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 древостоеввыделены и оценены количественно эдафические факторы, определяющие продуктивность смешанных лесных культур на песчаных почвахустановлен 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.
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 единицво 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 мгв горизонте А2 В 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.
