Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Влияние рубок ухода на состояние и устойчивость сосновых насаждений, ослабленных промышленными выбросами

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

Автореферат диссертации по теме "Влияние рубок ухода на состояние и устойчивость сосновых насаждений, ослабленных промышленными выбросами"

ВСЕРОССИЙСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ШАШНИ НАУЧНО-ИССВДОБАТЕЛЬСЫЙ ИНСТИТУТ ЛЕСОВОДСТВА МЕХАНИЗАЦИИ ЛЕСНОГО ХОЗЯЙСТВА '

КСШ1КОВ Леонид Леонвдович

Влияние рубок ухода на состояние и устойчивость сосновых насазденпй, ослабленных промышленными выбросами ' чЧ

Специальность.06.03.03 - "Лесоведение п лесоводство; лесше пожары и борьба с нш,ш"

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата' сельсгдхозяйс твешшх наук

1 1-

На правах рукописи

Москва - 1924

Работа выполнена в отделе экологии леса и охраны природы Всероссийского ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательского института лесоводства и механизации леоиого хозяйства

Научный руководитель - доктор биологических наук, .

профессор Н.Л.Воронков

Официальные оппоненты- доктор сельскохозяйственных -

наук Н.М.Набатов - кандидат сельскохозяйственных наук В.И.Желдак

Ведущее предприятие - Нижегородское управление лесного хозяйства

Защита состоится " ¿л0/0<?</!1994 года ъУО часов на; заседании специализированного Совета К С2&.01.01'. при Всероссийском ордена Трудового Красного .Знамени научно-исследовательском институте лесоводства и'механизации лесного хозяйства по адресу: 141200, г. Пушкино, Московской области, ул. Институтская, 15, ВНИИЛМ.

С диссертацией мояно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослал

" 1994 года

Отзывы на автореферат в двух экземплярах с заверенными подписями просил направлять по адресу: 141200,. г. Пушкино, Московской области, ул. Институтская 15, БНИШЩ, Ученому секретарю специализированного Совета.

Ученый секретарь специализированного Совета кандидат с.-х. наук

С.Ю.Цареградская

ОВЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш. В индустриально развитие странах лесные насаждения повреждены или ослаблены на больших площадях, а в районах особо интенсивного промышленного загрязнения на карте лесов появились техногетше пустыни, размеры которых с каждым годом увеличиваются.

Для уменьшения ущерба, причиняемого' лесам загрязнением среды, в ряде стран формируются специфические разделы лесоводства (промышленное лесоводство) с задачей поиска путей повышения ус-точивости насаждений к эмиссиям, разработке специальных лесо-водственных, лесокультурных и других способов ведения хозяйства в ослабленных древостоях. В их числе существенное внимание уделяется рубкам ухода. Однако результативность рубок ухода, проводимых на фона техногенного воздействия во многом зависит от условий произрастания, степени ослаблвнности древостоев, их возраста, и других условий. В связи с этим, настоятельной ~вля-ется необходимость дальнейших исследований в этом направлении.

Диссертационная работа являлась составной частью исследований, выполненных ВШ1ШШ в соответствии' с постановлешгам ПШТ СССР и планом НИР. ,

Цель и задачи исследований. Целью данной работы является, научное обоснование использования рубок ухода, как наиболее распространенного вида лесохозяйственннх мероприятий, дяя улучшения состояния и повышения устойчивости сосновых молодняков к действию смеси наиболее распространенных атмосферных загрязнителей. Для этого в процессе проработки темы решались следующие задачи:

- обследовать насаждения произрастающие в очагах промышленного загрязнения, изучить особенности строения и динамики таксационных показателей насаждений в условиях хронического загрязнения атмосферы промышленными токсикантами;

- провести опытные варианты рубок ухода и изучить реакцию древостоев на проведенное мероприятие;

- разработать рекомендации по проведению рубок ухода для насаждений в условиях промышленного загрязнения.

Научная новизна проведенных исследований состоит в обосновании интенсивности методов проведения рубок ухода в сосновых молодняках в зонах средней и слабой техногенной депрессии, а

3

также использовании комплексного ухода - рубки ухода и полное минеральное удобрение - как средство обеспечивающей жизнестойкость сосновых молодняков в условиях хронического воздействия атмосферных токсикантов промышленного происхождения.

На защиту выносятся варианты рубок ухода и способы разреживания в сосновых молодняках, испытывающих техногенную нагрузку, а также методический подход определения санитарного состояния насаждений с точки зрения влияния на них атмосферных токсикантов.

Практическая ценность и реализация результатов. Основываясь на результатах исследований, разработаны практические рекомен- . дации производству, опытно-производственная проверка которых была осуществлена на базе мехлесхоза и подтвердила положительное влияние рекомендуемых лесохозяйственных мероприятий на жизнестойкость и общее состояние сосновых молодняков.

Диссертант - соавтЬр "Временной методики по учету сосновых насаждений, подверженных влиянию промышленных выбросов".

Результаты исследований использованы Поволжским лесоустроительным предприятием при разработке плана организации лесного хозяйства на территории Нижегородской области.

Апробация работы. По результатам исследований проведен научно-практический семинар о влиянии загрязнения воздуха на леса с работниками лесного хозяйства Нижегородской области. .

Основные положения диссертационной работы докладывались на международном семинаре "Повышение и восстановление лесов: глобальные и региональные последствия" (ПНР, Краков, 1987), всесоюзном совещании " Вдпяшо промышленного загрязнения на лесные' экогтотемы и мероприятия по повышения их устойчивости" (Каунас, 1984). На всесоюзной конференции "Охрана лесных экосистем и рациональное использование лесных ресурсов" (Мытищи,1987.стендовый доклад).

В полном объеме диссертационная работа рассмотрена на совместном научно-методическом совещании отделов ВНИИЛМ: экологии и охраны природы, лесоводства, защитного лесовосстановления, лесных культур (1992).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 5 работ.

Личный вклад автора-состоит в разработке программы и методики исследований, организации и выполнении всех полевых иссле-h

дований, проведении значительной части лабораторных анализов, обобщении результатов, разработке практических рекомендаций и руководстве их опытно-производственной проверки. С целыэ выбора объектов исследований диссертантом лично обследовано свыше 58 тыс. га лесных массивов в зонах влияния промышленных эмиссий.

Объем работы. Диссертация изложена на 125 страницах малпшо-, писного текста и состоит из введения, пяти глав, выводов, практических рекомендаций, списка литературы (139 наименований, из них 30 - на иностранных языках) и 13 приложений. Работа содержит 29 таблиц и 12 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

I. Техногенное загрязнение окружающей среды и зеленке насаждения; Степень и формы антропогенного • воздействия на окру- • жающуи среду весила разнообразны: загрязнение атмосферы, вода, почвы газово-пшювшд выбросами промышленных предприятий; воздействие пестицидов 'на лесных и водных обитателей яивотного мира; затопление-пойменных земель а т.д. (Батнхауэр,1978).

Системой фонового мониторинга, к числу наиболее опасных отнесено загрязнение атмосферы выбросами промышленных предприятий. На согодаяшый день в промышленности используется свыше 70 тысяч химических соединений и все они прямо или косвенно попадают в атмосферный воздух (Влияние эагрязнеим1981).

Ежегодно в общемировом масштабе, в атмосферу поступает свыше миллиарда тонн аэрозолей и газов, из них около млн.т приходится на техногенные выбросы двуокиси серы (Израиль, 1984); вредоносность соединений серы обуславливается'их высокой агрессивностью.

Наряду с соединениями серы в последнее время возрастает доля таких опасных для растительности и экосистем в целом компонентов загрязнения, гак фтор, хлор, углеводорода, соединений свинца, радиоактивные отходы ( ЕскмиНпег 1983).

Сильное загрязнение испытывает не только воздушный, ко и водный бассейн, в том числе доступные древесным растения;.! поч-вонно-грунтовне вода. Taie например, в природных водах США токсические вещества встречаются в концентрациях в 100-1000 раз превышавдих предельно-допустимые для питьевой вода (Воронцов, Харитонова, 1977).

Токсические вещества загрязняют также и почву. В отдельных промышленных районах ежегодно на ка-эдый гектар в виде пыли и вместе с атмосферными осадками выпадает до 800 кг л Солее химических веществ (Мухина, Толстихин, 1985).

К настоящему времени во всех индустриально-развитых странах имеются значительные) площади лесов, испытывающие депрессию промышленных эмиссий. Отрицательному воздействию промышленных токсикантов наиболее подвержены хвойные породы, которые вслед-ствии ряда биологических особенностей (большая продолжительность жизни хвои, незначительное содержание резервных пластических веществ, низкая регенеративная способность ассимилирующих органов) менее усточивы к действию токсических газов, чем лиственные. .

Негативное влияние промышленных эмиссий на различные физиологические процессы приводит к ухудшению роста и состояния растений, появлении визуальных признаков поражения; так дая хвойных пород это изреженность крои, вследствие сокращения' в 1,5-2 раза срока яшзни хвои, уменьшения ев размеров и массы (Влияние загрязнений... , 1981).

Для лесного хозяйства ущерб от техногенного загрязнения связан прекдо всего с потерей прироста по высоте, диаметру и запасу (Зсронко^иир., 1984; Пастернак и др., 1934).

Кардинальное решение проблемы повышения жизнспссобности насаждений в очагах техногенного порааония воз:>:окнс только за счет уменьшения загрязнения среды до допустимых пределов. Вместо с тем, устойчивость лесных экосистем к техногенным токсикантам в некоторой море мокет быть повышена, и с помощью лесовод-ствешю-биологических мероприятий воздействия на их состав, стр'эние, возраст, полноту, а так ~е условия местообитания (Илькун, 1971; Шевченко, 1981). Решении задач повышения устойчивости древостоев во многом отвечают рубки ухода.(Воронков и др., 1984). С их помощью удается регулировать запасы ассимиляционной массы, изменять доступность токсикантов к растениям, вести селекционный отбор наиболее устойчивых экземпляров (эко-типов) растений.

Практический опыт свидетельствует (Воронков и др.,1984; Тя-бора, 1985), что рубки ухода и санитарные рубки наиболее эффективны на площадях, испытывающих слабую и среднюю степень техногенной депрессии. В условиях сильного поражения положительный 6

эффект может быть достигнут при применении рубок ухода в комплексе е..минеральными удобрениями.

2. Программа и характеристика объектов исследований. В процессе работы над темой предусматривалась проработка следующих програмных вопросов:

1) анализ и обобщение литературных материалов по теме;

2) сбор и анализ ведомственных, литературных данных, характеризующих объекты исследований;

3) проведение опытных вариантов рубок ухода: различная интенсивность выборки по запасу, способы разреживания, вариант рубок ухода в сочетании с внесением минеральных удобрений;

4) оценка изменений в структуре насаждений, обусловленных различной интенсивностью и способами изрекивания древесного полога;

5) влияние рубок ухода на изменение факторов среды: световой режим, снеговой режим, платность и температура почвы;

6) определение влияния рубок ухода на рост и устойчивость насаждений: прирост по диаметру, прирост центральных и боковых побегов, биометрические и физиологические изменения ассимиляционного аппарата, фитомассу крон, динамику санитарного состояния (индекса поражения) насаждений;

7) разработка уточненной методики, определения санитарного состояния насаждений с точки зрения влияния на них атмосферных фитотоксикантов;

8) разработка рекомендаций по проведению рубок ухода в сосновых молодняках, испытывающих техногенное воздействие.

Полевые исследования проводились на постоянных пробных площадях, заложенных в соответствии с ГОСТ 16128-70.. Лесоводотвон-но-геоботашческое описание насаждений выполнено согласно В.Н. Сукачеву и С.В.Зонну (1961). Таксационные измерения в насаждениях выполнены общепринятыми методами (Анучин, 1982). Для характеристики изменений факторов среды под влиянием рубок ухода проводились наблюдения за снегонакоплением, влажностью и температурой почв, освещенностью. Твердые осадки учитывались в период наибольшего снегонакопления-(весной); одновременно со снегосъемкой отбирались смешанные образцы снега для химических анализов.

Отбор и химический анализ почвенных образцов, морфологичес-

ксэ описание почв и наблюдения за влажностью проводились в соответствии с "Методическими рекомендациями по проведению полевых и лабораторных исследований почв и растений..." , 1981).

Радиальный прирост характеризовался через ширину годичных колец, по кернам, отбираемым буравом Пресслера на высоте 1,3 м с северно,« стороны ствола { И еГхпсг , 1975).

Фитомасса крон учитывалась по средним модельным дерезьям, использовались положения изложенные в работах А.Л .Молчанова и В.В.Смирнова (1967), А.Я.Уткина (1982), Масса хвои определялась по возрастам, отдельно для верхней, средней и нижней частей кроны.

Параметры хвои устанавливались через измерение их в образцах, отбираемых в конце вегетационных периодов с 20.-30 деревьев для каждого опытного участка. Содержание серы в хвое определялось фолонометрическим методом (ТаваЬаОЗ^Вретпе^ 1970).

Санитарное содержание насаждений оценивалось в соответствии с "Временной методикой'по учету сосновых насаждений, подверженных влиянию промыпиенных выбросов" (1985), разработанной в прсь-цессе исследований коллективом, с участием автора. Согласно-данной методике, отнесение деревьев к той или иной категории состояния основывается на характерных признаках их повреждения токсикантами: учитывается размер хвои, еэ цвет, продолжительность жизни, наличие ожогов, степень и характер изреженности крон и др. Балл санитарного состояния (индекс поражения) определялся для 25-30 деревьев I—Ш классов Крафта, а общая степень ослабления древостоев - через.средневзвешенный показатель.

Все материалы исследований обработаны.методами метематичес-кой статистики (Свалов, 1977; Лакш!, 1980; Рекомендации..., 1986\ Расчеты проведены ка ВЦ БШШМ-по програмам Р1Д, Д1А;

Полевые исследования проводились в течение 1383-1988 годов. Для многолетних исследований в насаждениях сосни П класса возраста заложено 49 постоянных пробных площадей, на 30 из них проведены различные варианты рубок ухода. Исследования по отдельным вопросам, в частности в связи с обработкой методики оценки состояния насаждений, дополнительно проводились на 17 временных площадях.

Морфологические свойства почв характеризуются по 7 почвенным разрезам. Для динамической характеристики влажности почвы в слое 0-100 см использовано около 10 тыс. проб (образцов).

Характеристика снеяного покрова основывается на 2ЬОО изме-ре.иипс высоты и 450 измерениях тотности снега .

8

Концентрация токсических веществ в снеговой воде определена по 40 смешанным образцам зимних осадков. Общий объем лабораторных исследований составил свыше 1000 анализов растительных, . почвонных и снежных образцов.

Таксационные показатели изучаемых насаждений определены по замерам 5000 диаметров и 1300 высот деревьев, а динамические изменения прироста по диаметру характеризовались по результатам анализа 1000' образцов древесины (кернам).

Отработка методики определения санитарного состояния насаждений и его динамики, на .пробных площадях потребовала фиксации свшоэ 25 тыс. визуальных показателей.

Для проведения опытных вариантов ухода подобраны два лесных массива сосны обыкновенной в возрасте 30-35 лет, произрастающих в зоне действия относительно однотипных источников техногенного загрязнения. Один из объектов (в дальнейшем объект А) территориально расположен в Нижегородской области. Другой (в дальнейшем объект Б) территориально расположен в Московской области.

В составе техногенных загрязнений преобладают газообразные вещества: двуокись азота, сернистый газ, окись углерода, аммиак, а также пыль. На степень повреждения растений газообразными выбросами оказывают влияние множество факторов, но главные из них токсикологическая характеристика вещества и объем его поступления в окружающую среду; в связи с чем основным фитотоксикантом на объектах исследований является сернистый газ.

Опытные рубки ухода проведены в культурах сосны состава IOC, созданных по схеме 1,5 х 0,6 м (объект А) и 1,5 х 0,7 (объект Б). Исходя из состояния насаждений и анализа литературных данных об опыте лесохозяйственной деятельности, били применены следующие варианты рубок ухода:

I) равномерное прореживание слабой интенсивности, 10% по запасу, с выборкой деревьев подчиненного яруса (1У и У классы Крафта); .

Z) равномерное прореживание умеренной интенсивности, 25% по запасу, с выборкой деревьев подчиненного и части господствующего ярусов (1У, У и Ш классы Крафта);

3) прореживание умеренной интенсивности, 25$ по запасу, линейно-равномерным методом с выборкой каждого 5 ряда и деревьев подчиненного яруса (1У и У классы Крафта) в кулисах;

4) равномерное прореживание, 25$ по запасу с выборкой деревьев подчиненного и части господствующего ярусов, в комплексе с

внесением полного минерального удобрения из расчета //200кг* Рддкг, Кддкг, действующего вещества на I гектар;

5) контрольный (без рубки).

Варианты рубок ухода проведены на постоянных пробных площадях размером 0,2 га в 2-кратной повторное™ (объект Л), которые сгруппированы в 3 группы по 10 площадей в каздой. Кх располоае-ние: 1,2 группы в северо-восточном направлении-от промкомплекса, 3-в северо-западном, что объясняется характером распространения токсикантов воздушными потоками и произрастанием сопоставимых насаждений.

Пробные площади объекта Б расположены в восточном и северозападном направлениях от источника загрязнения. Пестрота условий местопроизрастаний и характер распределения покрытой лесом площади в районе объекта позволили провести опытные рубки ухода только на 6-ти сопоставимых площадях, с вариантами 25% и

равномерного изреяивания по запасу.

Относительно лесорастительного районирования по С.Ф.Курнае-' ву (1982) местоположение объектов исследований отнесено к гайюй полосе подзоны смешанных лесов. Объект А расположен на Балах-никской низине. Опытные насаждения произрастают на бедных пита-' тельными веществами и влагой дорново-слабо-подзолисткх песчаных почвах. Содеркание кремнезема от 92 до 96$, а кислотность (рНкс1) от 3,5 в верхнем горизонте до 5,8 в шшк горизонтах. Глубина залегания грунтовых вод ниже 6 м. Тип условий местопроизрастания - АдА^А2. Из лесной .растительности доминируют сосня-'ки зеленоыошиково-дишайниковые, с преобладанием в основном мо-лодняков и средне-возрастных дравостоев Ш класса бонитета.

Н^саздения объекта Б территориально расположены в так называемой Московской Мещера. Здесь распространены супесчаные дерново-подзолистые почвы отличающиеся достаточным содержанием гумуса (от 2,7 до 3,2%). Значение рН почвенного раствора на данном объекте выше и составляет 6,5-7,2, что несомненно обусловлено пылевидными выбросами предприятия по производству цемента. Достаточно высокая влагоемкость супесчаных почв, доступность грунтовых вод в комплексе с питательными веществами обеспечили почвам объекта Б значительно более благоприятные лесораотительннв свойства, чем на объекте А. Вследствие этого в составе лесной растительности преобладают сосняки сложные I и П классов бонитета о наличием подлеска из ляпы, рябшш и жимолости.

1С

3. Структурные и микроклиматические изменения в насаждениях, пройденных рубками ухода. Обычно главными показателям рубок ухода являются интенсивность изреаивания и величина дополнительного прироста. Эти показатели мало прнешгеиы для ослаблениих насаждений промышленных зон, где главной задачей уходов является повышение устойчивости и продолжительности кизни лесных экосистем. Этим целям полностью отвечают биоэкологическке предпосылки' рубок ухода: увеличение количества световой части хвои (в хвойных насаждениях); создание условий для максимального использования лесным пологом физиологически активной радиации; увеличения площади минерального питания деревьев. С помощью рубок ухода естественное переживание (протекающее стихийно) заменяется искусственным, путем вырубки нежелательных экземпляров. Б ходе естественного цзреяивання насаждений, остаются на корна лучшие деревья характеризуемые определенными таксационными,морфологическими и 'физиологическими признаками. Перечень таких признаков обобщается в классификациях (Атрохин, 1987). По наиболее подходоцой классификации (Наставление..., 1972) деревьев, при проведении работ в промшленно-ослабленных насаждениях, экземпляры подразделены на: I - лучшио, П - вспомогательные (полезные)» Ш - подлежащие удалений.

Воздействие токсических выбросов вносит значительные коррективы в определение названных категорий деревьев. К категории лучших следует относить преаде всего деревья, отличающиеся признаками повышенной жизнестойкости (даже в ущерб размерил и форме ствола): более густая и"мощная крона, зеленая хвоя, с максимально возможной в данных условиях продолжительностью кизни (Воронков и др., 1982). Важнейшая функция вспомогательных деревьев --защищать лучше деревья от воздействия фитотоксикантов, принимая первыми на себя "газовую атаку". Существенно уточняется категория деревьев' подлежащих удалению.

Конечной целью рубок ухода на объектах с воздействием промышленных токсикантов является выращивание деревьев с мощной хорошо развитой кроной; в связи с чем, проведение данного вида лесохозяйственных мероприятий целесообразно прежде всего в зонах слабого и частично среднего техногенного воздействия путем применения слабых и средних по интенсивности рубок ухода, но с более короткой периодичностью: в сосновых молодаяках через 3 максимум 5 лет (Воронков и др., 1984).

Установлено, что хроническое влияние фитотоксикантов оказа-

II

ло заметное влияние на естественную дифференциацию исследуемых насаждений объектов А и Б, в древостоях выявилось резкое преобладание тонкомерных деревьев с Д]- 3 меньше ДСр> В результате преобладания тонкомерных стволов кривая распределения сосны по толщине имеет резко выраженную левостороннюю ассиметрию А = 0,56, положительный эксцесс Е = 0,25 и соответствует закону Вайбула.

Рубки ухода внесли неоднозначную коррекцию в распределение деревьев по ступеням толщины, что связано с различными объемами выбираемой древесины л разными способами разреживания. Так, при слабом изрекивании (.10% по запасу) существенных'изменений в структуре сосновых культур не произошло. Значительное увеличение среднего диаметра (на 11-145?) отмечено в вариантах 25% выборки по запасу. Здес% за счет интенсивной вырубки тонкомерных стволов, распределение деревьев по ступеням толщины стало практически соответствовать нормальному ( Л' = 0,27).

После проведения прореживаний на всех опытных участках отмечено таете увеличение средних высот на 3~В%. Произошел сдвиг в распределении деревьев по классам роста. Так, на всех опытных вариантах, преобладающими стали деревья 2-го и 3-го классов роста.

За счет Выборга нежелательных экземпляров улучшилось общее состояние древостоев. Достоверно, при уровне значимости р=0,95, на 0,4-0,6 балла изменился индекс поражения опытных насаждений.

Исследования показали, что рубки ухода, положительно сказа-лисв на изменении факторов среды в насаждениях. Улучшилась освещенность крон оставленных на корта деревьев..Увеличение ос-веце* 'юстк, значение показателен в 1,8-2,0 раза выше чем на -контроле, отмечено в вариантах равномерного 255» изреживания, а максимальная освещенность (30-355? от открытого места) зафиксирована на опытных участках с линейно-равномерным разреживанием.

На песчаных почвах особое значение для растений имеет наличие доступной влаги в корнеобитаемом слое (Воронков, 1973); Савина, Куравлева, 1978), а для объекта А, дефицит влагообеспа-ченности является одним из лимитирующих факторов. Нави исследования свидетельствуют, что на опытных участках пройденных рубками ухода, в течение практически всего периода наблюдений в слое 0-40 см влажность почв была как правило выие, чем на контрой.

12

С точки зрения поступления корнедоступной влаги, <5шш проведены наблюдения за накоплением снега. Исследования показали, что средние запасы снега на опытных площадях находятся в прямой зависимости от степени пзреживания насаждений и максимальны в вариантах линейного и равномерного, разреживания при вырубке 25% запаса. Однако, кроме влаги, твердые осадки являлись хорошим адсорбентом атмосферного загрязнения ( Аопчеаа , 1978; Кз-раэль, 1984), приносят в корнаобптаэмый слой почвы техногенные вещества. Данше по химизму снеговых вод свидетельствуют, что максимальные концентрации, всох токсикантов наблюдаются в зонах прилегающих к промышленным комплекса!.! (Г,0-2,0 км), а с увеличением расстояния характерна тенденция уменьшения концентраций. Гак, на. объекте А, с увеличением расстояния от 1,0 до 15,0 га содержание сульфатов снижается на 30$, хлора на 35$, бикарбонатов на 66%, ионов аммония на 43?.

4. Текущий прирост, как показатель жизнестойкости древосто-эв. Влияние атмосферных поллкзтантов на древесные растения вызывает замедление' роста, протекающее при отсутствии видимых признаков техногенного стресса (Гудериан, 1979; Лукьянец, 1979). В исследованиях (Кулагин, 1980; Еисеп, 1982; Барткявичус, 1"984; пастернак и др.;1985 )измононие ростовых процессов, г связи с техногенным воздействием, обычно характеризуется через динамику радиального прироста..

До возраста смыкания крон, для всех опытных насаждений характерно постоянное увеличение значений текущего прироста по диа-яетру, после чего фиксируется его планомерное снижение. На отметенной динамике заметно сказались прозеденнно рубки ухода и внесение удобрений. Так, на обьектз А в насаждениях произраста-ощих в непосредственной близости от промпредприятий, в варианте 15% равномерного изреживанпя прирост за период наблюдений ' (1984-8в г.г.) составил соответственно 147, 178 и 190/<? к контроля; а в варианте, где 255? разреживание сочеталось с внесением иинералвннх удобрений, значения прироста за третий вегетационный териод эксперимента составило 317$ к контролю. На объекте Б яаксимальные значения прироста имеют место также на площадях о 15% разреживанием - 160-257/? к контролю.

Обработка полученных данных методом двухфакторного дпепор-;понного анализа, где в качестве одного фактора используются эагличные варианты рубок ухода, а в качество второго - удаление

насаждений от источника эмиссий математически подтвердила достоверг ность полученных результатов.

При "техногенном заболевании" большой диагностический интерес имеет прирост центральных побегов. Этим параметром в основном определяется форма кроны деревьев, как важнейший внешний признак степени техногенного воздействия (Лукьянец, 1979; Алексеев,1982; Временная методика..., 1986) и санитарного состояния древесных пород в промышленной соне. Наши исследования свидетельствуют, что в насаждениях, произраставших вблизи промышленных предприятий (1,0-3,0-км), наблюдается увеличение линейного прироста до возраста смыкания крон, а затем (последние 20 лет) его интенсивное снижение, объясняемое безусловно высокой чувствительностью хвойных пород к токсикантам в завершающей стадии развития молод-няков (Гудериан, 1979).

Экспериментальные данные о величине линейного прироста у дерзвьез ра?личных ступеней толщины,"выравненные" методом рог-рес<?ш позволили получить уравнения связи изменений высоты де-ревьнв и их диаметра, которые графически характеризуются прямы- • ми с различным наклоном. Эти материалы свидетельствуют, что под влиянием загрязнения, прирост ыояодннков в высоту раньше всего' снижается у толстых деревьев, как принимающих на себя первыми "атаки" токсикантов. Так, у экземпляров 12-сантиметровой ступени толщины, в культурах (объект А) произрастающих на расстоянии 1,0 и 15,0 кг.; от источника выбросов, разница высот составляет 2,2 м, а высот деревьев подчиненного яруса диаметром 4 см -только 0,2 м.

Проведенные в исследуемых культурах рубки ухода и рубки в комплексе с внесением минеральных удобрений положительно сказались на приросте центральных побегов. На всех опытных площадях, абсолютные значения ежегодного прироста побегов возрастают с увеличением интенсивности рубок ухода, а максимальные значения показателя отмечены на 2 и 3 год после осуществленных мероприятий.

• После проведения рубок ухода в насаждениях происходят значительные ■изменения в строении крон, связанные с увеличением прироста боковых побегов (Яшина, 1973; Хоробов, Морозова,1976). Экспериментальные данные полученные по объекту А показывают, что максимальные значения прироста скелетных ветвей отмечены в зоне средней техногенной депрессии; а наиболее аффективно на

приросте сказалось 25% разномерное разрезивание с применением мине ралыгых удобрений: прирост боковых побегов во 2-ой и 3-ий вегетационных периодах составил 170 и 165£ относительно контроля. Для опытных наса-здений объекта Б характерна боле о умеренная реакция роста боковых ветвей под влиянием уходов. Прирост побегов составляет 105-130/? от контроля. Все полученные данные достоверны при уровне значимости = 0,05.

Реакция древесных организмов на тот или иной фактор (мероприятие) наиболее полно раскрывается через изменение их общего прироста, как.интегрального показателя реакции на изменившиеся условия (Базилович, 1983; Мнкгшс, Озолшпюс, 1986). В этом . аспекте и особенно в условиях техногенных эмиссий, важное значение имеет фитомасса крон, наличие хвои разных возрастов и ее распределение. Полученные материалы свидетельствуют, что в насаждениях прйдешшх рубками ухода, размеры крон увеличивались, а максимальные приращения диаметров крон деревьев имели место в их средних частях. Произошло увеличение фитомассы крон на всех опытных участках, при этом соотношение охвоешюй части кроны к неохвоенной на коитроло соотносится как 51$ к 49%, тогда как на участке с разреживанием - 6S£ к 34&. Максго/альные увеличения фа-томассы по всем ео фракциям наблюдается на площадях, пройденных . 25% разреживанием с прймзнением комплексного минерального удобрения.

- Наряду с увеличите!.! биомассы охвоенных ветвей, возросли и запасы хвои. В культурах на всех вариантах ухода срок кизни хвоп увеличился с 2 до 3 лот. Однако, суммарная масса 3-летней хвои составляет чуть большэ Ъ% от биомассы ассимилирующих органов п служит в большей степени показателем увеличения продолжительности жизни ассимиляционного аппарата.

Увеличение биомассы хвои на опытных участках обусловило существенное увеличение показателя охвоенности крон, т.е. отношения массы хвои к общей массе ветзай. Так, дяя контроля этот показатель равен 0,6, а в варианте 25% равномерного разреживания с минеральными удобрениями достиг 1,17. Общим результатом изменений фитомассы явилось увеличение в 1,5-1,8 раза запасов хвои на деревьях опытных участков.

Из литературных данных (Гире, IP82) известно, что тормоздние ростовых процессов в экспериментальных условиях является oöi^ofl защитной реакцией древесных растений связанной с переориентацией энергетических затрат на поддержание жизнедеятельности поррож-

данных .органов. В этом контексте можно сделать вывод, что рубки ухода в условиях техногенного загрязнения способствовали не только поддержании общей устойчивости растительных сообществ, но и стимулировали рост культур сосны по высоте, диаметру и.фитомас-се крон.

5. Влияние рубок ухода ка состояние насаждений. В связи с широкомасштабным воздействием промышленных выбросов на леса, объективная оценка их состояния имеет первостепенное значение, как при решении различных аспектов учота, так и для разработки мероприятий по оздоровлению. В настоящее время наиболее широко распространены бальные оценки состояния насаждений, включающие, как правило, пять или шесть категорий состояния (Калугин,1974; Лукьянец, 1979; Шяпятене,- 1982). Шестибальная шкала состояния лесных насаждений принята и "Санитарными правилами в лесах СССР" (1970). Данная шкала, рассчитана на применение в насаждениях, пораненных ::асекомымй и грибными болезнями, часто используется и для оценки состояния насаждений, ослабленных промышленными эмиссиями (Голутвии, 1980; Алексеев, 1982). Однако в ней не учитываются специфические признаки поражения, обусловленные воздействием токсикантов. В качестве компенсирующих элементов этого недостатка, в шкалу включались признаки, отражающие влияние эмиссий: характер побегообразования, густота охвоения побегов, длина побегов и хвоинок, продолжительность жизни хвои (Илькун, 1978; Алексеев, 1982; Коженков, 1983).

В данном контексте автором, совместно о сотрудниками отдела экологии и охраны природы ЕНИИЛМ (Мартышек A.A., Воронков H.A., Касимов В.Д., Жирин В.М.) разработана методика бальной оценки состояния сосновых насаждений применительно к специфике воздействия токсикантов. Показано, что из легко определяемых в полевых условиях визуальных признаков поражения наиболее информативными являются: продолжительность жизни хвои, степень охвоенности побегов старших возрастов, а при остром воздействии токсикантов -

величина некрозов хвои чз изменение ее окраски. Исследования показали,- что оценку состояния деревьев необходимо проводить с учетом их естественной дифференциации, т.е. включать в перечет экзе(шляры I—01 классов роста; так как в не зависимости от воздействия токсикантов, отставшие в росте в процессе естественной дифференциации деревья практически всегда имеют плохое состояние

(Атрохин, 1387). В данной работе подобный методический подход, оправдан выборкой отставших в росте и плохих в селекционном от- • ношении деревьев рубками ухода и позволяет выявить эффект от проведанных мероприятий. Статистическая обработка данных свидетельствует, что использование прегосподствующих, господствующих и согосподствувщих деревьев обуславливает увеличение однородности выборки и позволяет получить высокую для лесохозяйственнкх исследований точность - 1-4%, с коэффициентом вариации признака 15-20$, при объеме Выборга! 25-30 деревьев на каждом учетном участке.

Основой разработанной методики является шкала визуальной оценки степени поражения сосны выбросами, Еюгочащая 5 степеней поражения деревьев: здоровые, ослабленные, сильно ослабленные, усыхающие и погибшие. Для каждой степени поражения регламентируется комплекс признаков. Так для молодняков, это охвоение побегов и продолжительность жизни хвои, которые определяются с помощью бинокля по 2-3 ветвям - 3-й - 4-ой мутовок. Априорно принимается, что при очень редком охвоешш на побегах сохраняется менее 1/3 общего числа хвоинок.

• Степень поражения насаждений эмиссиями характеризуется индексом поражения (ИП), вычисляемым как средневзвешенное. В соответствии с величиной среднего значения индекса оценивается степень поражения насаждений, охарактеризовывается их общее состояние, и соответственно, выделяется зона поражения (табл. I).

' . Таблица I

Сценка степени поражения древостоев промышленными выбросами

Индекс ! потажения г Стелешь поражения пасаждшшн ! Состояние ! наса-кдешй ! Зона ! порат.еи-я

1,0-1,5 1,6-2,5 2,6-3,5 3,6-4,5 4,6-5,0 отсутствует слабая средняя сильная очень сильная здоровые ослабленные сильно ослабленные усыхающие , погибшие ш • П I 1а

В связи с отработкой методики оценки состояния сосняков были проведены исследования морфологических и физиологических изменений ассимилирующих органов опытных насаждений, т.п. относительная простота а высокая информативность таких показателей как: густота охвоания побегов, продолжительность жизни хвои, величина невротических повреждений, размеры и цвет хвои, позволяет пеполь-

зоватъ их для оценки токсических воздействий;.и кроме этого ре~ акция насаждений иа'проводимые мероприятия, в том числе рубки ухода, наиболее динамично сказываются также на ассимиляционных органах.

Проведенные в насаждениях рубки ухода отразились в первую очередь на процессе дефолиации (сокращение продолжительности жизни) хвои старших возрастов. Так, на всех опытных делянках объекта А отмечается уменьшение отпада,хвои 2-го года; средний процент отмирающей хвои на участках с равномерным 10%, 2Ъ% и 2Ъ% линейном разреживанием составил соответственно ЗС$, 2Ъ% 21% (при 50% на контроле). Минимальное опадение двухлетней хвои (6-1ВД зафиксировано на делянках с 2Ъ% равномерннгл. разреживанием в комплексе с минеральным удобрением. Анализ охвоенности побегов показал, .что в разреженных насаждениях накопление ассимиляционной массы в кроне связано не только с изменением линейных -размеров боковых ветвей, но и в значительной мере с увеличением продолжительности жизни хвои. Это имеет исключительное значение . при определении степени ослабления, так как, например, при общей продолжительности жизни хвои в два года, количество двухлетней хвои на побегах может сильно варьировать. ,

Густота охвоения побегов на объекте Б аналогична, однако здесь, жизнеспособная 3-летняя хвоя, после прореживания появилась на всех опытных участках независимо от расстояния относительно источника выбросов.

Широкое распространение имеет диагностирование состояния насаждений по морфологическим показателям, самых ассимилирующих органов (Красинский, 1950; Илькун, 1978; Гудериан, 1979). По на- ' юим данным, биометрические показатели хвои (длина, ширина и толщина) даже в пределах одной зоны техногенного воздействия достаточно различны - коэффициент вариации 20-43$. Достоверное увеличение длины и ширины хвои, обусловленное рубками ухода, отмечено только.на делянках с 25$ выборкой запаса, при этом максимум увеличения зафиксирован на'участках комплексного ухода (разреживание с минеральными удобрениями). В то же время на объекте Б, 25% иэ-реживание в 4,5 км северо-западнее источника загрязнения, обусловило, достоверное уменьшение длины и ширины хвошюк. Таким образом при слабш техногенном загрязнении и особенно на достаточно богатых почвах, линейные размеры хвоинок не могут быть достаточно диагностическим признаком состояния насаждений и эффективности проводимых лесохозяйственных мероприятий. 18

Величина некрозов и доля поврежденной хвои в условиях xpoim-ческого загрязнения но зависит от степени разреженности древесного полога. В исследуемых насаждениях некрозы отмечены только на объекте А на опушечных деревьях с подветренной сторош лесных массивов и достигают y хвои 2-го года 40% ее дайны, а общее количество поврежденной хвои, варьирует от 70^ до 100%.

Образование некрозов характерно для воздействия залповых выбросов токсикантов. В условиях хронического загрязнения отмечается в основном изменение окраски хвои (Илькун, 1978; Влияние загрязнений..., 1981). В насаждениях объекта А, цвет варьирует от светло-зелоно-желтого на участках расположенных в непосредственной близости от промышленного центра (1,0-2,0 км) до темно-зеленого с голубоватым оттенком (15 ил п более).

Нарушение окраски хвои связано с изменением содержания пигментов в ассимиляционных органах (Воронков, Невзоров, 1Э71). Различные варианты разреживания насаждений (в пределах отдельных зон'загрязнения токсикантами) но тасазата влияние на концентрации пигментов в хвое. Однако, прослеживается четкая зависимость мег^ду общей суммой шшлентов и степеньа техногенного загрязнения. Taie на контрольных участках культур (минимальное -1,0 и максимальное - 15 км удаление от источников выбросов, вегетационный период 1988 года), суммы пзшлентов соответственно равны - 0,91 и 2,48 мг/л, а наименьшее содержание пигментов от-■мечено у опушечных деревьев - 0,7 кг/л. При этом наибольшее снижение концентраций характерно для хлорофилла "а".

Наряду' с. количественным содержание шшлентов, в асскмилиру-ющи_х органах растений опытных объектов определялась кокцентра-ция накопленного фитотоксичного олеменга (серы). Отмеченные концентрации (0,15-0,25% от сухого веса) оставались стаб!мыш в течение периода исследовачил, что свидетельствует об устойчивом загрязнении атмосферы сернистыми соединении®.

Динамика степени ослабления опытных сосновых кулгтур свидетельствует, что проведенные лесохозяйствешшо мероприятия положительно сказались на санитарном состоянии, насаждений А и Б (табл. 2). Наиболее значительные различия в индексах поражения отмечены спустя пять вегетациожшх периодов после проведения прореживания. Так для объекта А, максимальная эффективность проведенных уходов отмечена в нас хг.вниях произрастающих в северо-восточном направлении, на расстоянии 2,0 км от химпредлрчятий при выборе 2Z% запаса. Средняя степень поражения здесь смонллась

19

слабой и состояние сосновых культур улучшилось на 0,6-0,7 балла. В зоне слабого поражения (расстояние 15,0 км-СЗ) в варианте 25$ равномерного разреживания в комплексе с минеральными удобрениями, насаждать из ослабленных перепши в разряд здоровых с индексом поражения равным 1,5 балла. На площадях, расположенных на расстоянии 1,0. км от источника загрязнения, такке отмечено улучшение. состояния: балл индекса поражения изменился на 0,2-0,3 ед. Однако состояние насаждений на всех опытных площадях этой группы продолжает относиться к категории сильно ослабленных.

Таблица 2

Динамика степени ослабления сосновых культур на некоторых участках объектов исследований, 1984-1988 гг.

—I---;-;-

tëté¡Направление и ¡Вариант¡Индексы поражений.год наблюдений

пп! расстояние от ! ™пл. ! г !

¡.источника ! ' i®, ! ! 1986 ! 1988

¡загрязнения ! |РУбкц ! РУбкц !■ !__ .

ОбъектА

1 1.0 км I 3,4 3,4 3,3 3,5

2 ГТ} Ш 3 4 3 0 3,0 2,9

3 й* 1У 3^4 3 0 2,9 2,7

4 . У 3,4 3 2 ' 3|0 2 9

4 . У 3,4 3,2 ■ 3,0 2,9

5 ' 6 7 8 2?0 тал • СВ I ш 1У У 2.5 2 7 2.6 ___2,6 _ _ 2,5 2^2 2,2 . _2>_ . 2,4 2,2 2,0 2,7 21 19 . _ _ 2,3 ___

9 10 11 12 15.0 км СЗ I ш 1У У 0 б ъ 2,3 2 3 2,3 2,3 е к т Б 2,3 20 2ÎQ 2^2 2,2 - 1*9 18 2',1 2,3 •17 15 2,0

13 3.0 км 1,9 1,9 2,0 2,2

14 Восток ш . _ 1.2 _ . . la? . 1,4 _ 1,4___

15 6.5 км I 2,0 2,0 1,3 . i.s

16 СЗ п 2,0 1,8 1,6 ' 1,5

Примечание: варианты ухода: I- контроль; П - равномерное 10$ иэрелшвание; Ш - равномерное 25% разреживание;

IV - разномерное 25$ разреживание с /УРК ;

V - 25!? линейно-равномерное разреживание.

ai.;

Для объекта Б, на площадях с рубкага ухода состояние культур улучшилось на 0,4-0,7 балла. В зоне слабого поражения на участке (расстояние 6,5 км, северо-западное направление) пройденном равномерным 10% разреживанием, состояние насаждений улучшилось на и,4 балла (индекс поражения 1,5), что позволяет отнести их к здоровым молоднякач. Аналогичные результаты отмечены на участке расположенном в 3,0 км восточней провдеитра и пройденном 25% разрсдиванием, здесь на исследуемый период индекс поранения изменился с 1,9 до 1,4 балла. Таким образом, проведенные многолетние исследования позволяют сформулировать следующие выводы.

ВЫВОДЫ

1. Негативное влияние выбросов токсических веществ в атмосферу изученными промышленными комплексами обнаруживаются на расстоянии 15-30 ил от источников загрязнения, а в зонах до 10 км наблюдается значительная деградация природных ландшафтов.

2. Полное решение проблемы предотвращения загрязнения природной среды.еозможно только в результате массового внедрения безот* <одних процессов. Лесоюдствешше мероприятия, включат рубкп ухо-ха, позволяют до некоторой степени снизить утло те гаю насаздений тромышленнши эмиссиями.

3. В зонах среднего п слабого техногенного загрязнения' приме-1ешю рубок ухода позшдяот улучшить состояние насшздений в сред-!ем на 0,4 баыа, .увеличить радиальный прирост на 15/5. иначитоль-ю изменяется структура крон: увеличивается охвоенноств пооегов

г продолжительность жизни хвои, на фоне повышенного прироста иа 25-Зи^) боковых побегов.

4. Достоверные изменения таксадаонно-лесоводствешшх показате-;ей опытных насаждений про с-с сбиваются в интервале второго-пятого ететецконных.периодов после осуществленного разреживания.

5. наиболее выра-хешше положительные изменения ростовых про~ ;ессов у молодых сосен отмечена на площадях проченных рубками хода с применением минеральных удобрений. Учитывая технологичес-яе я экономические аспекты, данный взд ухода целесообразно ис-ользоьать прежде всего на бедных почвах, в зонах среднего и саль-ого загрязнения для поддержания жизнестойкости насаждений, имеете исключительно кшшо рекреационные и саннтарло-гигненкческпв ункции.

6. Основой разработанной "Методики по учету сосновых нясаадв-вй, подверженных влиянию промышленных выбросов" является шкала,

21

в которой' степень ослабления сосновых дрешстоев фитотоксикадтами характеризуется индексом лорагения, рассчитываемым как средневзвешенное по деревьям 1-Ш классов роста. Шщекс поражения имеет боль-, иоо практическое значение для выделения очагов поражения лесных насаждений прашшгеннши выбросами.

7. Положительные реакции показателей роста древостоев, пройденных рубками ухода, нельзя рассматривать только с точки зрения дополнительного получения древесины, поскольку в условиях техногенной среды несоизмеримо большее значение имеют средообразушцие, рекреа-циошше и эстетические функции насаждений, определяемые степенью жизнестойкости лесных биогеоценозов.

8. Основываясь на результатах исследований, разработаны практические рекомендации производству, опытно-производственная проверка которых в 1988-89 гг. на базе Дзержинского лесхоза подтвердила положительное влияние рекомендуемых лесоводственных мероприятии

на состояние сосновых молодняюв,

' • Основные результаты исследований по теме диссертации ■ . оцубликовшш в следующих печатных работах.

1. Влияние грошшленных выбросов на лесные шсаждения и опыт хозяйства в них: Обзорная информация.-М. ,1982-30 с. (соав. Воронков H.A., Мартынюк A.A., Пельтек A.A.).

2. К методике оценки состояния лесных насаждений, -подвергахдих-ся воздействию промышленных шбросов // Повышение устойчивости и средоохранной роли лесов:Сб.науч.тр.Е1ГЛШЛ.-;,1. ,ISS3.c.II5-II9.

3.'Некоторые особенности влияния промышлешшх. шбросов химпрзд-приятий на иасатдения сосны// Влияние промышленного загрязнения на лесные экосистемы и меропрятия ло повышению их устойчивости: Тез. докл.всесоюзного совещания,Каунас,ЛитШ1Ш, 26-27 валя 1384 г. Каунас 1984 - с. 82-83 (соав. Воронков H.A., Ыартшшк A.A., Петрой С.}.!., Сердюкова A.B.).

4. Временная методика по учету сосновых насаждений, подверженных влиянию цромышлешшх шбросов. М.,1986,- 35 с. (соав,-Боронков H.A., Еирин В.М,,Касимов В.Д., Мартышек A.A.)

5. Биологические основы формирования насаждений, устойчивых к промышленным эмиссиям // Эксл.аспекты охраны и рационального использования биол.ресурсов. Днепропетровск: ДГУД989 - с. 20-23 (соавт. Мартшшк A.A.).

22