Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Состояние, рост и продуктивность древостоев на песчаных почвах Марийского Заволжья

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Содержание диссертации, кандидата сельскохозяйственных наук, Чешуин, Евгений Николаевич

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА.

2.ПРОГРАММ А, РАЙОН, ОБЪЕКТЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1. Программа исследований.

2.2. Физико-географические условия района исследования.

2.3. Характеристика объектов исследования.

2.4. Методика исследования.

3. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ОРГАНИЗАЦИИ СТРУКТУРЫ ЛЕСОВ И ВРЕМЕННОЙ ДИНАМИКИ НАСАЖДЕНИЙ НА ПЕСЧАНЫХ ПОЧВАХ МАРИЙСКОГО ЗАВОЛЖЬЯ.

3.1. Структурная организация лесов.

3.2. Продуктивность и рост насаждений.

4. СОСТОЯНИЕ, ПРОДУКТИВНОСТЬ И ДИНАМИКА СМЕШАННЫХ ЛЕСНЫХ КУЛЬТУР В БОРАХ МАРИЙСКОГО ЗАВОЛЖЬЯ.

4.1. Сохранность пород и ее динамика.

4.2. Продуктивность древостоев и ход роста деревьев.

4.3. Размерная структура и санитарное состояние древостоев.

4.4. Взаимное влияние деревьев сосны и березы в культурах.

5. ВЛИЯНИЕ ЭДАФИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА СОСТОЯНИЕ

И ПРОДУКТИВНОСТЬ ЛЕСНЫХ КУЛЬТУР.

5.1. Физико-химические свойства почвы и изменчивость их показателей.

5.2. Влияние физико-химических свойств почв на высоту сосны и березы в культурах.

5.3. Влияние древесных пород на физико-химические свойства боровых почв.

5.4. Влияние рельефа местности на продуктивность культур сосны и березы

Введение Диссертация по биологии, на тему "Состояние, рост и продуктивность древостоев на песчаных почвах Марийского Заволжья"

Актуальность выбранной темы. Лес - основной компонент среды, хранитель биологического разнообразия, естественный регулятор многих биосферных процессов и источник разнообразных возобновляемых ресурсов, способных удовлетворять потребности человечества. Одной из важнейших задач лесной экологии является познание закономерностей структурно-функциональной организации и динамики лесных биогеоценозов, связей в системе «почва-древостой», а также описание происходящих процессов и явлений в форме математических моделей, позволяющих обоснованно подходить к разработке практических мероприятий по повышению продуктивности и устойчивости лесов, усилению их защитных и средообразующих функций. Современные взгляды на устойчивое, рациональное и неистощительное лесопользование, нашедшие отражение в Федеральной целевой программе «Леса России» (1997) и «Концепции устойчивого управления лесами Российской Федерации» (1998), подтверждают практическую актуальность данных вопросов.

Цель исследований заключается в выделении факторов, определяющих породный состав лесов на песчаных почвах Марийского Заволжья, их продуктивность и жизнеспособность. Для ее реализации были поставлены следующие задачи:

1) изучить закономерности временной динамики таксационных показателей древостоев в борах Марийского Заволжья и оценить количественно в форме математических моделей действие определяющих их факторов;

2) оценить состояние и проанализировать динамику опытных сосново-березовых и сосново-кустарниковых культур, созданных по проекту Татарской ЛОС в 1976-1978 гг. на песчаных почвах Марийского Заволжья;

3) оценить количественно и выразить в форме математических моделей действие эдафических факторов, оказывающих влияние на рост деревьев сосны и березы в чистых и смешанных лесных культурах;

4) изучить особенности влияния деревьев сосны и березы на физико-химические свойства песчаных почв Марийского Заволжья.

Научная новизна. Впервые для изученного региона построены на типологической основе математические модели хода роста деревьев сосны и березы в составе смешанных насаждений, а также оценено влияние породной структуры на рост и продуктивность древостоев; выделены и оценены количественно эдафические факторы, определяющие продуктивность смешанных лесных культур на песчаных почвах; установлен характер взаимосвязей между различными физико-химическими параметрами почв и оценено влияние на них деревьев сосны и березы.

Практическое значение результатов исследования состоит в разработке математических уравнений временной динамики таксационных показателей древостоев в различных типах лесорастительных условий борового ряда, которые могут быть использованы в качестве моделей формирования наиболее продуктивных древостоев на песчаных почвах региона. Разработан комплекс мероприятий по улучшению состояния и повышению продуктивности смешанных сосново-березовых и сосново-кустарниковых культур в сухом и переходном от сухого к свежему борах, создание которых направлено на снижение горимости лесов и увеличение биологического разнообразия.

Обоснованность выводов и достоверность результатов исследования обеспечивается большим объемом экспериментального материала, использованием стандартных методов исследований, приемов и критериев математической статистики.

Апробация. Основные результаты исследований доложены на научно-технической конференции МарГТУ (Йошкар-Ола, 2004); научных чтениях «Проблемы использования, воспроизводства и охраны лесных ресурсов

Волжско-Камского региона» (Казань, 2004); международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы лесного комплекса», (Брянск 2004); международной научно-практической конференции: «Лесопользование, экология и охрана лесов: фундаментальные и прикладные аспекты» (Томск, 2005); международной конференции: «Кадровое и научное сопровождение устойчивого управления лесами: состояние и перспективы». (Йошкар-Ола, 2005); всероссийской междисциплинарной научной конференции «Девятые Вавиловские чтения» (Йошкар-Ола, 2005); научных чтениях «Пути рационального воспроизводства, использования и охраны лесных экосистем в зоне хвойно-широколиственных лесов» (Казань, 2006), всероссийской научно-практической конференции «Современные проблемы почвоведения и экологии» (Йошкар-Ола, 2006) научно-практической конференции «Проблемы использования, воспроизводства и охраны лесных ресурсов» (Казань, 2006).

Внедрение результатов работы. Результаты работы внедрены в Темниковском лесхозе Республики Мордовия.

Личный вклад автора заключается в постановке цели, формулировании задач, разработке программы исследования, сборе экспериментального материала, его обработке и анализе, подготовке научных публикаций, формулировании выводов и основных положений диссертации.

Публикации. Основные положения диссертации изложены в 10 публикациях, в том числе в издании, рекомендованном ВАК РФ.

Научные положения, составляющие предмет защиты:

1) математические уравнения, отображающие закономерности сложения породной структуры древостоев, их продуктивность и ход роста деревьев сосны и березы в различных гигротопах борового ряда;

2) оценка эффективности создания смешанных сосново-березовых и сосново-кустарниковых лесных культур на сухих песчаных почвах Марийского Заволжья;

3) результаты анализа взаимосвязей в системе «почва-древостой» в боровых условиях и выделение основных факторов, влияющих на успешность роста деревьев сосны и березы.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы и 10 приложений. Она изложена на 207 листах машинописного текста, включает 43 таблицы, 42 рисунка и 35 страницы приложений. Список используемой литературы включает 276 наименований, в том числе 22 источника на иностранном языке.

Заключение Диссертация по теме "Экология", Чешуин, Евгений Николаевич

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. В сложении древостоев естественного происхождения в борах Марийского Заволжья принимают участие 5-6 древесных пород. В условиях сухого и заболоченного боров преобладают однопородные древостой (60,9.78,1%), представленные в основном чистыми сосняками, а в остальных ТЛУ - двухпородные сосново-березовые насаждения (49,2.64,1%).

2. Распределение насаждений по доле участия в них главной породы (сосны) имеет во всех ТЛУ, кроме А3, j-образный (восходящий) вид, описываемый степенной функцией Y = а X ъ. Для сопутствующей породы (березы) в этих же лесорастительных условиях характерна обратная L асимптотическая зависимость Y = К • ехр[-а-(Х-с) ] + т. Во влажных борах (А3) функция распределения доли участия пород имеет сложный (полимодальный) характер и описывается полиномом третьей степени.

3. Для математического описания хода роста насаждений по высоте и продуктивности наиболее адекватной является модифицированная функция Митчерлиха: Y = К-{ 1-ехр[-Ь -(А/100)]}\ а по диаметру - степенная функция: Y=a-[(A-c)/100]b.

4. Существенное влияние на продуктивность сосново-березовых насаждений по типам лесорастительных условий оказывает доля участия березы в составе: в свежем бору (А2) практически в течение всей жизни древостоя (до 70.80 лет) чистые сосняки имеют более высокую продуктивность по сравнению со смешанными, а затем максимальный запас отмечается при доле березы в количестве 1.2 единиц; во влажном (А3) и сыром (А4) бору до 40.60 лет наиболее продуктивными являются древостой со значительной долей участия березы (5.9 единиц), в дальнейшем - с долей участия березы 1. .2 единицы.

5. В древостоях искусственного происхождения - смешанных культурах сохранность деревьев сосны в ТЛУ А] и А]2 независимо от схемы смешения значительно выше, чем у березы. Введение кустарников (бузины красной, лоха узколистного, ивы остролистной), а также клена ясенелистного, вводимых в качестве примеси в состав лесных культур, кроме ивы розмаринолистной нецелесообразно, так как они выпадают в первые 3.10 лет.

6. Рост деревьев сосны в искусственных насаждениях в условиях А] и Ai2 характеризуется большей интенсивностью роста, чем у деревьев березы, которая начинает уступать им уже в раннем возрасте: в условиях сухого бора начиная с 4 лет, а в ТЛУ А,2 - с 12 лет.

7. Жизнеспособность и жизнестойкость (конкурентоспособность) деревьев сосны в смешанных культурах в ТЛУ А] и А]2 значительно выше, чем у деревьев березы, которые по своему состоянию являются физиологически ослабленными.

8. Высота и диаметр сосны в смешанных культурах, вне зависимости от ширины кулис, уменьшается от краев к центру, что связано с увеличением внутривидовой конкуренции.

9. Деревья березы, по сравнению с сосной, более отзывчивы на содержание в почве элементов питания.

10. На высоту деревьев березы наибольшее влияние оказывают три элемента почвенного питания: кальций, калий и фосфор. В горизонте А1А2 наибольшее влияние оказывают ионы кальция и обменный калий, а в горизонте А2В - обменный калий и подвижный фосфор. На высоту деревьев сосны оказывает влияние содержание обменного калия и физической глины в горизонте А1А2. Данные зависимости описаны сложными мультипликативными функциями, позволяющими провести расчеты потребности древесных растений в основных элементах почвенного питания.

11. Береза своим опадом улучшает физико-химические свойства почвы, что способствует удержанию и накоплению влаги в почве. Это влияние зависит от состояния деревьев березы и участия ее в составе смешанного древостоя.

РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Для увеличения продуктивности смешанных сосново-березовых насаждений в условиях свежего бора (А2) рекомендуется вне зависимости от возраста поддерживать долю участия деревьев березы в 2.3 единицы, в условиях влажного бора (Аз) в молодняках и средневозрастных насаждениях - 3.4 единицы, а в приспевающих и спелых - 2.3 единицы березы. В ТЛУ А4 оптимальным в молодняках является присутствие березы в количестве 3.4 единиц, а в средневозрастных, приспевающих и спелых насаждения -2.3 единицы.

2. При создании лесных культур в сухих и свежих борах для снижения горимости насаждений и увеличения уровня биологического разнообразия в них целесообразно использовать следующие схемы смешения: 1 ряд сосны обыкновенной чередовать с 1 рядом ивы розмаринолистной, 2 ряда сосны обыкновенной с одним рядом березы или 3.5 рядов сосны обыкновенной с 1.2 рядами березы повислой.

3. Для успешного произрастания деревьев березы в смешанных лесных культурах и в противопожарных заслонах на бедных дерново-слабоподзолистых песчаных почвах Марийского Заволжья и в сходных с ними условиях необходимо следующее содержание элементов питания на 100 г почвы: в гумусовом горизонте (А1А2) ионов кальция - не менее 2,1 мг-экв., обменного калия - не менее 5,2 мг; в горизонте А2В обменного калия не менее 3,5 мг, а подвижного фосфора не менее 4,7 мг.

4. При недостатке данных элементов целесообразно адресно вносить под ряды березы калийные минеральные удобрения в количестве 160 кг/га д.в., фосфорные - 60 кг/га д.в., известь - 5,7 т/га.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата сельскохозяйственных наук, Чешуин, Евгений Николаевич, Йошкар-Ола

1. Агроклиматический справочник по Марийской АССР. Йошкар-Ола: Марийск. кн. изд-во, 1961.- 128 с.

2. Алексеев, А.С. Математические модели и методы в лесном хозяйстве: Учебное пособие. / А.С. Алексеев Л.:ЛТА, 1988. - 88 с.

3. Алексеев, В.А. Диагностика жизненного состояния деревьев и древостоев / В.А. Алексеев // Лесоведение. 1989. - № 4,- С.51-57.

4. Алексеев, И.А. Лесохозяйственные и лесокультурные способы борьбы с корневой губкой / И.А. Алексеев // Борьба с корневой губкой в лесах Черниговской обл. -Киев, 1966.-76 с.

5. Алексеев, И.А. Обследование пораженных корневой губкой сосновых насаждений / И.А. Алексеев // Лесоводство и агролесомелиорация. Киев. - 1975. - вып. 40. - С. 15-21.

6. Антанайтис, В.В. Математические модели текущего прироста некоторых древесных пород / В.В. Антанайтис // Лес. хоз-во. -1971. № 2. - С. 49-52.

7. Антанайтис, В.В. Прирост леса. / В.В. Антанайтис, В.В. Загреев М.: Лес. пром-сть, 1969. 240 с.

8. Анучин, Н.П. Лесная таксация: Учебник для вузов / Н.П. Анучин. 5-е изд., доп. -М.: Лесн. пром-сть, 1982. - 552 с.

9. Аринушкина, Е.В. Руководство по химическому анализу почв/ Е.В. Аринушкина. -М.: Изд-во МГУ, 1970.-490 с.

10. Ахромейко, А.И. Физиологическое обоснование разведения сосны в степях. Бузулукский бор / А.И. Ахромейко.- М.-Л., сб. тр. ВНИИЛМа, т. 3,1950.

11. Бабинцева, P.M. Формирование молодняков хвойных пород / P.M. Бабинцева, А.И. Бузыкина, Г.А. Владимирова и др. Новосибирск.: Наука, 1982. - 135 с.

12. Баранецкий Г. Г. Новые механизмы химического взаимодействия растений. / Г.Г. Баранецкий// Матер. 39 Науч.техн. конф. Львов, лесотехн. ин-та. Львов.- 1987 С. 51-53.

13. Барнишкис, Е.К. Выживание деревьев при естественном изреживании в сосновых насаждения / Е.К. Барнишкис // Лесоведение.-1972. №5. С.33-41.

14. Березовская, Ф.С. Моделирование динамики древостоев: эколого- физиологический подход. / Ф.С. Березовская, Г. П. Карев, А.З. Швиденко М.: ВНИИЦлесресурс, 1991.- 83 с.15