Размещено на http://www.allbest.ru/

Специальность 06.03.04 - агролесомелиорация и защитное лесоразведение, озеленение населённых пунктов

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата сельскохозяйственных наук

Продуктивность лесомелиоративных насаждений и условия их произрастания в Предкамье Республики Татарстан

Галиуллин Ильфир Равилович

Саратов-2009

Работа выполнена на кафедре таксации и экономики лесной отрасли Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования "Казанский государственный аграрный университет"

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор Сабиров Айрат Тагирзянович

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор Кузин Аркадий Николаевич

кандидат сельскохозяйственных наук Ревякин Максим Александрович

Ведущая организация: Министерство экологии и природных ресурсов Республики Татарстан

Защита состоится 17 декабря 2009 г. в "10" часов на заседании диссертационного совета Д 220.061.06 при Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова" по адресу: 410012, г. Саратов, Театральная пл., д.1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО "Саратовский ГАУ".

Автореферат разослан "16" ноября 2009 г. и размещен на сайте www.sgau.ru

Учёный секретарь диссертационного совета, д. х. н., профессор Н.Н. Гусакова

Введение

Актуальность темы. Предкамье Республики Татарстан представляет собой слегка приподнятую и наклоненную к северу волнистую равнину и имеет большую расчлененность рельефа с развитой гидрографической сетью. В регионе сформирован широкий спектр агроландшафтов и лесных биогеоценозов с разнообразной растительностью и сложным составом почвенного покрова. При этом интенсивное освоение агроландшафтов, большая распаханность и малая лесистость территорий, сильные колебания температур по временам года, частые ливневые дожди, наличие значительной площади овражно-балочных и склоновых земель способствуют развитию эрозионных процессов в регионе.

Эрозия почв наносит огромный вред сельскому хозяйству. На землях, подверженных эрозии, теряется верхний, наиболее плодородный слой почвы, с полей сносятся гумус, азот, фосфор, калий и другие элементы питания. При развитии водной эрозии с полей смываются также вносимые удобрения и пестициды, что приводит к загрязнению водоемов. Присуща высокая распаханность сельхозугодий и сильная эродированность пашни сельхозпредприятий Предкамья. В центральных и северных районах Предкамья площадь пашни, подверженной эрозии, составляет от 63 % до 82 %.лесной земля овражный

Одним из эффективных способов решения данной проблемы является создание защитных лесных насаждений на овражно-балочных и склоновых землях. Лесомелиоративные насаждения способствуют сохранению плодородия почв и их рациональному использованию, увеличивают урожайность сельскохозяйственных культур, повышают лесистость региона, устойчивость агроэкосистем. Однако объём создаваемых защитных лесных насаждений в регионе остается не на должном уровне (за год составляет 0,9-2,2 тыс.га.), что связано, в первую очередь, отсутствием финансирования. Созданные защитные лесные полосы региона не изучены, слабо освещены вопросы опыта их формирования. Остаются открытыми вопросы состояния, продуктивности и почвенно-грунтовых условий произрастания лесных насаждений на овражно-балочных землях Предкамья. Необходимо изучение взаимовлияния почв и растительности защитных лесных биогеоценозов в конкретных физико-географических условиях. Это позволит разработать научно-обоснованный комплекс мероприятий, направленных на формирование устойчивых и продуктивных защитных лесных полос, рациональное использование овражно-балочных земель, защиту почв агроландшафтов от эрозии, повысить мелиоративную эффективность созданных лесонасаждений.

Цель и задачи исследований. Целью исследований является оценка продуктивности лесомелиоративных насаждений и условий их произрастания на овражно-балочных землях центральных и северных районов Предкамья Республики Татарстан для повышения устойчивости защитных лесонасаждений. В связи с этим были поставлены следующие задачи:

- дать анализ современного состояния эрозионной опасности ландшафтов и лесистости территории Предкамья с использованием космических снимков;

– определить лесоводственно-таксационные характеристики лесомелиоративных насаждений региона, оценить их состояние и продуктивность;

– изучить почвенные условия произрастания лесных насаждений на овражно-балочных землях и их влияние на формирование защитных лесных полос;

– определить эколого-экономическую эффективность противоэрозионных лесных насаждений на землях Предкамья.

Научная новизна работы. Впервые достаточно подробно определено состояние, продуктивность и почвенно-экологические условия произрастания лесомелиоративных насаждений на овражно-балочных землях центральных и северных районов Предкамья Республики Татарстан. Дана лесоводственно-таксационная характеристика насаждений и оценка лесорастительных свойств почв. Определено взаимовлияние почв и растительности в мелиоративных лесных биогеоценозах. Отработаны приёмы использования космических снимков при оценке эрозионной опасности ландшафтов региона. Разработаны рекомендации по созданию устойчивых противоэрозионных лесонасаждений на овражно-балочных землях Предкамья в зависимости от условий произрастания.

Практическое значение результатов исследования. Результаты исследований подтверждены производственной проверкой в Арском, Приволжском и Лаишевском лесничествах на площади 156 га и включены в рекомендации производству, в разработке которых автор принимал непосредственное участие. Научные положения и выводы могут найти применение при разработке проектных материалов по реконструкции и улучшению состояния лесомелиоративных насаждений, повышению устойчивости агроландшафтов Предкамья. Материалы диссертационной работы внедрены в учебный процесс ФГОУ ВПО "Казанский государственный аграрный университет" и используются при проведении лекционных и практических занятий по дисциплинам "Лесомелиорация ландшафтов", "Мониторинг лесных экосистем".

Положения, составляющие предмет защиты:

1) оценка эрозионной опасности ландшафтов Предкамья Республики Татарстан с использованием космических снимков;

2) современное состояние защитных лесных насаждений овражно-балочных земель центральных и северных районов региона;

3) характеристика основных типов почв лесомелиоративных насаждений, их лесорастительная оценка;

4) эколого-экономическая эффективность защитных лесных полос.

Апробация. Основные результаты исследований, вошедшие в диссертацию, докладывались и обсуждались на Всероссийской научной конференции "Молодые ученые - агропромышленному комплексу" (Казань, 2004); Международных научно-практических конференциях "Перспективы развития экологического сельского хозяйства и природопользования в Республике Татарстан" (Казань, 2004), "Молодые ученые - инновационному агропромышленному комплексу" (Москва, 2005), "Международное сотрудничество в лесном секторе: баланс образования, науки и производства" (Йошкар-Ола, 2009); Региональной научно-практической конференции аспирантов и студентов "Молодые лидеры аграрного сектора России" (Казань,2006); научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава Казанского ГАУ в 2003-2006 гг., Всероссийских научно-практических конференциях "Инновационное развитие агропромышленного комплекса и лесного хозяйства" (Казань, 2007) и "Современные проблемы агропромышленного комплекса, лесного хозяйства и экологии" (Казань, 2008).

Личный вклад автора. Автору принадлежит постановка проблемы, разработка программы исследований, выбор объектов и выполнение полевых работ, проведение лабораторных анализов почв и лесной подстилки, обработка фактических данных, обобщение результатов исследований и изложение выводов, разработка рекомендаций.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 печатных работ на 3,37 п.л., авторский вклад 2,01 п.л. Объём 3 работ, опубликованных в изданиях по списку ВАК Минобразования РФ, составляет 1,4 п.л.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 8 глав, выводов и заключения. Рукопись содержит 201 страницу машинописного текста, 28 таблиц, 24 рисунка, 11 приложений. Список использованной литературы включает 241 работу, в том числе 18 на иностранных языках.

Состояние изученности вопроса

Создание продуктивных противоэрозионных лесонасаждений требует комплексного научного подхода, всестороннего изучения взаимоотношений между лесной растительностью и почвенными условиями произрастания. Рациональное использование почвенного плодородия является основой формирования устойчивых фитоценозов, эффективно выполняющих водоохранные и почвозащитные экологические функции. Растительность и почвы лесных экосистем Республики Татарстан отражены в трудах И.В. Тюрина (1933,1966), М.В. Маркова (1948), В.С. Порфирьева (1975), Ф.В. Аглиуллина (1986,1991), А.Х. Газизуллина (1979, 1990, 1993, 2005), А.Т. Сабирова (1990, 2001), А.М. Гилаева (1998) и др.

Изучению эрозии почв посвящены труды М.Н. Заславского (1983), П.С. Захарова (1978), И.А. Кузника (1962), A.H. Reed (1983), M. J. Kirkby (1980), R.A. Jound, W.B. Voorhus (1982), М.И. Долгилевич, Г.И. Швебс, И.Г. Зыкова (1992), А.В. Терешкина (1995,1996), П.Н. Проездова и Д.А. Маштакова (1995) и др. Агроэкология почв склонов, борьба с оврагами, совершенствование технологии облесения оврагов рассматриваются в научных исследованиях А.Н. Каштанова, Явтушенко В.Е. (1997), Зыкова И.Г., Ивонина В.М., Духнова В.К. (1985), Рожкова А.Г. (1981), Бондаренко Ю.В., Жигалова В.Н., Калужского В.А. (1995), Прахова А.В. (1995).

Вопросам лесомелиорации ландшафтов, защитного лесоразведения посвятили труды многие авторы: Н.И. Сус, Ф.И. Серебряков (1966); Е.С. Павловский (1976,1991); А.В. Альбенский (1971); Г.Н. Высоцкий (1983); В.М. Ивонин (1993); М.И. Калинин (1982); Н.П. Калиниченко, И.Г. Зыков (1986); Н.Г. Петров (1997); А.М. Степанов (1987); И.В. Трещевский, В.Г. Шаталов (1982); М.В. Колесниченко (1981); А.Р. Родин, С.А. Родин, С.Л. Рысин (2002); В.Н. Дьяков (1994); Г.А. Харитонов (1958); Н.М. Милосердов (1984); М.Б. Щербаков (2003); Е.М. Миленина (2004); Р.Г. Набиуллин, А.Ф. Хайретдинов (2006) Ф.Х. Шакиров (1966,2004). И.М. Торохтун, 3.И.Маланина, Ю.И. Васильев (1984), Д.К. Бабенко (1985), Д.С. Журихин (1995). О влиянии лесных полос на урожайность сельскохозяйственных культур освещают Константинов А.Р., Струзер Л.Р.(1974). Новые тенденции в агролесомелиорации отражены в работе К.Н. Кулика, А.М. Степанова, В.В. Кравцова (1996).

Большой вклад в развитие лесомелиорации в регионе внесли сотрудники Татарской лесной опытной станции (1974-1977гг.): Ч.С. Хасанкаев, Н.А. Миронов, А.И. Мурзов, Н.А. Кузнецов, Б.Д. Хасаншин, Ф.Г. Валеев. В рекомендациях по лесомелиорации овражно-балочных земель изложен опыт создания защитных лесонасаждений в ТАССР. Экологическая роль защитных насаждений в регионе отмечается и в работах Ф.Х. Шакирова (1966), А.Х. Газизуллина (1986), А.С. Пуряева (2006).

В Республике Татарстан после 80-х годов изучение состояния защитных лесонасаждений проводилось крайне редко, при этом отсутствовали системность и комплексность исследований. Мало трудов, посвященных исследованию взаимосвязи почв и растительности в лесомелиоративных насаждениях. Исследование сегодняшнего состояния, продуктивности и условий произрастания защитных лесов с целью разработки рекомендаций по созданию устойчивых лесомелиоративных насаждений является актуальным.

Программа, объекты и методы исследований

Программа и объекты исследований

Программой исследований предусмотрено проведение комплексных биогеоценологических исследований противоэрозионных лесных насаждений. Основой методологии исследований является системный комплексно-географический подход. Проведено сопряжённое исследование природных и социальных факторов, которые оказывают влияние на формирование растительности и почв защитных лесных полос.

Объектом исследований являются защитные лесные насаждения овражно-балочных земель центральных и северных районов Предкамья Республики Татарстан. Изучали лесонасаждения искусственного и естественного происхождения, разнообразные по составу и возрасту, произрастающие в различных почвенных условиях и типичные для зоны смешанных лесов Среднего Поволжья. Экспедиционные исследования защитных лесонасаждений проводились в Арском, Пригородном, Зеленодольском, Сабинском, Лаишевском лесничествах. Изучены сосновые, еловые, лиственничные, березовые, дубовые и липовые насаждения различной продуктивности. Регион исследований включает 9 районов республики: Арский, Балтасинский, Высокогорский, Зеленодольский, Кукморский, Лаишевский, Пестричинский, Сабинский и Тюлячинский.

Методы исследований

Комплексные исследования почв и растительности лесомелиоративных насаждений производились путем закладки постоянных и временных пробных площадей (ПП) в соответствии с ОСТ 56-69-83 и "Программой и методикой биогеоценотических исследований" (1966). Заложено 26 постоянных и 16 временных ПП в приовражных, прибалочных лесных полосах, овражно-балочных насаждениях и защитных лесонасаждениях склоновых земель.

На пробных площадях описание компонентов фитоценозов производилось согласно методике В.Н. Сукачева и Н.В. Дылиса (1964), а определение таксационных показателей древостоев - по общепринятым в лесной таксации методам (Захаров, 1967; Верхунов, 1984). При проведении перечёта деревья подразделялись на деловые, полуделовые и дровяные. Для оценки санитарного состояния древостоев отмечали сухостойные и повреждённые фито- и энтомовредителями деревья, отпад стволов. На каждой пробной площади определялись высоты 15-20 деревьев. С целью изучения хода роста насаждений в высоту были взяты модельные деревья. В насаждениях при наличии подроста и подлеска проводился их перечёт путем закладки учётных площадок размером 10 м 2., с определением вида. Подрост подразделяли на группы высот и категории состояния (Тихонов, Набатов, 1995). Травяной покров и степень покрытия поверхности почвы травами описывали по шкале Друде. На 10 ПП методом учётных площадок размером 1 м 2 изучали фитомассу травяного покрова.

С целью изучения почвенно-экологических условий произрастания защитных лесополос на ПП закладывались прикопки, полуямы и полные почвенные разрезы до глубины 2-2,5 м. Детально описывалось морфологическое строение почвенного профиля, отбирались образцы почв и подстилок. На ПП проведено изучение запасов лесных подстилок методом шаблонов (Карпачевский, 1968, 1977). Полевые исследования почв ПП, анализы почвенных образцов и лесных подстилок в лабораторных условиях проводились по общепринятым в почвоведении методикам, изложенным в работах: В.Н. Смирнова (1959), Е.В. Аринушкиной (1970), А.Ф. Вадюниной, З.А. Корчагиной (1986). Всего заложено 45 полных почвенных разреза, 39 из них на овражно-балочных, 3 на склоновых землях и 3 на сельхозугодьях. Отобрано 369 образцов минеральных горизонтов почв и 255 образцов лесной подстилки. В лабораторных условиях определены: гигроскопическая влажность почв -высушиванием в сушильном шкафу при 100-105°С; гигроскопическую влажность лесных подстилок - высушиванием в сушильном шкафу при 95°С; структурный состав почв - методом сухого просеивания; гранулометрический состав почв - методом пипетки (с подготовкой почв пирофосфатом натрия); потерю при прокаливании в подстилке при 450°С, гумус почвы - по Тюрину; обменные катионы кальция и магния - трилонометрически, с обработкой 1.0 н NаCl; рН водной и рН солевой вытяжки - потенциометрически; гидролитическая кислотность - по Каппену; подвижный фосфор и обменный калий по Кирсанову и Мачигину. При обработке экспериментальных данных применялись методы математической статистики (Дмитриев, 1972). Корреляционно-регрессионный анализ проводился с использованием пакета программ "STATGRAFICS" на ПЭВМ. Для оценки эрозионной опасности ландшафтов были использованы космические снимки, предоставленные из архива данных ЗАО "Институт аэрокосмического приборостроения" (г. Казань).

Экологические условия формирования защитных лесных насаждений и почв Предкамья

Республика Татарстан входит в Среднее Поволжье и расположена в восточной части Восточно-Европейской равнины. Предкамье в пределах республики расположено восточнее реки Волги и севернее реки Камы. Изученная территория представляет собой возвышенное плато водораздела рек Волги, Камы и Вятки с абсолютными высотами от 170 до 190 м и развитым эрозионным ландшафтом. Расчленённость территории возрастает притоками Волги, Вятки и Камы, многочисленными речками, балками, оврагами. Отроги Марийско-Вятского увала входят в западную часть Предкамья. Районы исследований относится к Предкамьскому пермскому возвышенному плато с развитием эрозионного ландшафта (А.В. Ступишин, 1964) Здесь на плакорах распространен элювий перми с карбонатами, а на приводораздельных склонах развиты делювиальные суглинки.

Климат района исследований умеренно-континентальный. Зима здесь продолжительная и холодная, а лето короткое, жаркое и достаточно влажное. Средняя годовая температура воздуха равна +3 …+3,1С. Глубина промерзания почвы доходит до 126-158 см. Вегетационный период (температура свыше 5С) длится в среднем 130-135 дней, а сумма активных температур (выше 10С) составляет 2070 -2130С. За год на территорию региона выпадает от 500 до 540 мм осадков. Регион относится к зоне умеренного увлажнения. Бывают и засушливые годы, вызывающие ослабление, усыхание еловых и пихтовых фитоценозов. Экстремально морозные зимы сильно повреждают дубравы.

Почвообразующие породы региона представлены элювиальными продуктами выветривания коренных осадочных пород, четвертичными наносами и современными наносами. В районах развития эрозии к современным наносам можно отнести делювиальные отложения склонов и пролювиальные отложения оврагов (Газизуллин, Сабиров, 1995).

В регионе широко распространены коричнево-бурые лесные почвы на пермских красноцветных глинах и элювии песчаников и серые лесные почвы на лессовидных суглинках (Газизуллин, 2005). Дерново-подзолистые почвы на делювиальных суглинках более распространены в северных и северо-западных частях Предкамья. Имеются также дерново-подзолистые почвы на древнеаллювиальных супесчано-песчаных отложениях. Рендзины на щебнистых карбонатных породах имеют незначительное распространение. Превалируют свежие и переходные к влажным рамени типы лесорастительных условий: Д 2, Д 2-3; широко распространены также и свежие сурамени С 2. Почвы Предкамья обеспечивают выращивание высокопродуктивных лесных фитоценозов.

По лесорастительному районированию СССР (Курнаев,1973) территория исследования севернее линии Казань-Арск-Мамадыш относится к зоне смешанных лесов. При этом данная зона делится на две части: северную подзону с преобладанием хвойных пород и южную подзону с одинаковым участием хвойных и широколиственных пород. Часть объектов исследования, расположенных южнее указанной линии, входит в зону лиственных лесов.

Оценка эрозионной опасности ландшафтов на основе данных дистанционного зондирования

При изучении природных объектов перспективно использование данных дистанционного зондирования (Сухих, 2005; Мухамедяров и др.,2006,2007). Эффективны комплексные исследования с использованием данных наземного изучения территории и космических снимков. Исходные материалы: результаты дистанционного зондирования территории, топографические карты, цифровые модели рельефа местности, материалы наземных почвенных, геоботанических обследований агроландшафтов, лесоводственно-таксационные показатели защитных лесонасаждений. Космические снимки позволяют выявлять малые эрозионные формы ландшафта, определить начало оврагообразования, общую площадь защитных насаждений, завершенность системы агролесомелиорации района, лесистость территорий, более точно установить границы, площади сельхозугодий, провести мониторинг почв агроландшафтов.

При изучении ландшафтов Предкамья применили зимние космические снимки "Landsat-7". На космических снимках территории хорошо выделяются элементы ландшафта: гидрологическая сеть, лесные сообщества, крупные населенные пункты, дорожная сеть и овражно-балочные системы. Северные районы Предкамья сильно расчленены овражно-балочной сетью. Так, длина трех наиболее значительных овражно-балочных систем в верхней правой части рисунка, измеренная по спутниковому изображению с использованием компьютерной программы, составляет соответственно 62, 37 и 34 км.

В работе дана комплексная оценка развития эрозионных процессов и эффективности территориального расположения защитных лесных насаждений на примере агроландшафтов Сабинского района. На зимнем снимке наиболее контрастно на фоне снежного покрова дешифрируется система защитных насаждений исследуемого участка, отображаются их конструкция и распределение относительно овражно-балочной сети. Здесь хорошо отображаются структура рельефа, балки и склоновые овраги. На поздневесеннем снимке, представляющем собой цветосинтезированное изображение 1-й, 2-й и 3-й спектральных зон Terra-ASTER, хорошо выделяются различные типы растительных сообществ: защитные лесонасаждения, лесной массив, луговая растительность и сельскохозяйственные угодья. Фрагмент леса четко отображается по темно-красному цвету. Сельхозугодия выделяются на снимке по четким прямолинейным границам, имеют различные оттенки красного цвета в зависимости от высеянных культур и состояния посевов.

Применение данных дистанционного зондирования в Предкамье позволило выделить пять зон по степени эрозионной опасности (от 21% до 43%) и лесистости (от 13,5% до 25,7%). В центральных и восточных районах региона элементы рельефа часто защищены от развития водной эрозии приовражными и прибалочными насаждениями. Лесонасаждения имеют правильную ориентацию полос относительно форм рельефа. Однако облесённость овражно-балочных земель по зонам составляет всего от 15 до 24%, что требует дальнейшей посадки противоэрозионных лесных полос.

Защитные лесные насаждения на овражно-балочных землях: состояние и продуктивность

Эрозия почв и создание защитных лесных насаждений в Предкамье Республики Татарстан

Активное развитие процессов эрозии и дефляции характерны и для Республики Татарстан, характеризующийся выраженной расчлененностью рельефа, высокой степенью распаханности сельскохозяйственных угодий (77%) и низкой облесённости пашни (3,0% при оптимуме 4,7-7%) (Государственный доклад…, 2007). По данным Управления Роснедвижимости по Республике Татарстан (Государственный доклад…, 2008), на 01.01.2008 г. площадь пашни, подверженной действию водной эрозии, составляет 1390 тыс.га (41,5%). При этом доля эродированных земель продолжает увеличиваться. Наиболее подвержены эрозионным процессам районы Предкамья. В составе пашни подвержено действию водной эрозии от 45,0% (Зеленодольский район) до 83,0% (Высокогорский район) площади. В исследуемых районах количество действующих вершин оврагов составляет от 455 до 1231 шт. В регионе имеются и довольно большие площади склоновых земель, особенно в северных районах.

Эффективным способом обеспечения высокой продуктивности и защищенности агроландшафтов является создание защитных лесонасаждений. По данным Министерства экологии и природных ресурсов Республики Татарстан, с 2002 по 2006 годы ежегодно защитные лесонасаждения формировали в среднем на площади 2,4 тыс.га. В центральных и северных районах Предкамья за последние 5 лет создано 5,9 тыс. га противоэрозионных насаждений. Однако облесенность пашни многих районов региона остается ещё не на должном уровне: в Арском районе составляет 3%, Атнинском - 3%, Балтасинском - 4%, Лаишевском - 2%, Кукморском - 3%, Рыбно-Слободском - 2%. На сегодняшний день в формировании противоэрозионных лесных насаждений отсутствует системность, а часто - научный подход.

Общая характеристика лесонасаждений пробных площадей

Изученные приовражные и прибалочные защитные лесные полосы Предкамья искусственного происхождения, среди которых наибольшая доля принадлежит сосновым культурам. Насаждения региона представлены такими породами как сосна обыкновенная, береза бородавчатая, ель обыкновенная, липа мелколистная, дуб черешчатый, лиственница сибирская. Противоэрозионные насаждения представлены следующими типами леса: сосняк разнотравный, сосняк кустарниковый, сосняк сложный, березняк разнотравный, березняк кустарниковый, липняк разнотравный, дубняк липовый, лиственничник разнотравный, лиственничник сложный, ельник разнотравный, ельник сложный. В насаждениях более 25-30 летнего возраста имеется подлесок и благонадежный подрост сосны, ели, лиственницы, березы. Лиственные и смешанные лесные насаждения по сравнению с чистыми культурами сосны и ели, характеризуются хорошим состоянием подлеска, большим видовым разнообразием живого напочвенного покрова, устойчивостью.

Продуктивность и оценка состояния защитных лесных полос

Анализ лесоводственно-таксационных показателей пробных площадей показывает (в табл. 1), что обследованные искусственные защитные лесонасаждения представлены различными по составу, возрастной структуре, состоянию и продуктивности древостоями. Естественное происхождение имеют дубовые и липовые овражно-балочные защитные насаждения ПП 10 и 13.

Исследованные сосновые защитные полосы произрастают по I-Iа классу бонитета. Наилучшие показатели хода роста имеют сосняки кустарниковые. Возраст сосновых культур варьирует от 24 до 48 лет. Средний диаметр сосны варьирует в пределах от 12,3 до 24,2 см, средняя высота от 12,3 до 20,4 м.

Березовые защитные полосы представлены насаждениями в возрасте 25-40 лет, со средним диаметром от 14,2 до 27,8 см и средней высотой 13,7-26,3 м. Изученные приовражные, прибалочные и склоновые березовые насаждения произрастают по I-Iа классу бонитета. Запас березняков варьирует от 150,1 до 196,3 м 3/га.

Лиственничники растущие в приовражной зоне отличаются большим запасом древесины (231-311 м 3/га), интенсивность роста соответствует Iа классу бонитета. Здесь присущи самые высокие для региона показатели среднего прироста древесины - 7,01-10,1 м 3/га. Древостои лиственницы продуктивны и перспективны для выращивания на эрозионных землях.

Еловые противоэрозионные полосы произрастает по I-Iа классу бонитета. Средний диаметр ели в насаждениях варьирует в пределах 12,5-14,1 см, а высота - в пределах 12,3-15,5м при возрасте 27-33 года.

Липняк разнотравный произрастает по дну и берегам балки и отличается хорошим ростом (по I классу бонитета). В возрасте 46 лет липовое насаждение на темно-серой лесной почве имеет запас 256,1 м 3/га. Относительная полнота древостоя 0,9. Дубовое овражно-балочное насаждение, произрастающее на дерново-подзолистых почвах по II классу бонитета, имеет общий запас древостоя 198,2 м 3/га.. Состав древостоя - 8Д 2Лп. Возраст дуба черешчатого 72 года, средний диаметр 35,7 см, средняя высота 21,4 м. Относительная полнота древостоя 0,7. Встречаются сухостойные деревья общим запасом до 2,3 м 3/га.

В целом, приовражные и прибалочные насаждения имеют хорошие показатели роста и развития древостоев. В сравнении с показателями хода роста естественно растущих древостоев (Моисеев, 1971; Анучин, 1970; Тюрин, 1977) искусственные посадки отличаются лучшим ростом. Подрост сосны, ели, лиственницы, березы обладает хорошим состоянием. Превалирует благонадежный подрост высотой 0,5-1,5 м.

Санитарное состояние защитных лесных полос в целом удовлетворительное. Наибольшим количеством сухостойных деревьев (1-4 м 3/га) отличаются сосновые полосы. Отпад стволов свежих деревьев и старого сухостоя составляет 7-15 шт/га. В сосняках наблюдается захламленность. Смешанные древостои являются здоровыми и продуктивными, эффективно выполняющими мелиоративные функции.

Таблица 1

Лесоводственно-таксационная характеристика древостоев защитных лесных насаждений

Характеристика почвенно-экологических условий формирования лесомелиоративных насаждений

В процессе исследований в центральных и северных районах Предкамья Республики Татарстан нами выявлены следующие типы почв: подзолистые, серые лесные, коричнево-бурые лесные и рендзины. В составе изученных почв наибольшая доля (в % от числа заложенных пробных площадей) принадлежит серым лесным (42,5%) и коричнево-бурым лесным почвам (30,0%). Далее следуют выщелоченные рендзины (12,5%), дерново-подзолистые суглинистые (10%) и дерново-подзолистые песчаные (5,0%) почвы. Физико-химические свойства почв защитных лесных полос приведены в табл.2.

Подзолистые почвы

При почвенно-экологических исследованиях выделены дерново-подзолистые почвы супесчаного и суглинистого гранулометрического состава.

Дерново-среднеподзолистые супесчаные почвы формируются в основном на рыхлых мономинеральных песках с ортзандовыми прослойками или при подстилании породами более тяжелого гранулометрического состава. Им присущи следующие морфологические признаки: выраженная лесная подстилка; маломощный гумусовый горизонт; далее следует подзолистый горизонт; иллювиальный слой желто-бурого цвета. В дерново-среднеподзолистой супесчаной почве явно превалирует фракция мелкого песка, далее следует фракция крупного и среднего песка. Количество илистых частиц не превышает 6 %. Присуща текстурная дифференциация профиля по физической глине и илу. Содержание гумуса в гумусовом горизонте А 1 составляет 2,0%. Реакция солевой вытяжки в подзолистом горизонте равно 3,8, увеличиваясь к материнской породе до 4,4-4,7. Содержание суммы обменных оснований, подвижных форм фосфора и калия незначительное.

Дерново-подзолистые суглинистые почвы имеют широкое распространение, формируясь на покровных суглинках. Профиль почвы, сформированной под пологом защитного соснового насаждения (ПП 23) имеет следующее строение: А 0=3см + А 1=10см + А 1А 2=15см + А 2=22см + А 2В=31см + В 1=56см + В 2=87см + В 3=114см + ВС=135см + С=211см. Грунтовые воды не обнаружены. В данных почвах проявляется потеря ила в подзолистом горизонте А 2 по сравнению как с почвообразующей породой, так и с иллювиальным горизонтом. Аналогично изменяется по профилю и содержание физической глины. Содержание ила варьирует в пределах от 7,8-13,2%, а физической глины - 24-33,2%. Горизонт А 2 характеризуется наибольшим содержанием крупной пыли (0,05-0,01) 50,1 %, а к низу эти показатели уменьшаются. Содержание гумуса в горизонте А 1 составляет 5,8-6,3%, резко снижаясь по профилю почвы вниз. Степень насыщенности основаниями варьирует в пределах 67-87%. Благодаря относительному богатству почвообразующих пород региона, дерново-подзолистые суглинистые почвы, по сравнению с почвами песчаного и супесчаного гранулометрического состава, больше содержат гумуса, обменных оснований, подвижных соединений фосфора и калия. Почвам характерно протекание основных процессов: дернового и оподзоливания.

Таблица 2 Физико-химические показатели почв защитных лесных полос Предкамья

Примечание. х - потеря от прокаливания.

Серые лесные почвы

В процессе изучения защитных лесных насаждений, нами были вскрыты серые лесные почвы на лессовидных и делювиальных суглинках.

Светло-серые лесные почвы отличаются более светлым гумусовым (А 1) и оподзоленным (А 1А 2 и А 2В) горизонтами, более обильной белесой присыпкой; в горизонте А 1А 2 характерна мелкокомковатая плитчатая структура.

Светло-серая лесная тяжелосуглинистая почва на желто-буром лессовидном карбонатном тяжелом суглинке нами исследована в Высокогорском лесничестве под пологом сосняка снытьевого (ПП 14), произрастающего по I классу бонитета. Почва имеет следующее морфологическое строение профиля: АО=2см + А 1=13см. + А 1А 2=22см + А 2В=36см + Вt1=66см + Вt2=85см + ВС=132см +Сса=184см.

Серые лесные почвы обнаружены под пологом как хвойных, так и лиственных защитных насаждений. Серая лесная тяжелосуглинистая почва на лессовидных суглинках изучена нами в Столбищенском лесничестве в берёзняке разнотравном, представляющее собой прибалочное насаждение (ПП 12). Почва состоит из следующих генетических горизонтов: АО=3см + А 1=19см + А 1А 2=27см + А 2В=43см + Вt1=66см + Вt2=93см + ВС=130см + С=185см. Грунтовые воды не обнаружены. Вскипание от соляной кислоты отсутствует.

Серые лесные почвы характеризуются легкоглинистым и тяжелосуглинистым гранулометрическим составом, хорошей оструктуренностью. Максимальное содержание физической глины и ила соответствует иллювиальным горизонтам. Содержание гумуса в верхних горизонтах серых лесных почв составляет 4,2-6,3 %, с постепенным убыванием вниз по профилю рH солевой вытяжки по всему профилю варьирует от 3,4 до 6,6, с возрастанием показателя в материнских породах, обогащенных карбонатами. Сумма обменных оснований составляет 14-23 мг-экв /100 г почвы. Содержание подвижного фосфора незначительное. Почвы обогащены обменным калием.

Темно-серые лесные почвы исследованы в сосновых, лиственничных и липовых насаждениях. Установлено, что на этих почвах произрастают культуры различного возраста и I-Ia класса бонитета. В липняке разнотравном изучена темно-серая лесная тяжелосуглинистая почва на лессовидных суглинках (ПП 10) со строение профиля: АО=3см + А 1=25см + АВ=45см + Вt1=68см + Вt2=104см + ВС=170см + Сса=205см. Отмечено слабое вскипание от соляной кислоты. Тип лесорастительных условий - Д 2. Темно-серые лесные почвы характеризуются тяжелым гранулометрическим составом, выраженной оструктуренностью. Распределение фракций ила и физической глины по профилю указывает на наличие горизонта вмывания. Количество гумуса в горизонте А 1 составляет 6,2-8,6%, с постепенным снижением его содержания к материнской породе. Почвы обогащены гумусовыми затёками, элементами питания.

Бурозёмы

В процессе проводимых почвенных исследований в Предкамье Республики Татарстан установлено, что в почвах под защитными лесными насаждениями протекают процессы бурозёмообразования. Выявлены коричнево-бурые лесные типичные и коричнево-бурые лесные оподзоленные почвы на эрозионных землях Арского и Сабинского муниципальных районов. Профиль коричнево-бурой лесной типичной среднесуглинистой почвы, сформировавшейся на элювии пермских пород под пологом сосняка снытьевого Сабабашского лесничества (ПП-19), имеет следующее строение: АО=3см + А 1=15см + АВ=28см + Вt1=54см + Вса 2=85см + Сса 1=133см + Сса 2=182см. Характерные морфологические признак: наличие лесной подстилки типа модер-муль, ясно выраженная комковато зернистая структура, тяжелый гранулометрический состав, красно-коричнево-бурый иллювиальный горизонт ореховатой структуры, высокая карбонатность материнской породы. Почвы насыщены гумусовыми веществами, обменными основаниями и элементами питания. В коричнево-бурых лесных оподзоленных почвах имеются белесоватые горизонты А 1А 2g и А 2gВ. Бурозёмы на пермских породах обладают высокими лесорастительными свойствами для формирования устойчивых и продуктивных лесомелиоративных полос.

Рендзины

В рассматриваемом регионе рендзины имеют небольшое распространение, развиваясь в основном на возвышенных местоположениях, склонах, на местах выхода к дневной поверхности карбонатных пород - известняков. Профиль рендзины выщелоченной тяжелосуглинистой, сформировавшийся на элювии известняков, был изучен на склоновых землях Балтасинского лесничества. Сосняк разнотравный с составом древостоя 10C и I классом бонитета. Почвенный профиль состоит из следующих горизонтов: А 0=3см + А 1=16см + АВ=28см + ВСса=42см + Сса=73см. Вскипание от соляной кислоты сплошное, бурное с 29 см. Рендзинам свойственны: высокое содержание гумуса в верхних горизонтах (6,9-7,3%), выраженная оструктуренность гумусированных горизонтов А 1 и АВ, обеспеченность элементами питания. Выщелоченные рендзины региона характеризуются маломощным профилем и усиленным дерновым процессом.

Влияние почвенных условий на продуктивность противоэрозионных насаждений

В аспекте сопряженности типов леса и почв можно сказать, что наибольшее распространение имеют сосняки кустарниковые на серых лесных почвах (11,9%), далее - сосняки разнотравные на серых лесных почвах (9,5%) и выщелоченных рендзинах (9,5%). Лиственничники разнотравные часто произрастают на серых лесных почвах (7,1%). Сопряженность остальных типов леса и почв варьирует в пределах 2-5%.

Почвенно-грунтовые условия региона благоприятны для произрастания основных лесообразующих пород и формирования ими продуктивных древостоев. Наиболее продуктивные и богатые по видовому составу растительности противоэрозионные лесные насаждения произрастают на свежих и переходных к влажным рамени типах лесорастительных условий (Д 2, Д 2-3), далее следуют свежие сурамени С 2. На коричнево-бурых лесных и серых лесных почвах при смешении лиственницы сибирской и сосны обыкновенной, а также лиственницы сибирской и ели обыкновенной формируются продуктивные лесные полосы в 33-36 лет со средней высотой 16-18 м и с запасом древесины до 231-311 м 3/га. На дерново-подзолистых суглинистых почвах смешение сосны обыкновенной и березы бородавчатой позволяет в 24 года формировать насаждение с запасом древесины 158 м 3/га. На серых лесных суглинистых почвах смешанных полосы из ели и березы произрастают по Ia класса бонитета с запасом древесины в 202 м 3/га.

Для выявления зависимости продуктивности древостоев сосны (19 ПП) от почвенных показателей была проведена математическая обработка данных с использованием многофакторных регрессионных уравнений. Результативным признаком был взят продуктивность искусственных насаждений, выраженная через среднюю высоту древостоев Нср (У 1). Факторными признаками взяты 10 почвенных показателей. Установлена тесная зависимость возрастания средней высоты сосновых древостоев при увеличении содержания гумуса в слое 0-30 см и почвенных частиц диаметром меньше 0.01 мм. Значимым фактором является и содержание подвижного К 2О в слое 0-50см.

Влияние почвенно-экологических факторов на растительность определяется сочетанием комплекса свойств почв, с учётом условий рельефа. На продуктивность изученных лесомелиоративных насаждений оказывают влияние мощность почвенного профиля, гранулометрический и структурный состав почв, богатство почвообразующей породы, содержание гумуса, количество подвижных элементов, глубина залегания карбонатов. Более высоким потенциальным плодородием обладают коричнево-бурые лесные и серые лесные почвы. Худшие лесорастительные свойства присущи дерново-подзолистым почвам легкого гранулометрического состава.

Почвозащитная роль лесомелиоративных насаждений

Влияние растительности в лесах проявляется через особый биогеогоризонт - лесную подстилку, формирующуюся из опада компонентов фитоценозов. Мощность лесных подстилок в различных защитных лесонасаждениях имеет значительный коэффициент вариации колеблется от 24,3 % в ельнике снытьевом до 52,9 % в лиственничнике разнотравном. Наибольшие средние значения данного параметра (3,0-4,8 см) обнаружены в сосновых насаждениях. Запас лесной подстилки в сосновых и еловых защитных лесных насаждениях больше, чем в лиственных. Значения этого параметра следующие: от 43,3 до 48,1 т/га - в сосновых насаждениях; от 21,2 до 41,4 т/га - в еловых насаждениях; в лиственничниках - от 23,7 до 26,1 т/га; в березняках - от 13,3 до 17,8 т/га; в дубовом - 24,9 т/га; в липовом фитоценозе запас составляет 19,8 т/га. Подстилки лиственных насаждений выделяются наименьшей кислотностью, более повышенным содержанием элементов питания, благоприятно влияют на гумусонакопление и плодородие почв. Лесная подстилка приовражных и прибалочных насаждений предохраняет почвы от размыва, является преградой на пути талых и ливневых вод с глинистыми частицами.

В изученных лесных биогеоценозах формируются: в сосновых и еловых фитоценозах подстилка типа модер-муль, в лиственничных, березовых, дубовых и липовых фитоценозах - хорошо разложившаяся подстилка типа муль. Подстилки в основном сильно- и среднеразложившиеся, что свидетельствует об интенсивном биологическом кругообороте веществ внутри экосистем.

Травянистая растительность под пологом лесомелиоративных насаждений варьирует в пределах 17-233 кг/га, с хорошим проективным покрытием поверхности почвы в лиственных насаждениях (до 40-60%). Травы имеют развитую корневую систему, насыщая почвы органическим веществом.

Под пологом приовражной и прибалочной лесных насаждений отмечается заметное увеличение содержания агрономически ценных (агрегаты размером 0,25-10 мм) структурных отдельностей в горизонте А 1 (рис.3). Это связано насыщенностью данного горизонта гумусовыми веществами. Под пологом лесонасаждений количество агрегатов размером 0,25 -10 мм в горизонте А 1 составляет 59-93%, когда почвы достигают оптимального структурного состояния (Бондарев, Кузнецова, 1988). При изучении полных почвенных разрезов отмечено, что корни 25-30 летних деревьев сосны, березы, ели, лиственницы обильно распространены до глубины 70-90 см, проникая до глубоких горизонтов. Это способствует увеличению скважности почв в приовражной и прибалочных лесных полосах. Увеличение водопроницаемости почв под пологом защитных лесных насаждений происходит и вследствие повышения содержания гумуса, оструктуренности почв.

Рис.3. Распределение содержания агрегатов размером 0,25-10 мм в гумусовом горизонте почв по типам леса

Установлено, что по сравнению с пахотными угодьями, в верхних горизонтах почв под пологом защитных лесных полос повышается содержание гумуса (до 1,9-2,4%) и количество ценных агрегатов размером 0,25-10 мм (до 22-26%). При этом коэффициент вариации составляет: при определении содержания гумуса 9-15%, оструктуренности почв - 7-14%. Достоверность расхождения средних значений содержания гумуса и количества агрегатов размером 0,25 -10 мм в верхних горизонтах почв пашни и противоэрозионной лесной полосы определена t-критерием Стьюдента.

Эколого-экономическая эффективность защитного лесоразведения

Смешанные по составу, продуктивные и устойчивые защитные лесные насаждения обладают более высокой экологической эффективностью, что достигается оптимальным смешением пород и произрастанием в соответствующих их биоэкологии почвенных условиях. ...