Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Состояние и причины усыхания пойменных лесов среднего течения реки Белой (Предуралье)

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Состояние и причины усыхания пойменных лесов среднего течения реки Белой (Предуралье)"

На правах рукописи

АСКАРОВ ДАМИР ГАЛИАСКАРОВИЧ

СОСТОЯНИЕ И ПРИЧИНЫ УСЫХАНИЯ ПОЙМЕННЫХ ЛЕСОВ СРЕДНЕГО ТЕЧЕНИЯ РЕКИ БЕЛОЙ (ПРЕДУРАЛЬЕ)

Специальность 03.00.16 - «Экология»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

003174454

003174454

Работа выполнена в лаборатории лесоведения Института биологии Уфимского научного центра РАН и в Уральском институте подготовки и повышения квалификации кадров лесного комплекса

НАУЧНЫЕ РУКОВОДИТЕЛИ кандидат сельскохозяйственных наук,

заслуженный лесовод России Евгений Михайлович Дорожкин доктор биологических наук Андрей Алексеевич Кулагин

ОФИЦИАЛЬНЫЕ доктор биологических наук

ОППОНЕНТЫ: Людмила Михайловна Кавеленова

доктор биологических наук, профессор Василий Трофимович Ярмишко

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ: Саратовский государственный

университет им Н Г.Чернышевского

Защита состоится 08 ноября 2007 года в Ю00 часов на заседании диссертационного совета Д 002 251 01 при Институте экологии Волжского бассейна РАН по адресу 445003, Самарская обл, г Тольятти, ул. Комзина, 10 Тел +7-8482-489977, тел /факс +7-8482-489504, E-mail. ievbras2005@mail ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института экологии Волжского бассейна РАН, с авторефератом - в сети Интернет на сайте ИЭВБ РАН http //www ievbran ru

Автореферат разослан 01 октября 2007 года

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат биологических наук

ÄiSitei-üi

А.Л Маленев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность. Пойменные леса представляют интразональный тип растительности, выполняют водорегулирующие, руслозапщтные, берегоукрепительные функции. Долины рек представляют собой крупные депрессии рельефа и являются своеобразными коллекторами как водных, так и воздушных загрязнителей Пойменные леса вносят свой вклад в ограничение распространения загрязнителей в окружающей среде Необходимость исследования структуры и состояния пойменных лесов связана с оценкой устойчивости лесных экосистем к действию комплекса природных и техногенных факторов

Следует отметить, что выявление причин усыхания деревьев в пойменных лесах остается сложным вопросом при проведении экологических экспертиз ухудшения состояния и гибели пойменных лесов

На основании вышеизложенного определена цель работы - представить современную эколого-биологическую характеристику пойменных лесов и на основе ретроспективной оценки выявить особенности и причины усыхания лесообразующих видов древесных растений в пойменных лесах в среднем течении реки Белой (Предуралье)

Для достижения поставленной цели необходимо решение ряда задач1

1 Охарактеризовать почвенный и растительный покровы, состояние и особенности роста лесообразующих древесных пород пойменных лесов;

2 Оценить влияние малых гидротехнических сооружений на состояние древесных растений пойменных лесов,

3 На основе ретроспективного анализа выявить причины усыхания деревьев в пойменных лесах в среднем течении реки Белой (Предуралье)

Научная новизна исследований заключается в том, что было проведено комплексное изучение структуры и состояния пойменных лесов среднего течения реки Белой На основании почвенно-грунтовых, флористических, геоботанических и лесоводственных исследований выделено 14 типов леса в пойменных условиях При проведении ретроспективного анализа роста и состояния дуба черешчатого установлено, что усыхание связано с критическим ослаблением деревьев в морозные и засушливые периоды

Практическая значимость заключается в том, что в качестве ведущей причины усыхания дуба черешчатого в пойменных лесах среднего течения реки Белой выступает комплекс экстремальных воздействий природного характера (в первую очередь морозы и засуха), а лесохозяйственные мероприятия по предотвращению деградации пойменных лесов основаны на своевременном проведении санитарных рубок и рубок ухода

Положения« выносимые на защиту

1 Ретроспективный анализ роста и состояния деревьев, а также природно-климатических условий региона определяет корректность проведения экологической экспертизы причин усыхания пойменных лесов,

2 Выделение групп типов леса в пойменных условиях по гидрологическому режиму почв отражает состав и состояние пойменных лесов,

3. Усыхание дуба черешчатого в пойменных лесах среднего течения реки Белой (Предуралье) связано с морозными зимами 1968-1969 гг. и 19781979 гг и с сильной летней засухой 1975 г

Личный вклад автора. Автором определены цель и задачи, осуществлен сбор полевого материала Выполнена математическая обработка, анализ и обобщение полученных результатов Текст диссертации написан по плану, согласованному с научными руководителями

Организация исследований. Исследования проводились в рамках выполнения проектов «Состояние и прогнозирование устойчивости и продуктивности лесных насаждений естественных и техногенных ландшафтов в Республике Башкортостан» (Программа Академии наук Республики Башкортостан «Оптимизация функционирования и использования потенциала биологических систем Республики Башкортостан», 1999-2001 гг.); «Ландшафтно-экологическая характеристика и обоснование мероприятий по сохранению и восстановлению лесов водоохранно-защитных зон в Республике Башкортостан» (Программа АН РБ «Оптимизация состояния и повышение биологической продуктивности экосистем Республики Башкортостан», 2002 г.); «Устойчивость и биологическая продуктивность лесных экосистем техногенных ландшафтов промышленных центров в Республике Башкортостан» (грант РФФИ №05-04-97906).

Апробадия. В период выполнения работ с 1990 по 2006 гг. результата! исследований докладывались на Всероссийской научно-практической конференции «Биосфера и человек - проблемы взаимодействия» (Пенза, 2002), международном совещании «Биологическая рекультивация нарушенных ландшафтов» (Екатеринбург, 2003), на Всероссийской научно-практической конференции «Уралэкология. Природные ресурсы - 2005» (Уфа-Москва, 2005)

Публикации. По теме диссертационной работы автором опубликовано 6 работ, в том числе 1 статья в научном журнале, рекомендованном ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов, списка литературы, включающего 130 наименований, из которых 38 на иностранных языках, 5 приложений. Работа изложена на 106 страницах машинописного текста, содержит 17 рисунков и 3 таблицы

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ВВЕДЕНИЕ

Во введении обоснована актуальность исследований, определены цель и задачи исследований, представлены теоретическая и практическая значимость работы, а также основные положения, выносимые на защиту

ГЛАВА 1. ДЕЙСТВИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ЛЕСА РЕСПУБЛИКИ БАШКОРТОСТАН (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)

Выполнен обзор работ по проблемам оценки состояния лесов в условиях Южного Урала (Красинский, Побединская, 1950, Князева, 1950; Красинский, 1950, Виноградов, 1952, Николаевский, 1964, Глазовская, 1968, 1972, Илькун, Мотрук, 1968; Мамаев, 1969; Антапов, 1970, Илькун, 1971; Кулагин, 1974, Бондарев, 1976; Большаков и др, 1978, Большаков, 1978, Илькун, 1978; Антипов, 1979; Гудериан, 1979, Ильин, Степанова, 1982, Сергейчик, 1981; Тарабрин, 1981, Дашкевич, 1982, Кулагин, 1985; Алексеев, 1987; Беляева, Николаевский, 1987; Гетко, 1989; Никитин, 1987; Загрязнение , 1988, Алексеев, 1990, Бабушкина, Луганский, 1990, Ситникова, 1990, Хайретдинов, 1990; Безуглая и др, 1991; Варшал и др, 1993, Концепция . , 1993; Биоиндикация , 1994, Коршиков, 1994; Сергейчик, 1994; Кулагин, 1998; Горбунова, 2000, Талашкина, Чуков, 2000, Пасынкова, 2001; Усманов и др, 2001, Applied 1976, Smith, 1981; Hawrys, 1984; Hoffman, Gronlberg, 1990, Scheiber, 1990, и др) На основе критического анализа литературных данных были определены основные направления исследований.

ГЛАВА 2. ХАРАКТЕРИСТИКА ПРИРОДНЫХ УСЛОВИЙ РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ

Район исследований расположен в пределах административных границ Республики Башкортостан, на границе Европы и Азии, между 51031' и 56025' северной широты и 53010' и 60000' восточной долготы, занимая площадь 143,6 км2 (Хисматов, 1987) Протяженность с севера на юг составляет 550 км, с запада на восток - 450 км

Южные отроги Уральских гор занимают более 1/4 территории республики, около 2/3 приходится на Предуралье (юго-восточная окраина ВосточноЕвропейской равнины), и менее 1/10 - на Зауралье (Хисматов, 1979) Перепад высот от 58,7 м над уровнем моря в устье р Белой до 1640 м над уровнем моря - гЯмантау Высотная дифференциация такова доля территории с абсолютными отметками до 500 м нум составляет 81,1; от 500 до 1000 м -18,6, выше 1000 м - 0,3% от площади всей республики

Климат умеренно-теплый, континентальный. Резко выделяются холодный и теплый периоды года, осень и весна относительно скоротечны. Ярким показателем континентальности служит средняя и абсолютная амплитуда температуры воздуха, которая на Южном Урале достигает 86-88 градусов По степени континентальности Башкортостан занимает одно из первых мест в Европейской части России. Воздушные массы Атлантики оказывают значительное влияние на климат республики, особенно в теплое время года; зимой возрастает значение азиатского антициклона Суммарный объем осадков на территории РБ составляет в среднем в год 90,5 км3, причем 72% идет на испарение

В западном (равнинном) Башкортостане представлены крупные почвенные группы подзолистая, серая и черноземная По механическому составу

(соотношение физической глины и физического песка) выделяют следующие основные разновидности почв- песчаная, супесчаная, суглинистая, глинистая, доля физической глины (<0,01 мм) возрастает от 0 до 85%, а доля физического песка (>0,01 мм) соответственно падает Весной глинистые почвы холоднее песчаных, а осенью - наоборот (Богомолов, 1954; Шульгин, 1967, Бурангулова и др., 1969, Бурангулова, Мукатанов, 1975, Мукатанов, 1986,1999).

В соответствии с одной из задач исследований нами проведен анализ метеорологических данных, что позволило выделить следующие аномальные по погодным условиям годы

1 Засушливые: 1972 г (летне-позднелетняя засуха), 1975 г (весенне-летне-осенняя засуха с низким паводком), 1981 г (летне-осенняя засуха),

2 Арктические згмьи 1968-1969 гг (самые морозные декабрь 1968 г, январь 1969 г, февраль 1969 г за все рассматриваемые годы), 1971-1972 гг (один из самых холодных январей - 1972 г); 1978-1979 гг (самый холодный декабрь 1978 г с морозами в конце третьей декады ниже —45 °С

Абсолютные высотные отметки лесных территорий в районе исследований выше меженных р Белой на 6-7 метров, поэтому паводковые воды с уровнем поднятия ниже 6 м не будут заливать наиболее возвышенные местоположения, занятые чаще всего дубравами, а выше 7 м почти повсеместно будут превышать и на какое-то время затапливать всю территорию кварталов 2-8 Красноярского лесничества За 1964-1989 гг. отмечены низкие паводки благодаря чему, по-видимому, вся площадь лесов в обследованных кварталах не подвергалась затоплению Частично по наиболее низким участкам лес затапливался в 19751978 гг., когда высоты поднятия паводковых вод составили 525-585 см Кратковременно затапливались наиболее высокие местоположения в 1968, 1980, 1982, 1983, 1985, 1988 гг. Высокие паводки были в 1964-1966 гг. (881-980 см), 1979 г. (987 см), 1987 г, (914 см) В остальные годы высоты паводковых вод составили 713-835 мм, что обеспечивало затопление различной продолжительности самых высоких участков территорий обследованных лесов Самые кратковременные половодья, отмеченные для низких уровней паводковых вод, не затапливали обследованные участки. Максимальные уровни половодья за рассматриваемый период проходили наиболее рано - на 15 апреля, наиболее поздно - на 17 мая, что в целом приходится на период подготовки дуба к вегетации, до распускания его листьев. Однако, в 1964, 1965, 1979, 1987 и 1989 гг., когда отмечались высокие паводки в довольно поздние сроки их максимума, могли быть основанием задержки начала сроков вегетации подтопленных деревьев дуба и снижение приростов по диаметру особенно в области отложения ранней древесины, которая формируется у данной породы до полного облиствления

Рис. 1. Карта района проведения научно-исследовательских работ.

ГЛАВА 3. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

В главе приводится эколого-ботаническая характеристика дуба черешчатого. Отмечается, что по территории Башкирского Предуралья проходит восточная граница распространения естественного ареала дуба.

Для определения таксационных характеристик древостоев и изучения хода роста по диаметру было заложено 9 пробных площадей в кв.2-8, расположение которых представлены на рис.2. При закладке пробных площадей было охвачено максимально возможное количество типов леса, наиболее распространенных в изучаемом районе, а также большинство лесообразующих пород, в дальнейшем послуживших в качестве индикаторов изменения лесорастительной обстановки. Кроме того, в Демском лесничестве в качестве контроля заложено 3 пробные площади в дубравах, произрастающих в пойме р.Дема. В качестве примера приведено описание пробной площади 48, заложенной в кв.13 Кирзинского лесничества Караидельского лесхоза.

Рис. 2. Схематическая карта участка исследований. 1 - места отбора проб воды и почвогрунтов (в скобках номера почвенных разрезов); 2 — абсолютные отметки поверхности вод, м; 3 - нефтяные скважины; 4 - номера кварталов лесничества; 5 - границы кварталов; 6 - населенные пункты; 7 - линии гидрогеологических разрезов; 8 - насосная станция нефтяников для забора воды.

Для характеристики растительности и анализа сукцессионных тенденций на заложенных пробных площадях и точках трансект выполнено 37 полных геобоганических описаний. Описания растительности на точках трансект выполняли на площадках размером 10x10 метров, на пробных площадях - в пределах границ полного перечета древостоя.

Отбор кернов древесины производили у модельных деревьев по западному радиусу ствола на высоте 1,3 м. Измерения приростов с точностью до 0,01 мм проведены с помощью оптического микрометра MOB-1 х-15.

Фактический материал отбирали на протяжении 16 лет - в период с 1990 по 2006 гг. Все измерения проводили не менее, чем в 30 повторностях. Математическая обработка полученных данных производили с помощью статистического пакета Microsoft Excel 2000 и Statistica 6.0. На рисунках и в таблицах представлены средние данные за все годы исследований (Грейг-Смит, 1967; Плохинский, 1970; Вайну, 1979; Green, 1974).

ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 4.1. Характеристика почв пойменных лесов

Почвенный покров долины реки Белой под лесом представлен в основном темно-серыми и серыми лесными местами слабоподзоленными почвами разной степени оглеенности от поверхностно-глеевых до грунтово-глееватых. В притеррасных частях поймы и по краям зарастающих озер залегают болотные почвы

Темно-серые лесные почвы характеризуются довольно мощным гумусовым горизонтом темно-серой окраски зернистой и зернисто-комкова-той структуры В слабо-оподзоленных почвах горизонт АО-AI довольно интенсивно прокрашен гумусом, имеет мелко-ореховатую структуру со слабой кремнеземистой присыпкой. Иллювиальные горизонты коричневато-бурой окраски, ореховато-призматической структуры с иловатыми пленками (лакировкой) по граням структурных отдельностей

Темно-серые лесные почвы исследованной поймы по сравнению с плакорными имеют более мощный прогумусированный профиль, на глубине 70-95 см залегает второй гумусовый горизонт, имеющий реликтовое происхождение. Иллювиальные горизонты несут признаки оглеения (конкреции, охристые пятна, сизоватые примазки) начиная с горизонта Вь книзу профиля оглеение усиливается Изучение агрохимических свойств почв (общепринятыми методами по Е В Аринушкиной, 1960) показало, что темно-серые лесные почвы отличаются высоким содержанием гумуса (от 7,8 до 12,36%)

Иловато-болотные почвы занятые черно-олыпанииковой ассоциацией сильно переувлажнены - вода выходит на поверхность и верхние горизонты имеют жидкую консистенцию (грязь) Эта грязь богата органическим веществом и питательными элементами, имеет слабо-кислую реакцию среды, содержит очень большое количество закисного железа, слабо-засолена по хлоридно-сульфатному типу.

Таким образом темно-серые и серые лесные почвы поймы р Белой в районе с Кумлекулево характеризуются мощным прогумусированный профилем, средне- и слабокислой реакцией среды, удовлетворительным питательным режимом, отсутствием засоления Признаков длительного повышения и застоя грунтовых вод, не обнаружено, что подтверждается устойчивым аэробным режимом в профиле почв, состоянием окислительно-восстановительных систем и глубиной залегания глеевых горизонтов

4.2. Характеристика пойменных лесов в среднем течении реки Белой

Описания растительности на точках трансект выполняли на площадках размером 10x10 метров, на пробных площадях - в пределах границ полного перечета древостоя. На камеральном этапе анализа проведена эколого-флористическая классификация описаний лесов по методу Браун-Бланке (Миркин, Розенберг, 1976) Выделено 2 ассоциации. Первая ассоциация -черноолыпатиики осоковые (Canct elangatae - Alnetum (Koch, 1926) Тх et

Bodeux, 1955), вторая - дубняки ежевичные {Ruba caesis - Qurcetum robris Fedorov, 1990)

Черноольшатники осоковые (Carici elangatae - Alnetum (Koch, 1926) Tx et Bodeux, 1955) Диагностические виды асоциации ольха черная и осока удлиненная Ассоциация относится к европейскому классу черноолыпатников (союз Alnion glutinosae, порядок Alnetaha, класс Alnetea glutinosae), объединяющему сообщества лесных эутрофных болот, которые обычно формируются в притеррасных частях пойм, карстовых и прочих понижениях, где большую часть лета застаивается вода, Черноольшат-ники, относимые к этой ассоциации распространены как в Башкортостане, так и во всей Европе (Хазиахметов, и др., 1989) В районе исследований они приурочены к старичным ложбинам и понижениям. В пределах ассоциации выделены типичный вариант (Typica) и вариант с осокой береговой (Carex riparia)

Дубняки ежевичные (Rubo caests-Quercetum robris Fedorov, 1990) Диагностические виды ассоциации дуб черешчатый, ежевика, кир-казон обыкновенный Ассоциация относится к союзу, объединяющему пойменные леса в долинах рек и входящего в порядок мезофитных лесов класса широколиственных лесов. Пойменные дубняки с этим набором диагностических видов встречаются не только в Башкирии, но и в бассейне р Дон (Карлин, 1972). В районе исследований они приурочены к выровненным участкам, которые чередуются со старичными ложбинами и понижениями, занятыми черноолыпатниками, ивняками и влажными лугами В пределах ассоциации выделены типичный вариант (Турка) вариант с ивой серой и осиной

Типология лесов изучаемого района разработана на основе геоботанической классификации, а краткая характеристика основных типов пойменных лесов представлена в таблице

В лесах изучаемого района в течение ряда лет отмечается усыхание деревьев, особенно дуба. Усыхание древесных пород отмечается во всех изученных нами кварталах, но интенсивность отпада различная

Гибель деревьев дуба наиболее выражена в дубняках и липняках кирказоново-ежевичных Здесь в среднем погибло 78% деревьев В этих типах леса не отмечено насаждений, не затронутых процессом усыхания -минимальная величина отпада дуба, равная 16%, зафиксирована для дубняка V класса возраста, полнотой 0,7, состава 8Д1В1Лп в квартале 8 В то же время гибель деревьев в пределах 90-100% отмечается на 31% площади насаждений этих типов леса Здесь наиболее часто на месте дубняков возникли вязово-липовые древостой - более 80% из них таксируются этим типом леса после усыхания первого яруса из дуба, причем в настоящее время участие дуба в липняках едва достигает 1 единицы состава. В крапивно-ежевичных типах леса средняя гибель деревьев дуба ниже - 54%. В этих типах леса на площади до 17% усыхание дуба не отмечается, и лишь на 25% площади усыхающие деревья этой породы составляют 90-100%

Краткая характеристика типов пойменных лесов (кв 2-8, Красноярское лесничество)

Таблица

JfeK. ГШ Наименование типа леса Средний состав Бонитет Средняя полнота Среднее количество стволов на 1 га по породам Гидрологические условия, рельеф Почвы Подрост

1 2 3 4 5 б 7 8 9

1 Дубняк кирказоново-ежевичный 5ДЗВ2Лп ед Ос Ш 0,7 Д-130, В-130,Лп-160, Ос-2 Свежие, периодически сухие, верхние части склонов и вершины грив, край широких платообразных вершин Темно-серая лесная, сиабооподаолеиная Д, В, Лп, Чер редкий и средней густоты

2 Липняк кирказоново-ежевичный 7Лп2В1ДедЧер ш 0,7 Лп-440, В-80, Д-30 - - Лп, В, Д, Чер редкий и средней густоты, дуб часто отсутствует

3 Дубняк крашшно-ежевичный 7ДЗЛП+В н-ш 0,6 Д-100, Лп-220, В-70 Свежие, пологие часта первой припойменной террасы вне протеррасья, широкие вершины увалов Темно-серая лесная, грушово-глееватая, со вторым гумусовым горизонтом или без него Д Лп, В, Чер редкий я средней густоты, дуб часто отсутствует, но местами мелкий подрост обилен

4 Липняк крапивно-ежевичный 7Лп2Д1В п 0,5 Лп-340, Д-30, В-50 - - Лп, В, Чер, Д редкий и средней густоты, дуб часто отсутствует

5 Вязовник крапивно-ежевичный 7ВЗД+Лп ед Ол ч п 0,4 В-170, Д-60, Лп-15, Олч -10 Свежие, пологие понижения выровненных частей первой надпойменной террасы, вне области при-террасья и ее границ - Д В, Чер средней густоты, липа часто отсутствует

6 Дубняк ивово-ежевичный 6Д1В 1Лп20л ч +Ив с, Чер п 0,5 Д-120, В-80, Лп-70, Ол ч -50 Сырые, переходная зона от заболоченных лесов к лесам предыдущего типа - Д. В, Чер, от очень редкого до средней густоты, липа часто отсутствует

Продолжение таблицы

7 Липняк ивово-ежевичный 5Лп2В2ДЮл ч +Чер П 0,4 Ли-150, В-50, Д-30, 0лч-40 - - Д, В, Ли, Чер редкий и средней густоты, дуб часто отсутствует

8 Вязовник ивово-ежевичный 9В1Д+Олч.,Чер, Иве II 0,3 В-250, Д-10, Ол.ч -10 - - В, Чер - редкий или отсутствует

9 Дубняк осиново-ежевичный 7Д2В1ЛпЮс,Чер Ш 0,6 Д-130,В-110,Лп-30, 0с-50 Свежие, периодически сырые, переход к склонам и склоны грив и бортов второй надпойменной террасы Темно-серая лесная Грунтово-глееватая. Д, В, Чер, Ос, Лп - редкий и средней густоты, липа очень редко, часто отсутствует

10 Осинник ежевичный 80с2Д+В П1 0,7 Ос-320, Д-50, В-20 - - Д, В, Чер -средней густоты или обильно

11 Черноолыпатник заболоченный 80л ч 1В1Лп+Дед Чер, Ив с н 0,7 Ол ч -330, В-80, Лл-30, Д-10 Вода с поверхности, местами все лето, заболоченные, удаленные от второй надпойменной террасы части притеррасья Темно-серая лесная, поверхносгно-глееватая В, Ол ч (поросль), Чер, Ив с, все редко

12 Черноолыиатник болотный ЮОлч+ВедИвс I 0,7 Ол ч -360, В-30 Болотные, вода с поверхности повсеместно, большая часть притеррасья Иловато-болотная Олч, В, Чер, Иве -редко

13 Ивняк заболоченный ЮИвс едВ I 0,7 - Сырые, вода с поверхности к концу лета уходит, дншца логов между гривами - Ивы порослью

14 Ивняк болотный ЮИвс еДОЛч I 0,7 - Болотные, вода с поверхности все лето, края карстовых озер, части притеррасья, пологие берега стариц - Ивы порослью

Производные липняки и вязовники здесь возникли после последнего усыхания дуба в 77%, участие дуба сохранилось в среднем до 2 единиц состава. В дубняках и осинниках осиново-ежевичных гибель деревьев дуба снижается до 30%, здесь дуб в целом сохранил свои позиции несмотря на усыхание. Примерно одинакова с этим гибель дуба в ивово-ежевичных и заболоченных типах леса (29%) здесь также не произошло изменения типа древостоя после волны усыхания, а несколько повышенный отпад дуба в заболоченных олыпатниках сложного состава (с дубом, вязом, липой) хорошо объясняется низкой устойчивостью этой древесной породы в переувлажненных , заболоченных условиях

Анализируя причины и особенности усыхания древесных пород в пойменных лесах Красноярского лесничества следует отметить, что усыхание дуба в высокополнотных насаждениях не привело к обезлесиванию этих лесных площадей - здесь возникли древостой из липы и вяза Редины с полнотой 0,1-0,2 возникли после усыхания опушечных древостоев и до этого имевших сниженную полноту Это, конечно, не свидетельствует о том, что средняя полнота насаждений не снизилась, но можно утверждать даже в насаждениях, подвергнувшимся массовому усыханию дуба первого яруса, сохранилась лесная среда и в настоящее время формируются липово-вязовые насаждения с участием дуба. Исследования показали, что усыхание дубовых древостоев уменьшается по мере роста обводненности почв, вязовых, напротив, усиливается Липа и ольха имеют незначительную долю усыхающих деревьев, мало изменяющуюся в различных типах леса

Помимо геоботанических описаний и анализа причин усыхания древостоев нами были проведены исследования хода роста деревьев по диаметру Как известно, с помощью радиальных приростов деревьев можно изучать погодичные изменения погодной обстановки, выявлять кратковременные (солнечные циклы) и вековые колебания климата, диагносцировать засушливые и холодные вегетационные периоды, арктические зимы, вспышки размножения вредителей и др.

Анализировали ход роста дуба черешчатого (рис 3, 4) по диаметру в липняках кирказоново-ежевичных и было установлено, что средний радиальный прирост дуба начиная с 1958 г (первый год нашего анализа) закономерно снижался до 1977 г За это время средний прирост снизился с 3,2 до 0,8 мм. В последующие годы средний прирост стал повышаться и к 1990 -2006 гг. достиг 2,6 мм Минимальные приросты снизились за 1964-1977 гг. с 27 мм до 0,5 мм и возросли вновь к 1990 г. до 1,5 мм Кривая хода роста по максимальным радиальным приростам в основном подчинялась тем же закономерностям снижение с 4,7 мм в 1963 г до 1,4 мм в 1977 г, повышение до 5,2 мм в 1987 г. Наименьшая разница между минимальными и максимальными приростами в 0,9 мм была в 1977 г., а наибольшая в 3,5 мм в 1987 г Рассмотрим приросты дуба в аномальные годы. Здесь и далее, как на реперные, следует обратить внимание на следующие годы 1 Засушливые- 1972 г, 1975 г, 1981 г (засушливый период 1972-1976 гг); 2. Арктические зимы- 1968/1969 гг, 1971/1972 гг, 1978/1979 гг;

3 Низкие уровни паводковых вод 1967 г, 1975-1978 гг, 1984 г,

4 Высокие паводки 1964-1966 гг , 1979 г , 1987 г ,

5 Вспышка размножения непарного шелкопряда 1977 г

В 1964-1966 гг с паводками в 881-950 см средний прирост деревьев мало менялся, причем увеличились максимальные и снизились минимальные значения В следующем 1967 г с аномально низким паводком отмечается депрессия всех приростов, кроме возросшего минимального После арктической зимы 1968/1969 гг - снижение всех приростов, а вот морозы зимы 1971/1972 гг и засуха лета 1972 г не вызвали сразу значительного снижения, однако с этого времени вплоть до 1977 г происходило особенно резкое снижение радиальных приростов В последующие после 1977 г, несмотря на засухи (1981 г), арктические зимы (1968/1969 гг), низкие (1978 г,1984 г) и высокие (1979 г ,1987 г ) уровни паводковых вод, происходило увеличение всех приростов, а 1987 г с высоким паводком и жарким летом характеризовался очень большими радиальными приростами Наконец, на год вспышки размножения непарного шелкопряда, пришедшегося в 1977 г на серию засушливых лет со сниженными уровнями паводка, наблюдалась наибольшая депрессия приростов

Обобщая вышеизложенные данные по радиальному приросту дуба, можно констатировать 1) депрессия роста по диаметру приходится на засушливый период 1972-1976 гг и она сильнее там, где гидрологический режим почв более зависит от атмосферных осадков, 2) в насаждениях с переменным гидрологическим режимом почвы, периодически испытывающим пересыхание (кирказоново-ежевичные типы леса), радиальный прирост дуба следует за изменениями осадков и высотами паводков, 3) в насаждениях со свежими, периодически сырыми почвами, (осиново-ежевичные типы леса) наиболее четко прослеживается связь с режимом поемности, 4) в типах леса, отличающихся постоянством режима почвенного увлажнения (крапивно-ежевичные типы леса), радиальные приросты более всего снижаются после арктических зим и длительных засушливых периодов, 5) у деревьев дуба после отмеченной депрессии приростов, начиная с 1977-1980 гг отмечается стабилизация и некоторое увеличение радиального роста вплоть до 1990 г

В результате проведенных исследований изучены гидрогеологические, почвенные и лесорастительные условия района, проведен анализ литературных данных и климатических условий Разработаны геоботаническая классификация лесов и на ее основе типология насаждений пойменных местообитаний в Красноярском лесничестве Исследованиями установлено, что массовая гибель деревьев дуба в пойменных лесах Красноярского лесничества явилась следствием арктических зим 1968/1969 гг, 1978/1979 гг, жесткой весенне-осенней засухи 1975 г, вспышки развития непарного шелкопряда в 1977 г, наибольшая часть деревьев дуба погибла в 1969 и 1975 гг Особенности усыхания дубовых насаждений в других

Рис. 3. Ход роста дуба по диаметру ствола в липняках кирказаново-ежевичных. А - пробная площадь №90.5; Б - пробная площадь №90.6.

Юо /раа /Мб гэвч /т ухо ¿та /ях юн /97г <9Ю гш /злч /962 то Годы

Рис. 4. Ход роста дуба по диаметру ствола в дубняке крапивно-ежевичном. А - пробная площадь №90.1; Б - пробная площадь №90.8.

частях ареала этой породы, в том числе и в Башкортостане, также как и повсеместно усыхание дуба в пойменных лесах Красноярского лесничества носит длительный, многолетний характер и является следствием последовательной цепи ослабляющих и экстремальных воздействий,

приводящих к гибели деревьев дуба и проявляющихся в различной степени в разных лесорастительных условиях,

ВЫВОДЫ

1 Почвенный покров пойменных лесов представлен темно-серыми и серыми лесными почвами с мощным гумусированным профилем, средне-и слабокислой реакцией среды, отсутствием засоления. Устойчивый аэробный режим, состояние окислительно-восстановительных систем и глубина залегания глеевых горизонтов свидетельствует об отсутствии длительного повышения и застоя грунтовых вод

2 На основании флористических, геоботанических, лесоводственных, почвенно-грунтовых исследований показано, что ординировать группы типов леса в пойменных условиях следует по гидрологическому режиму почв В пойменных условиях среднего течения реки Белой выделено 14 типов леса.

3 Характер повреждений и усыхание дуба черешчатого в условиях поймы реки Белой связаны с морозными и арктическими зимами (1968-1969 гг, 1978-1979 гг) и с сильной летней засухой (1975 г). При этом следует отметить, что перечисленные экстремальные условия приводили к последовательному ухудшению состояния и гибели деревьев Природные факторы оказывают более значительное влияние на состояние дуба по сравнению с антропогенными воздействиями Так, установлено, что малое гидротехническое сооружение - плотина, которая существовала в период 1972-1988 гг, не была причиной массового усыхания дуба черешчатого и других древесных пород, оказавшихся в зоне подтопления

4. Экологическая экспертиза причин усыхания пойменных лесов должна включать ретроспективный анализ особенностей роста деревьев, характеристику почвенно-грунтовых условий, динамики природно-климатических показателей с выделением экстремальных периодов

5 Лесохозяйственные мероприятия в пойменных лесах основаны на своевременном проведении санитарных рубок в естественных насаждениях и рубок ухода в лесных культурах, что обеспечивает улучшение состояния лесонасаждений и предотвращает их деградацию

СПИСОК ПЕЧАТНЫХ РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

1 Кулагин А Ю, Аскаров Д Г., Мартьянов Н А., Хисамов Р Р Анализ усыхания деревьев в пойменных насаждениях (среднее течение реки Белой, Предуралье) // Биосфера и человек - проблемы взаимодействия Сборник материалов VI Всероссийской научно-практической конференции - Пенза- МНИЦ ПГСХА, 2002 - С. 90-92

2. Мартьянов Н А., Аскаров Д Г, Кулагин А Ю. Особенности радиального прироста древесных пород в пойменных условиях // Биосфера и человек -проблемы взаимодействия. Сборник материалов VI Всероссийской

научно-практической конференции - Пенза МНИЦ ПГСХА, 2002. - С 92-94.

3 Аскаров ДГ Образование в Уфимском лесхоз-техникуме // Лесное образование, наука и хозяйство - Уфа РИО РУНМЦ МО РБ, 2003 -С 11-14.

4 Аскаров Д Г, Мартьянов Н А Состояние лесных экосистем в условиях подтопления // Биологическая рекультивация нарушенных ландшафтов. Материалы Международного совещания. - Екатеринбург. УрО РАН, 2003 -С 5-10

5 Аскаров Д.Г., Кулагин А.А. Лесные насаждения в условиях подтопления (среднее течение реки Белой) // Всероссийская научно-практическая конференция «Уралэкология Природные ресурсы - 2005» Уфа-Москва, 12-14 октября 2005 г - Уфа, 2005 - С 152-153.

6 Кулагин А Ю , Давыдычев А Н, Дорожкин Е М., Аскаров Д Г Анализ высотно-возрастной структуры подроста широколиственных пород в водоохранно-защитных лесах Павловского водохранилища // Известия Самарского научного центра РАН Т.9 №1.2007 С 107-121

на правах рукописи

Аскаров Дамир Галиаскарович

СОСТОЯНИЕ И ПРИЧИНЫ УСЫХАНИЯ ПОЙМЕННЫХ ЛЕСОВ СРЕДНЕГО ТЕЧЕНИЯ РЕКИ БЕЛОЙ (ПРЕДУРАЛЬЕ)

Специальность 03.00.16 - «Экология»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Подписано к печати 26 09 2007 г Формат 60x84/16 Гарнитура Times New Roman Бумага белая 80 г/мг Услпечл 1,4 Уч-издл 1,3 Тираж 100 Заказ №33

Отпечатано на ризографе ИП Раянов В Р 450077, РБ, г Уфа,ул Мингажева, 100, ком 105а Тел (3472)74-68-28

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Аскаров, Дамир Галиаскарович

Введение

Глава 1. Действие экологических факторов на леса Республики 8 Башкортостан (обзор литературы)

Глава 2. Характеристика природных условий района исследований

2.1. Физико-географическая характеристика

2.2. Особенности погодных условий 1964-1990 годов

Глава 3. Объекты и методы исследований

3.1. Краткая эколого-ботаническая характеристика дуба 27 черешчатого

3.2. Характеристика пробных площадей

3.3. Методические основы получения фактического материала

3.4. Математическая обработка фактического материала

Глава 4. Результаты исследований и их обсуждение

4.1. Характеристика почв пойменных лесов

4.2. Характеристика пойменных лесов в среднем течении реки 53 Белой

4.2.1. Геоботаническая характеристика пойменных лесов

4.2.2. Характеристика лесорастительных условий и типы леса 60 района исследований

4.2.3. Анализ причин усыхания лесообразующих видов деревьев в 73 различных типах леса

4.2.4. Характеристика радиального прироста различных видов 78 деревьев в пойменных условиях произрастания

4.2.5. Биологические и экологические особенности дуба 91 черешчатого в пойменных условиях

Выводы

Введение Диссертация по биологии, на тему "Состояние и причины усыхания пойменных лесов среднего течения реки Белой (Предуралье)"

Состояние лесных экосистем определяется множеством факторов, среди которых, в последнее время, в особую группу принято выделять антропогенные. При этом достаточно часто ослабление или гибель лесов связывают с хозяйственной деятельностью человека (Антипов, 1970, 1979; Артамонов, 1976; Гудериан, 1979; Влияние., 1981; Паулюкявичус, Грабаускене, 1989; Лесные., 1990; Взаимодействия., 1995; Кулагин и др., 2000; Шеуджен, 2003; Wu et. al., 1975; Applied., 1976; Smith, 1981; Boyle et al., 1984; Nriagu, 1988). Необходимо отметить, что на периферии ареала, в переходных природных экотонных биотопах состояние биоты в первую очередь определяется внутривидовыми и межвидовыми взаимоотношениями, при этом антропогенные факторы играют второстепенную роль. Примером таких зон служат прирусловые насаждения древесных растений, где сочетание ряда природных факторов ^ определяет адаптивный потенциал, устойчивость и экологическую пластичность отдельных видов (Барбашин, 1967; Розен, 1969; Георгиевский, 1974; Свирежев, Логофет, 1978; Новосельцев, 1991; Зубчанинов, 1995; Коршиков, 1996; Усманов и др., 2001; Jansen, 1972; Barash, 1973; Avenhaus, Hafele, 1974; Snyder, 1976; Abrams, Allison, 1982; Chesson, 1986; Cropp, Gabric, 2002).

В пределах Башкирского Предуралья в лесостепной зоне смешанных лесов в водоохранных зонах преобладающими древесными породами являются сосна обыкновенная, осина, липа мелколистаная, вяз шершавый и гладкий, ольха серая и черная, различные виды тополей и ив (Кулагин и др., 2000). Несмотря на столь богатое видовое разнообразие древесной растительности особое внимание уделяется дубу черешчатому, поскольку данный вид, имеющий исключительную хозяйственную ценность, # произрастает на восточной границе своего ареала и массово усыхает.

Таким образом, сохранение дубрав на границе ареала их распространения, является приоритетной практической и теоретической задачей.

Актуальность. Пойменные леса представляют интразональный тип растительности, выполняют водорегулирующие, руслозащитные, берегоукрепительные функции. Долины рек представляют собой крупные депрессии рельефа и являются своеобразными коллекторами как водных, так и воздушных загрязнителей. Пойменные леса вносят свой вклад в ограничение распространения загрязнителей в окружающей среде. Необходимость исследования структуры и состояния пойменных лесов связана с оценкой устойчивости лесных экосистем к действию комплекса природных и техногенных факторов.

Следует отметить, что выявление причин усыхания деревьев в пойменных лесах остается сложным вопросом при проведении экологических экспертиз ухудшения состояния и гибели пойменных лесов.

На основании вышеизложенного определена цель работы представить современную эколого-биологическую характеристику пойменных лесов и на основе ретроспективной оценки выявить особенности и причины усыхания лесообразующих видов древесных растений в пойменных лесах в среднем течении реки Белой (Предуралье).

Для достижения поставленной цели необходимо решение ряда задач:

1. Охарактеризовать почвенный и растительный покровы, состояние и особенности роста лесообразующих древесных пород пойменных лесов;

2. Оценить влияние малых гидротехнических сооружений на состояние древесных растений пойменных лесов;

3. На основе ретроспективного анализа выявить причины усыхания деревьев в пойменных лесах в среднем течении реки Белой (Предуралье).

Научная новизна исследований заключается в том, что было проведено комплексное изучение структуры и состояния пойменных лесов среднего течения реки Белой. На основании почвенно-грунтовых, флористических, геоботанических и лесоводственных исследований выделено 14 типов леса в пойменных условиях. При проведении ретроспективного анализа роста и состояния дуба черешчатого установлено, что усыхание связано с критическим ослаблением деревьев в морозные и засушливые периоды.

Практическая значимость заключается в том, что в качестве ведущей причины усыхания дуба черешчатого в пойменных лесах среднего течения реки Белой выступает комплекс экстремальных воздействий природного характера (в первую очередь морозы и засуха), а лесохозяйственные мероприятия по предотвращению деградации пойменных лесов основаны на своевременном проведении санитарных рубок и рубок ухода.

Положения, выносимые на защиту:

1. Ретроспективный анализ роста и состояния деревьев, а также природно-климатических условий региона определяет корректность проведения экологической экспертизы причин усыхания пойменных лесов;

2. Выделение групп типов леса в пойменных условиях по гидрологическому режиму почв отражает состав и состояние пойменных лесов;

3. Усыхание дуба черешчатого в пойменных лесах среднего течения реки Белой (Предуралье) связано с морозными зимами 1968-1969 гг. и 1978-1979 гг. и с сильной летней засухой 1975 г.

Организация исследований. Исследования проводились в рамках выполнения проектов «Состояние и прогнозирование устойчивости и продуктивности лесных насаждений естественных и техногенных ландшафтов в Республике Башкортостан» (Программа Академии наук

Республики Башкортостан «Оптимизация функционирования и использования потенциала биологических систем Республики Башкортостан», 1999-2001 гг.); «Ландшафтно-экологическая характеристика и обоснование мероприятий по сохранению и восстановлению лесов водоохранно-защитных зон в Республике Башкортостан» (Программа АН РБ «Оптимизация состояния и повышение биологической продуктивности экосистем Республики Башкортостан», 2002 г.); «Устойчивость и биологическая продуктивность лесных экосистем техногенных ландшафтов промышленных центров в Республике Башкортостан» (грант РФФИ №05-04-97906).

Апробация. В период выполнения работ с 1990 по 2006 гг. результаты исследований докладывались на Всероссийской научно-практической конференции «Биосфера и человек - проблемы взаимодействия» (Пенза, 2002), международном совещании «Биологическая рекультивация нарушенных ландшафтов» (Екатеринбург, 2003), на Всероссийской научно-практической конференции «Уралэкология. Природные ресурсы -2005» (Уфа-Москва, 2005).

Публикации. По теме диссертационной работы автором опубликовано 6 работ, в том числе 1 статья в научном журнале, рекомендованном ВАК РФ.

Благодарности. Выражаю глубокую благодарность и признательность своим научным руководителям, кандидату сельскохозяйственных наук, заслуженному лесоводу России Е.М.Дорожкину и доктору биологических наук А.А.Кулагину, коллегам из Уральского института подготовки и повышения квалификации кадров лесного комплекса и Института биологии УНЦ РАН за содействие и полезные советы при подготовке диссертации.

Настоящая работа была выполнена благодаря советам и практической помощи со стороны Н.А.Мартьянова, Ф.Х. Хазиева, И.М.Габбасовой, А.Х.Мукатанова, Р.Ш.Кашапова, А.А.Баталова, Н.И.Федорова,

К.Г.Ведерникова, Р.В.Уразгильдина, Г.А.Зайцева, А.Н.Давыдычева, Р.Х.Гиниятуллина, Р.Н.Ситдикова, Р.С.Сарбаева, А.В.Денисовой, ' Г.Р.Гильмановой, Н.Г.Кужлевой, Н.Н.Егоровой, которым автор выражает глубокую признательность.