология, климат. Хотя Г. Н. Петров (1979) выделяет 116 факторов, усиливающих отрицательное воздействие подтопления на объекты суши, и потому большинство авторов считает, что для планирования мероприятий по борьбе с подтоплением (и вообще с отрицательным влиянием водохранилищ на экологические характеристики) важным является выделение защитных зон до нескольких десятков километров.

Поднятие уровня воды до 1,2 м приводит к оглеению и заболачиванию п