Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Система лесопатологического мониторинга дубрав зеленой зоны города Воронежа

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Успенский, Кирилл Викторович, Москва

/>' У

м-

/

/

Московский государственный университет леса

На правах рукописи

УСПЕНСКИЙ Кирилл Викторович

СИСТЕМА ЛЕСОПАТОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ДУБРАВ ЗЕЛЕНОЙ ЗОНЫ ГОРОДА ВОРОНЕЖА

Специальность: 03. 00. 16 - Экология

ДИССЕРТАЦИЯ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель: заслуженный деятель науки, академик АЕН РФ, доктор биологических наук, профессор Е.Г. МОЗОЛЕВСКАЯ

Москва - 1999

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ............................................................................... 4

1. ПРИРОДНО-ИСТОРИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ........................................................................ 7

1.1 Краткие сведения о природе Воронежской области........................ 7

1.2. Экологическая обстановка в окрестностях Воронежа..................... 14

1.3. Характеристика городских и пригородных дубрав Воронежа как объектов исследования................................................................. 16

2. МЕТОДИКА, ОБЪЕКТЫ И ОБЪЁМ ИССЛЕДОВАНИЙ................... 29

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОЦЕНКИ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ПРИГОРОДНЫХ ДУБРАВ ВОРОНЕЖА...................................................... 38

4. АНАЛИЗ РОЛИ ФАКТОРОВ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИХ СОСТОЯНИЕ ПРИГОРОДНЫХ ДУБРАВ ВОРОНЕЖА........................................... 55

5. ВОЗМОЖНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НЕКОТОРЫХ ГРУПП ЧЛЕНИСТОНОГИХ В КАЧЕСТВЕ БИОИНДИКАТОРОВ СОСТОЯНИЯ ДУБРАВ И УРОВНЯ ИХ РЕКРЕАЦИОНОЙ НАРУ-ШЕННОСТИ.............................................................................................. 71

5.1. Насекомые филлофаги............................................................ 71

5.2. Комплекс герпетобионтов....................................................... 81

5.3. Муравьи.............................................................................. 93

6. ПТИЦЫ КАК БИОИНДИКАТОРЫ РЕКРЕАЦИОННОЙ НАРУ-ШЕННОСТИ ПРИГОРОДНЫХ ДУБРАВ ВОРОНЕЖА....................... 103

7. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО СОЗДАНИЮ И РАЗВИТИЮ СИСТЕМЫ ЛЕСОПАТОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА В ПРИГОРОДНЫХ ДУБРАВАХ ВОРОНЕЖА....................................................................... 110

ВЫВОДЫ................................................................................ 118

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.............................. 125

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Распределение деревьев дуба разных категорий состояния на пробных площадях по ступеням толщины.................................................................................. 136

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Краткий аннотированный список видов птиц, выявленных в районе исследований.................................. 138

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы определяется необходимостью повышения устойчивости и сохранения многообразных средоформирующих, санитарно-гигиенических, ландшафтообразующих, эстетических и других экологически и социально значимых пригородных дубрав Воронежа. Естественные дубравы и парковые массивы у северной окраины города, относящиеся к зеленой зоне г. Воронежа, являются важнейшими структурными единицами системы озеленения и частью его экологического каркаса. Оптимизация стратегии сохранения и использования городских лесов на основе объективной информации об их состоянии - одна из главных задач лесного хозяйства и одно из средств жизнеобеспечения города. Такая информация может быть получена лишь на основе лесопатологического мониторинга. Его внедрению в систему лесного хозяйства, должны предшествовать разработка и апробация эффективных методов оценки и прогноза состояния леса и его динамики на конкретных объектах, в качестве которых были выбраны воронежские дубравы. Они выступают при этом в двух одинаково важных ролях: как самостоятельный и ценный объект наблюдения и контроля и как индикатор состояния окружающей среды, характеризующий ее качество /Мозолевская, 1997/.

Тема диссертации разрабатывалась как часть плановых научных исследований кафедры экологии и защиты леса Московского государственного университета леса по государственной программе «РОССИЙСКИЙ ЛЕС» (тема "Разработка методов оценки состояния лесных экосистем, их мониторинга, биоиндикации, зонирования и прогноза в разных регионах в условиях антропогенного воздействия" проект 001.03.01, 4 направление).

Цель исследований заключалась в разработке эффективной системы и апробации методов лесопатологического мониторинга в условиях дубрав, подвергающихся интенсивной антропогенной нагрузке, содержанием которого яв-

ляется наблюдение за состоянием леса, прогноз динамики развития лесных экосистем и оптимизация методов управления ими.

В процессе выполнения темы ставились следующие задачи:

1) изучить современное состояние дуба в лесных массивах в северных районах г. Воронежа и выявить факторы, способствующие нарушению его устойчивости;

2) выявить объективные показатели состояния дуба и сопутствующих ему пород и оценить их информативность и их временную и пространственную изменчивость в условиях пригородных дубрав;

3) изучить влияние антропогенного воздействия на состояние некоторых компонентов экосистем дубрав;

4) на примере некоторых групп членистоногих (филлофагов и герпетоби-онтов) и представителей орнитофауны, обитающих в дубравах, произвести оценку возможного их использования в лесопатологическом мониторинге;

5) разработать основные положения системы лесопатологического мониторинга, адаптированной к условиям дубрав Воронежа, и рекомендации по использованию данных мониторинга для стабилизации их состояния и их сохранения.

Научная новизна исследований. Проведена оценка современного состояния пригородных дубрав Воронежа и влияния на него комплекса природных и антропогенных факторов, в том числе членистоногих дендрофагов и патогенов, методов ведения лесного хозяйства в прошлом и настоящем и рекреационной нагрузки. Получены данные по видовому составу комплекса членистоногих филлофагов и фоновом повреждении и изъятии ими доли листовой поверхности лесообразующих пород в дубравах. Исследована возможность использования данных о видовом составе и численности массовых групп членистоногих герпетобионтов и орнитофауны для биоиндикации степени антропогенного воздействия на леса. Проведен отбор информативных показателей со-

стояния и антропогенной дигрессии дубрав для целей лесопатологического мониторинга.

Практическая значимость исследований заключается возможности использования предложенной системы и методов лесопатологического мониторинга для выбора обоснованных решений по обеспечению рациональной и экологически обоснованной системы ведения лесного хозяйства в пригородных дубравах Воронежа.

Апробация работы. Основные результаты исследований доложены на Всероссийской научно-технической конференции «Охрана лесных экосистем и рациональное использование лесных ресурсов» (Москва, 1994), на международной научной конференции «Влияние атмосферного загрязнения и других антропогенных и природных факторов на дестабилизацию состояния лесов Центральной и Восточной Европы» (Москва, 1996), на симпозиуме "Муравьи и защита леса" (пос. Пешки, 1998) и на ежегодных конференциях по результатам НИР в МГУЛ (в 1995, 1996 и 1999 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ.

Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю проф. Е.Г. Мозолевской за неоценимую помощь на всех этапах выполнения работы, а также доцентам Т.В. Шарапа, Н.Г. Николаевской, И.Г. Семенковой и всем сотрудникам кафедры экологии и защиты леса МГУЛ, помогавшим автору в его работе над диссертацией квалифицированными советами.

1. ПРИРОДНО-ИСТОРИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Краткие сведения о природе Воронежской области

Территория Воронежской области расположена на юго-западе Европейской части России в пределах Среднерусской возвышенности, Окско-Донской равнины и Калачской возвышенности.

Ф.Н. Мильковым и др. /1992/ на территории области выделены две ландшафтные зоны: лесостепная и степная. Из трех подзон лесостепной зоны - северной, типичной и южной - в Воронежской области представлены две: подзона типичной и подзона южной лесостепи.

В подзоне типичной лесостепи выделяются три физико-географических типично-лесостепных района: Правобережный, Левобережный, Окско-Донской плоскоместный и Прихоперский. В подзоне южной лесостепи выделяют два физико-географических района: Калитвянский и Калачский южно-лесостепные. В степной зоне также два: Правобережный, Богучарский и Левобережный, Петропавловский районы.

Территория города Воронежа расположена в Левобережном террасовом типично-лесостепном районе подзоны типичной лесостепи. Район представляет из себя древнюю долину рек Воронежа и Дона, состоящую из широкой поймы, с её лугами и левадами, нижних песчаных и верхних лёссовых надпойменных террас. Ширина района с запада на восток 25 - 30 км. Через весь район с севера на юг тянется песчаный озовый вал; слагающие его водно-ледниковые пески грубее и древнее террасовых песков. Здесь расположены такие крупные лесные массивы, как Усманский бор и Воронежская нагорная дубрава.

По своему рельефу Левобережный террасовый типично-лесостепной район принадлежит Окско-Донской низменности, хорошо выраженной в рель-

ефе области. Это слегка волнистая, слабо расчлененная оврагами и балками низменная равнина. Абсолютная высота её не достигает 180 м. Нередко междуречья низменности приобретают характер плоских поверхностей. Речные долины неглубоки, и врез их не превышает 50 - 60 м. В рельефе ведущую роль играют широкие песчаные террасы. На плоских междуречьях широко распространены неглубокие блюдцеобразные понижения - западины. Многие из них заболочены и поросли осиновыми кустами.

Равнинность рельефа низменности предопределена геологическим строением и историей её развития. В основании низменности залегает Окско-Донская впадина, заполненная мощной толщей неогеновых и четвертичных рыхлых отложений. Она испытала меньшие поднятия, чем Среднерусская и Калачская возвышенности. В результате этого глубина эрозионного расчленения рельефа здесь небольшая. Кроме того, существовавшие ранее понижения рельефа были заполнены во многих местах ледниковыми отложениями и выровнены.

80 % территории Воронежской области покрыто черноземами и близкими к ним лугово-черноземными почвами. В северной половине области преобладают типичные черноземы. Мощность гумусового и переходного горизонта (А+АВ) около 70 - 90 см, содержание гумуса в пахотном слое около 7-8 %, а запасы его в метровой толщине достигает 470 - 560 т/га. На слабодренирован-ной Окско-Донской равнине черноземы часто располагаются в полосе с лугово-черноземными почвами. Формирование последних происходит в местах неглубокого залегания грунтовых вод (3 - 5 м) и повышенного поверхностного увлажнения. По мощности гумусового слоя и содержанию гумуса (до 8 - 10%) лугово-черноземные почвы превосходят черноземы, а средние запасы гумуса в метровой толщине достигают 600 - 750 т/га.

В лесах и на полях, сравнительно недавно освободившихся из-под леса, распространены серые лесные почвы. В воронежских дубравах преимущест-

венно встречаются тяжело-суглинистые и глинистые темно-серые лесные почвы. Гумусовый горизонт у них достаточно мощный - до 50 - 60 см, с орехова-той структурой и с присыпкой из кварца, кремнезема и полевых шпатов в нижней части.

Реки Воронежской области принадлежат бассейну Дона. Это типично равнинные реки с небольшими уклонами русла и медленным течением. Русла рек извилисты с многочисленными отмелями и затонами. Нередко вдоль русел располагаются озера - старицы. Ярко выражено весеннее половодье. Реки области не отличаются полноводностью, водность их почти в два раза ниже средней водности рек страны.

На территории области выделяют 5 гидрологических районов /Курдов, 1984/: Девицкий, Чернокалитвянский, Подгоренский (все три - на Среднерусской и Калачской возвышенностях), Воронежский и Битюго-Хоперский (оба -на Окско-Донской равнине). Воронеж расположен на территории Воронежского гидрологического района, для которого характерна сравнительно высокая густота речной сети (0,26 км/км ). Реки питаются в основном из недостаточно обильного флювиогляциально - неогенового водоносного горизонта.

Основной водной артерией изучаемой территории является река Воронеж - левый приток Дона. Направление течения - с северо-востока на юго-запад. Река Воронеж повлияла на формирование коренного склона и ландшафтов левобережных боровых надпойменных террас. После создания в 1972 г. Воронежского водохранилища под водой оказалась пойма р. Воронеж от г. Воронежа до села Чертовицкого. Водохранилище вытянуто в меридиональном направлении на 35 км. Средняя ширина его - 2 км, средняя глубина 2,9 м. Площадь зеркала воды при нормальном подпертом уровне, равном 93 м, составляют 70 км2 с по-

о

лезным объемом воды 204 млн. м . По своим параметрам водохранилище относится к проточному типу. Каждый год весной вода полностью обновляется. Категория водопользования - рыбохозяйственный водоем (I категория).

После его заполнения под водой оказались 23,5 км2 превосходных пой-

2 2

менных лугов, 2,69 км лесов и 2,14 км огородов и пашни. Водохранилище позитивно влияет на повышение влажности корнеобитаемой толщи почвы. Отрицательное влияние водохранилища сказывается в подтоплении, а местами и заболачивании низких левобережных территорий. Здесь происходит сдвиг почвенных процессов в сторону большей гидроморфности, в результате чего в полосе шириной несколько десятков метров исчезли естественные лесные насаждения, и на смену им пришла болотная растительность. На значительных площадях прибрежной зоны наблюдается изменения состава и строения фитоценозов.

Климат Воронежской области умеренно-континентальный. В среднем за год продолжительность солнечного сияния - около 1900 часов, для сравнения: в Горном Крыму - 2550 - рекордная сумма часов солнечного сияния для всей Европейской части СНГ /Мильков и др., 1992/. На климат территории Воронежской области большое влияние оказывает азорский минимум и монгольский максимум атмосферного давления. Летнее повышение температуры вызывается тропическим воздухом, проникающим из Средиземноморья. Юго-восточные ветры приносят из пустынь Средней Азии засуху. Воздушные потоки с Атлантики приносят пасмурную погоду, снегопады, а летом - облачность и дожди. Суммы активных температур велики и колеблются от 2500 до 3000 градусов. Средняя температура июля + 19,8 °С, января - -9,5 °С. Среднегодовая температура изменяется в пределах + А...+ 5 °С.

Годовая сумма осадков - 600 - 650 мм. Больше всего осадков выпадает в июле (72 мм). Минимум осадков приходится на февраль (20 - 25 мм). Снежный покров лежит около четырех месяцев. Глубина его примерно 25 см.

На климат г. Воронежа заметное влияние оказывает Воронежское водохранилище. Наиболее устойчиво влияние водохранилища на ход метеорологических элементов ощущается в первых сотнях метров прибрежной зоны

/Курдов, 1995/. На левом берегу граница его влияния отодвигается вглубь берега. На правом местами заросшим лесом берегу микроклимат зависит от состояния береговых склонов. Весной наблюдается небольшое понижение среднесуточных температур (на 0,1 - 0,3 °С). Осенью, напротив, температура воздуха чуть понижается у берега, а ночью - повышается. Влажность воздуха несколько увеличивается в мае-сентябре.

Дубравы Воронежской области приурочены к высоким пересеченным балкам и западным берегам рек. Они начали формироваться по мере отступления ледника и углубления речных долин, на более дренированных и не заросших травами верхних частях и размывах береговых крутосклонов, сложенных большей частью суглинками и глинами. Позднее леса распространились в сторону водоразделов, а также по склонам, приняв участие в образовании геологически более молодых пойменных и левобережных песков /Вересин, 1971/.

Формирование дубрав центрально-черноземной лесостепи связывают с голоценом т послеледниковой эпохой, начавшейся примерно 12-14 тыс. лет назад /Вересин, 1971/ по окончании последнего оледенения; или даже с еще более древним временем - последней межледниковой эпохой, примерно на отрезке 200-150 тыс. лет назад. Очагами, из которых шло расселение дуба, могли служить сохранившиеся еще с доледниковых времен остатки дубрав на юге Средне-русской возвышенности и Донецком кряже, которые не были покрыты льдом и где нашли убежища некоторые виды древесных пород.

Изучаемые дубравы расположены на правом берегу р. Воронеж. Превышение ближайших точек территории над уровнем реки здесь, в среднем, равно 25- 35 м /Басов, 1939/. Крутой подъем правого берега часто идет под углом 3060, а в некоторых точках даже 80 градусов.

Возвышение водораздела над уровнем реки достигает 75 м. Расстояние водораздела Воронеж-Дон от реки Воронеж составляет 3-7,5 км. При таких условиях сброс дождевых и талых вод проходит по большим уклонам поверхно-

сти земли. В результате действия стекающей воды правый берег изрезан оврагами. Наличие леса по правому берегу и по крутым склонам предохраняет берег и овраги от дальнейшего размыва.

Мощность флювио-гляциальной толщи на правом берегу реки Воронеж достигает 112 м, основанием для