Екологічні особливості підвищення продуктивності та біологічної стійкості лісів Полісся та Лісостепу Київщини

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Інститут агроекології

Української академії аграрних наук

КОЧЕРГА МИКОЛА МИКОЛАЙОВИЧ

УДК 631.95:630

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата сільськогосподарських наук

ЕКОЛОГІЧНІ ОСОБЛИВОСТІ ПІДВИЩЕННЯ ПРОДУКТИВНОСТІ ТА БІОЛОГІЧНОЇ СТІЙКОСТІ ЛІСІВ ПОЛІССЯ ТА ЛІСОСТЕПУ КИЇВЩИНИ

03.00.16 - екологія

Київ - 2007

Дисертацією є рукопис.

Науковий керівник: доктор біологічних наук, професор Гордієнко Михайло Іванович, Національний аграрний університет, професор кафедри лісових культур та лісової фітопатології.

Офіційні опоненти:

доктор сільськогосподарських наук Бондар Анатолій Омелянович, Національний аграрний університет, завідувач кафедри лісівництва і мисливствознавства;

доктор сільськогосподарських наук Юрчак Лариса Дем'янівна, Національний ботанічний сад ім. М.М.Гришка НАН України, головний науковий співробітник відділу алелопатії.

Захист відбудеться 7 листопада 2007 р. об 11 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.371.01 Інституту агроекології УААН за адресою: 03143, Київ-143, вул. Метрологічна, 12.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Інституту агроекології за адресою: м. Київ, вул. Метрологічна, 12.

Автореферат розісланий “5” жовтня 2007 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Я.В.Чабанюк.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Відповідно до вимог концепції сталого розвитку (Ріо-де-Жанейро, 1992), порівняно з економічним значенням лісів тепер пріоритет надається їх екологічній ролі на локальному, регіональному та глобальному рівнях. Тому інтенсивність лісокористування не повинна знижувати продуктивність і біологічну стійкість лісових екосистем. Велике значення має збереження лісового біорізноманіття, що потребує ширшого використання природного поновлення лісів. Водночас, тривале орієнтування лісокористування на економічні пріоритети зумовило заміну понад половини природних лісів України і регіону дослідження на лісові культури, певну трансформацію лісових екосистем, збіднення їхнього біорізноманіття, зниження біологічної стійкості та екологічної ролі в антропогенно порушених, забруднених радіонуклідами ландшафтах.

Значний вклад у розробку теоретичних положень і практичних методів підвищення продуктивності і біологічної стійкості лісів Полісся внесли Г.Д. Білий, В.А. Бузун, М.М. Гордієнко, В.П. Краснов, Д.Д. Лавриненко, П.В. Литвак, О.О.Орлов, Г.І. Редько, Є.В. Рябуха, В.К. М'якушко, О.Г. Черних та ін. Однак ці завдання досі не вирішені. Залишаються відкритими питання узгодження економічних і природоохоронних пріоритетів ведення лісового господарства в експлуатаційних лісах. Відповідно до міжнародних норм збалансованого лісокористування, для їх узгодження необхідно застосовувати екосистемний підхід. Це дозволяє адекватніше виявити негативні для лісу екологічні фактори серед складного комплексу чинників довкілля, а також визначити ефективні шляхи удосконалення системи ведення лісового господарства з урахуванням національних нормативів, наявних наукових пропозицій і практичного досвіду.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Теоретичні і практичні питання, що висвітленні в дисертації, є частиною бюджетного наукового проекту 110/53 “Розробити біолого-екологічні та технологічні основи інтенсифікації цільового лісовирощування та комплексної системи захисту лісів від шкідників і збудників хвороб” кафедри лісових культур та лісової фітопатології лісогосподарського факультету Національного аграрного університету. Окремі розділи дисертації виконано автором з власної ініціативи.

Мета і завдання досліджень. Мета досліджень полягала у науковому обґрунтуванні лісогосподарських шляхів і методів підвищення загальної продуктивності та біологічної стійкості лісів Полісся та Лісостепу Київщини, які трансформовані в результаті впливу історичних, природних, соціально-економічних і технологічних факторів.

Досягнення поставленої мети передбачало вирішення таких завдань:

1. Вивчити стан і продуктивність насаджень основних лісоутворюючих порід Полісся та Лісостепу Київщини.

2. Дослідити вплив історичних, природних, соціально-економічних і технологічних факторів на стан і продуктивність лісових насаджень.

3. Визначити вплив різних екологічних факторів на природне і штучне відновлення лісів, збереження біорізноманіття.

4. Узагальнити науково-виробничий досвід з лісовідновлення з метою виявлення та оцінки наявних проблем у відтворенні лісових ресурсів регіону.

5. Оцінити ефективність лісокультурних методів, що застосовують в регіоні, для підвищення продуктивності та біологічної стійкості лісостанів.

6. Розробити систему лісогосподарських шляхів і методів підвищення загальної продуктивності та біологічної стійкості лісів Київщини.

Об'єкт дослідження - динаміка продуктивності і біологічної стійкості лісів Київщини в умовах впливу несприятливих екологічних факторів.

Предмет дослідження - історичні, природні, соціально-економічні і технологічні фактори, що впливають на стан лісів Київщини.

Методи дослідження. В основу досліджень покладено метод порівняльної екології та екосистемний підхід, загальноприйняті методики лісівництва, лісознавства, ґрунтознавства та екології, польових експериментів і лабораторних аналізів, статистичної обробки інформації.

Наукова новизна одержаних результатів. Визначено найвагоміші екологічні фактори, які впливають на стан і відновлення лісів. Отримані результати дають змогу удосконалити лісогосподарські шляхи і методи підвищення продуктивності та біологічної стійкості, екологічної значимості лісових екосистем Полісся та Лісостепу Київщини на засадах узгодження соціально-економічних і природоохоронних пріоритетів діяльності відповідно до нових національних і міжнародних вимог щодо лісів та їхньої екологічної ролі в довкіллі.

Теоретичною і методологічною новизною результатів дослідження є:

у дисертації вперше одержано:

- систему науково обґрунтованих лісогосподарських шляхів і методів підвищення загальної продуктивності та біологічної стійкості антропогенно трансформованих лісів Полісся та Лісостепу Київщини. В основу розробки покладено виявлені причинно-наслідкові особливості динаміки стану лісів регіону залежно від інтенсивності впливу історичних, природних, соціально-економічних і технологічних факторів, синергічного ефекту їх сумісної дії;

удосконалено:

- шляхи і методи підвищення загальної продуктивності та біологічної стійкості лісів Київщини з охопленням основних ланок ведення лісового господарства - від підготовки ґрунту і створення лісових культур до головної рубки та узгодження економічних та природоохоронних пріоритетів діяльності підприємств щодо: природного і штучного поновлення лісу у свіжих і вологих суборах, обробки ґрунту смугами без винесення гумусового шару за межі смуг, оптимізації схем змішування деревних порід, розміщення посадкових місць та густоти лісових культур, зниження конкурентного впливу трав'янистих рослин на поновлення дерев та стан підросту на зрубах різного віку, оптимізації видового складу насаджень, зімкнутості крон за віковими групами деревостанів з урахуванням лісорослинних умов, галузевих і природоохоронних вимог;

отримало подальший розвиток:

- удосконалення оцінки реалізації потенціалу екотопу лісовими культурами в антропогенно порушених умовах завдяки застосуванню не бонітету, а середнього річного приросту деревостану, який інтегрує ефекти впливу усіх екологічних факторів, у т.ч. антропогенних;

- узагальнення науково-виробничого досвіду з лісовідновлення та догляду за лісом, використання соснових лісів для природоохоронних цілей;

- наукове обґрунтування лісогосподарських шляхів і методів, спрямованих на запобігання пошкодження, оздоровлення ослаблених деревостанів Полісся та Лісостепу Київщини і підвищення їхньої стійкості та продуктивності на засадах збалансованого лісокористування.

Практичне значення одержаних результатів полягає у розробленні теоретико-методологічних положень та практичних рекомендації щодо підвищення загальної продуктивності та біологічної стійкості лісів Полісся та Лісостепу Київщини. Отримані результати апробовано в обласному лісогосподарському об'єднанні (ОЛГО) “Київліс”: на державному підприємстві “Бориспільське лісове господарство” - при реконструкції малоцінних молодняків, заміні насаджень, в склад яких входять деревні породи, що не відповідають умовам місцезростання; на державному підприємстві “Макарівське лісове господарство” - при визначенні оптимального складу лісових культур та схем змішування, які створюються у свіжих суборах та судібровах, а також при визначенні оптимальної інтенсивності і строків проведення рубок догляду за лісом у чистих і мішаних насадженнях сосни звичайної.

За зазначеними рекомендаціями в лісових насадженнях регіону закладено досліди з подальшої оцінки підвищення екологічної ролі лісів у довкіллі, із збереження біорізноманіття, запровадження у практику природоохоронних методів ведення лісового господарства. З урахуванням отриманих результатів, екологічних особливостей довкілля та лісотипологічної характеристики лісового фонду пропозиції з удосконалення шляхів і методів підвищення загальної продуктивності та біологічної стійкості лісів Київщини можуть бути використані в інших регіонах України.

Особистий внесок здобувача. Дисертаційна робота є самостійним дослідженням здобувача. Визначення мети, обґрунтування напряму досліджень, розробка програми і методики досліджень, вивчення літератури по темі, збір, обробка та аналіз експериментального матеріалу, узагальнення наукових результатів, опрацювання практичних пропозицій, підготовка до друку публікацій, написання дисертаційної роботи та автореферату здійснено автором особисто.

Апробація результатів дисертації. Основні теоретичні положення та практичні рекомендації, що містяться в дисертації, доповідались і отримали позитивну оцінку на Міжнародній ювілейній науково-практичній конференції, присвяченій 155-річчю лісогосподарського факультету і 70-річчю Боярської лісової дослідної станції “Лісівнича наука та освіта: стан та перспективи розвитку” (17-20 жовтня 1995 року, Київ, 1995), науковій конференції професорсько-викладацького складу та аспірантів НАУ “Проблеми агропромислового комплексу: пошук, досягнення” (Київ, 1994), наукових конференціях професорсько-викладацького складу, наукових співробітників і аспірантів лісогосподарського факультету НАУ (Київ, 1996; Київ, 1997; Київ, 1998; Київ, 1999), на розширених засіданнях кафедри лісових культур та лісової фітопатології (Київ, 1995; Київ, 1997; Київ, 1998; Київ, 1999), а також на радах обласного лісогосподарського об'єднання “Київліс” (1994-1996 рр.).

Публікації. За матеріалами досліджень опубліковано шість наукових праць, чотири з яких у фахових виданнях. Загальний обсяг публікацій становить 1,7 друкарських аркуша.

Структура і обсяг роботи. Дисертаційна робота складається із вступу, семи розділів, висновків, списку використаних джерел, що налічує 217 найменувань, містить три додатки, 49 таблиць і 23 рисунки.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, визначено мету і завдання, конкретизовано об'єкт, предмет та методи дослідження, сформульовано наукову новизну та практичне значення отриманих результатів.

Розділ 1 “Сучасний стан питання”. Зазначається що, відповідно до засад концепції сталого розвитку, екологічна роль лісів у навколишньому природному середовищі є нині пріоритетом порівняно з їх економічним значенням. Вона найповніше виявляється стійкими лісовими екосистемами, близькими за будовою і видовим складом до еталонних типів лісу. Водночас, тривале орієнтування лісового господарства на економічні пріоритети спричинило домінування лісокультурного методу відтворення соснових лісів, надмірне поширення монокультур сосни звичайної (Pinus sylvestris L.) як в Україні, так і на Київщині. Це призвело до певної трансформації лісових екосистем, збіднення біотичного різноманіття, зниження їхньої стійкості та екологічної ролі у ландшафтах, що потребує удосконалення їх підтримки лісогосподарськими заходами. Актуальність цих питань зростає в умовах комплексного впливу негативних природних і антропогенних факторів.

Стан та продуктивність сосни звичайної вивчали А.І. Ахроменко (1950), Г.А. Гаєль (1952), З.С. Голов'яненко (1909), В.В. Гумак (1913), М.І. Гордієнко та ін. (1979, 1995, 1998, 2002), С.Б. Ковалевський (1994), Д.Д. Лавриненко (1960), П.В.Литвак (1973, 2001), Н.О. Мальгін (1854), В.В. Миронов (1970), Н.А. Михайлов (1902), В.К. М'якушко (1978), Б.І. Новак (1987), П.С. Погребняк (1955), Г.І. Редько та ін. (1993), В.О. Рибак (1996), А.П. Топольський (1904), І.В. Шаблій (1990), Н.В.Шелгунов (1848), П.В. Шлапак (1997) та ін. За даними цих дослідників для створення біологічно стійких і продуктивних штучних насаджень сосни звичайної доцільно використовувати місцеве насіння, у склад культур слід вводити листяні породи, які сприяють покращанню стану та інтенсивному росту сосни. Підготовку ґрунту слід проводити так, щоб не понизити його родючості.

Деякі фахівці пропонують розділяти деревну, біологічну, екологічну і комплексну продуктивність лісостану. Вже розроблено основні напрями підвищення деревної продуктивності. Водночас, проблема підвищення біологічної продуктивності залишається мало вивченою, оскільки втілення в життя ідеї використання всієї фітомаси лісу передбачає, насамперед, розв'язання проблем, пов'язаних з негативними наслідками лісокористування: виснаження ґрунту, ерозійні процеси, збіднення біорізноманіття тощо. Це потребує перегляду нормативних підходів до формування породного складу насаджень, схеми розміщення дерев і чагарників у культурах, застосування добрив, загалом - удосконалення системи ведення лісового господарства. Що стосується екологічної продуктивності, то за багатогранності виконуваних лісами функцій, складності і навіть відсутності методів оцінки нематеріальних ресурсів, поки що немає завершеної методики її кількісної оцінки.

Загалом підкреслюється, що продуктивність і стійкість лісів є взаємозалежними їх характеристиками, які по-різному залежать від комплексу екологічних факторів різної природи, ефект сукупного впливу яких оцінювати дуже важко. Зазвичай, визначені причинно-наслідкові зв'язки мають регіональні або місцеві особливості, що слід враховувати при розробці відповідних заходів.

Майже 200-річний досвід вирощування лісових культур сосни необхідно переглянути у новому методологічному контексті екологізації лісової галузі відповідно до концепції сталого розвитку, де пріоритетним є природне поновлення лісів згідно з лісотипологічними нормами. Слід удосконалити систему ведення лісового господарства відповідно до нових національних та міжнародних вимог щодо лісів і їхньої екологічної ролі у довкіллі. полісся київщина лісоутворюючий екологічний

Розділ 2 “Програма і методика досліджень, обсяг виконаних робіт”. Для вирішення завдань, поставлених у дисертаційній роботі, програмою було передбачено:

1. Вивчення стану та продуктивності деревостанів основних лісоутворюючих порід Полісся та Лісостепу Київщини.

2. Узагальнення виробничого досвіду з лісовідновлення і лісорозведення з метою виявлення проблем у відтворенні лісових ресурсів регіону.

3. Дослідження впливу історичних, природних, соціально-економічних і технологічних факторів на стан і продуктивність деревостанів.

4. Визначення найвагоміших для лісовідновлення екологічних факторів та розробка пропозицій з удосконалення лісогосподарських заходів для формування у регіоні біологічно стійких і високопродуктивних насаджень.

В основу досліджень було покладено метод порівняльної екології та екосистемний підхід з використанням загальноприйнятих у лісознавстві та лісівництві методик (Воробьов, 1967; Нікітін, 1954; Захаров, 1967; Кобранов, 1973; Погребняк, 1955, 1963, 1968; Гордієнко, 1979; Анучин, 1982), а також літературно-патентних, обліково-фондових і нормативних документів лісової галузі, з відповідним збиранням та обробленням польових матеріалів.

При польових дослідженнях застосовано широкий спектр методичних підходів, що охоплюють основні структурно-функціональні рівні організації лісових екосистем, значущі екологічні фактори, у тому числі господарський вплив. Вибрані насадження описували на тимчасових пробних площах відповідно до чинних нормативів в лісокультурному, лісівничому і лісознавчому аспектах (Воробьов, 1967; Огієвський, Хітров, 1967; Кобранов, 1973). Дослідження санітарного стану лісонасаджень проводили за методикою Е.Г. Мозолевської та ін. (1984). Кореневонаселенність деревних рослин вивчали за методикою М.А. Качинського (1931) в модифікації П.С. Погребняка (1949) і Д.Д. Лавриненка (1952). Запас лісової підстилки визначали за методикою М.І. Гордієнка (1979), ґрунт вивчали за М.А.Качинським (1958). У підстилці та ґрунті визначали азот за Тюріним, фосфор за Кирсановим. В ґрунтових зразках визначали гумус за Тюріним, калій - полум'яним фотометром, гідролітичну кислотність за Каппеном, суму поглинутих основ - за Каппеном-Гільковицем, рН водної витяжки - потенціометром (Петербургський, 1968; Аринушкина, 1970).

Експериментальний матеріал обробляли методами математичної статистики (Нікітін та ін., 1978) з використанням комп'ютерних програм, розроблених фахівцями НАУ.

Дослідження програмних питань здійснено на 222 тимчасових пробних площах, на яких було зрубано для вивчення ходу росту 46 модельних дерев основних лісоутворюючих порід. Визначення потужності та запасу лісової підстилки проведено в шести насадженнях, вмісту поживних речовин у ґрунті - в 105 зразках. Розповсюдження коренів сосни звичайної та інших деревних порід вивчено у 18 шурфах. Природне поновлення деревних та інтенсивність заселення трав'янистих рослин вивчено на 44 зрубах віком від одного до восьми років.

Лісопатологічні дослідження виконано на 48 тимчасових пробних площах, де проведено фітоентомологічний аналіз 22 зрубаних модельних дерев та 248 дерев на корені, розкопано та обстежено кореневі системи 24 дерев різних категорій стану.

Розділ 3 “Природно-історичні умови та характеристика лісового фонду регіону”. Зазначається, що ґрунтово-кліматичні умови Київщини сприятливі для росту багатьох лісових видів рослин, які залежно від екотопу формують різноманітні фітоценози. Головними лісоутворюючими породами є сосна звичайна (особливо у Поліссі) і дуб звичайний (Quercus robur L.), які формують 81,3% лісів області. Аналіз фондово-облікових матеріалів та літератури показує, що в регіоні можна вирощувати мішані за породним складом і складні за будовою біологічно стійкі та високопродуктивні лісостани сосни звичайної. Однак, тривала та інтенсивна господарська діяльність призвела до значної зміни рослинного покриву території, зниження її лісистості, спрощення видового складу фітоценозів та фрагментації лісових масивів. Це певним чином порушило ландшафтну структуру і знизило стабільність природних екосистем регіону.

Аналіз лісового фонду ОЛГО “Київліс” показує, що природна родючість лісових земель регіону використовується недостатньо ефективно: багато лісостанів мають низькі класи бонітету та повноту. Однак розподіл низькоповнотних насаджень та динаміка структури вкритих лісом земель свідчать про наявність у регіоні значного потенціалу для інтенсифікації лісовирощування, покращання структури, продуктивності та екологічної ролі лісів.

Розділ 4 “Продуктивність та стан соснових насаджень”. Показано, що продуктивність сосняків регіону, який є окраїною ареалу сосни звичайної, перевищує середні показники по Україні і середині ареалу виду завдяки сприятливим природним умовам, досить високому рівню ведення лісового господарства та відсутності істотного впливу негативних антропогенних факторів (рис. 1). Так, в Боярській ЛДС Київської області середній запас деревини, становить 359, а середній річний приріст та 6,1 м³/га порівняно з 196 та 4,0 м³/га у насадженнях України.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1. Часова динаміка залежності запасу чистих соснових деревостанів І^а бонітету від кількості дерев у свіжих суборах Київського Полісся

Можливість вирощувати високопродуктивні деревостани господарсько доцільних порід і відносно інтенсивний розвиток регіону сприяли тому, що штучні насадження сосни звичайної почали створювати в Київському Поліссі з кінця ХІХ століття. У наш час у деяких господарствах штучні сосняки займають понад 60% площі земель, вкритих лісовою рослинністю. У 10 обстежених держлісгоспах регіону виявлено монокультури сосни, створені в едафотопах В_2-3, де можна вирощувати складні за складом і будовою насадження. Тільки в деяких з них після жердинного віку з'явився рідкий самосів сосни.

Порівняно з природними деревостанами, продуктивність штучних насаджень сосни в однакових лісорослинних умовах змінюється через господарські причини у більш широких межах - від 190 м³/га (Іванківський держлісгосп) до 270 м³/га (Клавдієвський держлісгосп). Характерним є надмірне зрідження середньовікових і старших деревостанів, що зумовлює зниження таксаційних показників (рис. 2).

У результаті порушення норм ведення лісового господарства такі деревостани у більшості підприємств регіону мають знижені класи бонітету і показники повноти. Встановлено, що при належному веденні господарства в умовах свіжого та вологого субору регіону можна досягти інтенсивності росту насаджень, рівної показникам свіжої судіброви. Найбільший середній приріст запасу деревини спостерігається у віці 30-60 років. Максимальний середній річний приріст стовбурової деревини середньовікових насаджень сосни звичайної сягає 13 м³/га. Тобто в умовах Київського Полісся можна вирощувати насадження сосни звичайної із запасом, який значно перевищує середній в Україні (табл. 1).

Рис. 2. Зниження середньої висоти та діаметру чистих соснових деревостанів І^а бонітету у свіжих суборах Київського Полісся після 50-60-річного віку

Таблиця 1 Продуктивність чистих штучних насаджень сосни звичайної, створених у свіжих суборах Київського Полісся

В усіх обстежених деревостанах тією чи іншою мірою всихають дерева, що зумовлено впливом комплексу негативних біотичних і абіотичних факторів, які доцільно розділити на три групи. Перша група - фактори, які зумовлюють послаблення дерев і депресію їх росту: антропогенне порушення лісорослинних умов та нормативів ведення лісового господарства, яке спричиняє розвиток в ослаблених насадженнях первинних шкідників і хвороб. Частина деревостанів має незадовільну структуру, деякі з них зазнають інтенсивного рекреаційного навантаження в зоні відпочинку населення. До другої групи слід віднести кліматичні екстремуми, які пригнічуюче впливають на екосистеми усіх рівнів (організму, консорції, біогрупи, популяції тощо) і спричиняють відмирання насамперед послаблених дерев. Так, впродовж п'яти років перед дослідженням відбувались часті зміни інтенсивних відлиг і морозів у зимовий період, спостерігались пізньовесняні та ранньоосінні приморозки, тривалі нехарактерні для регіону посушливі періоди влітку.

Третя група - фактори, які прискорюють всихання дерев, розладнання деревостанів, фітоценозів і деградацію екосистем (переважно вторинні стовбурові шкідники, хвороби). За сучасного стану розвитку науки і виробництва, саме на першу і третю групу факторів можна вплинути відповідним регулюванням.

Інтенсивність всихання сосняків залежить від їхнього походження та віку. В молодняках частка зовнішньо здорових дерев становить 33-54%, ослаблених - 13-35%, сильно ослаблених - 3-17%, всихаючих - 2-7%, свіжого сухостою - 3-8%. Всихання тут відбувається, зазвичай, за рахунок відстаючих у рості та розвитку дерев. Певною мірою це є наслідком недоліків рубок догляду, що спричиняє поширення кореневої губки (Hemerobasidion annosum (Fr.) Bref.), інших захворювань, розмноження шкідників та розвиток патогенних епіфітотій. Коренева губка уражує, головним чином, молоді культури сосни, які до 15-20-річного віку не набули необхідної природної стійкості з тих чи інших, переважно господарських, причин. Часто пошкоджуються чисті культури, створені на староорних землях.

Інтенсивність всихання середньовікових насаджень дещо більша, ніж молодняків. У вогнищах кореневої губки всихання дерев прискорюють стовбурові шкідники-ксилофаги, які заселяють, зазвичай, фізіологічно ослаблені особини. Всихання достигаючих, стиглих і перестійних насаджень сосни помітно залежить від їхнього походження. Кращим станом відрізняються природні деревостани. Загалом достигаючі і старіші насадження повільніше всихають, ніж середньовікові, але дещо інтенсивніше, ніж молодняки. При цьому, як і в молодняках, головним чином, всихають відсталі у рості дерева.

Причинно-наслідковий алгоритм динаміки стану лісів Київщини такий: “лісогосподарське порушення зв'язку “екотоп - тип деревостану” при відновленні лісу + кліматичні екстремуми + конкуренція трав'янистої рослинності, коренева губка, хвороби, первинні шкідники” спричиняють “зниження продуктивності та біологічної стійкості лісових екосистем і розвиток епіфітотій хвороб, вторинних шкідників на стадії розвитку лісу”, дигресія лісу підсилюється подальшим впливом вказаних вище несприятливих екологічних факторів (порушенням норм ведення лісового господарства, шкідниками, хворобами, кліматичними факторами), що призводить на час головної рубки до формування розладнаних, низькопродуктивних лісостанів зі зниженою біологічною стійкістю.

Вказується, що одним із доступних для лісівників і ефективним заходом щодо створення біологічно стійких соснових деревостанів є обов'язкове введення в лісові культури листяних порід, які сприятливо впливають на стан та ріст сосни і зменшують вірогідність появи кореневої губки. Оскільки природні ліси є стійкішими до кореневої губки, ніж лісові культури, на ділянках із загрозливим екологічним фоном щодо розвитку цього патогена лісостани слід відновлювати природним шляхом, якщо там сприятливі лісорослинні умови.

Розділ 5 “Природне та штучне відновлення соснових лісостанів”. Викладено екологічні особливості лісовідновлення. За успішного лісогосподарського сприяння достатнє природне відновлення лісу можливе лише у вологих суборах. В усіх насадженнях інтенсивність насіннєвого природного поновлення деревних порід тісно корелює з вологістю та станом рихлення поверхні ґрунту: в свіжих суборах виявлено від 0,3 до 8,1 тис. шт. / га, в перехідних едафотопах від свіжих до вологих суборів - 0,8-10,7, у вологих суборах - від 2,8 до 12,1 тис. Поступово-вибіркові рубки в умовах свіжого субору не забезпечують задовільного відновлення соснових деревостанів природним шляхом, тому проведення їх в цих умовах є недоцільним. Навіть за умови отримання достатнього поновлення сосни та інших порід, більша частина його гине, особливо під час останнього прийому рубки догляду та при головних рубках деревостанів через застосування потужної, важкої техніки для трелювання зрубаних дерев, вантаження і вивезення деревини, спалювання порубних рештків. Порушення лісової підстилки і верхнього шару ґрунту, надходження золи прискорюють мінералізацію ґрунту, сприяють інтенсивному розростанню на зрубах трав'яних рослин, серед яких в умовах В₂, домінує куничник лісовий (Calamagrostis epigeios (L.) Roth.). Надземна частина його сягає висоти 1,0-1,4 м і має середню масу 0,98 кг.

Відпад підросту на зрубах з віком є наслідком конкурентного та алелопатичного впливу трав'янистих рослин, насамперед куничника лісового. Якщо на однорічних зрубах в умовах свіжого субору загальна кількість деревних рослин природного поновлення не перевищує 2 тис. шт./га, то на чотирирічному зрубі їх уже в 3,0-3,5 раза менше, на шестирічному - в 6 і на восьмирічному у 8 разів менше (сосни - в 9-10 разів, табл. 2). Сходи сосни часто гинуть до кінця першого вегетаційного періоду. Розростанню трав'янистих рослин сприяє надмірне зрідження деревостанів до повноти 0,5-0,6 інтенсивними прохідними і санітарними рубками.

Конкурентні відносини у системі “сосна - куничник” належить регулювати шириною міжрядь в культурах, а стійкість соснових насаджень - дотриманням нормативів ведення лісового господарства. Важливими складовими успіху переорієнтації лісового господарства з лісових культур на природне лісовідновлення є удосконалення нормативів та належне ресурсне забезпечення цієї діяльності.

Проблеми штучного поновлення лісів у регіоні зумовлені недосконалістю технології. Обробіток ґрунту при створенні лісових культур на зрубах здебільшого здійснюють плугом ПКЛ-70, який утворює борозни глибиною 22-25(30) см. При цьому верхній гумусовий шар ґрунту переміщується у міжряддя, а сіянці сосни висаджують в елювіальний горизонт, який характеризується не тільки низьким вмістом елементів мінерального живлення, але й незадовільними водно-фізичними властивостями. Загалом умови місцезростання тут погіршуються на один клас бонітету. Це знижує енергію росту дерев, особливо перші роки після закладання культур, ослаблює їх протистояння конкурентному впливу трав'янистих рослин.

Таблиця 2 Природне поновлення деревних порід на зрубах у свіжому суборі Дубраво-Ленінського лісництва Клавдієвського держлісгоспу (шт./га)

Кращим способом підготовки ґрунту під лісові культури є розпушування смуг, коли верхній родючий шар ґрунту, винесений з борозни у міжряддя плугом ПКЛ-70, повертають у борозну культиватором КЛБ-1,7. У трирічному віці саджанці сосни тут ростуть краще, ніж посаджені у борозни, на 18-43%, у чотирирічному - на 10-32%, у п'ятирічному - на 19-21% (табл. 3). В кінці жердинного віку сосна має на 12-16% більші висоту та діаметр.

При садінні сіянців сосни по дну борозни збільшення відстані між рядами на 0,5 м віддаляє зімкнення гілок на три роки: при розміщенні рядів через 2 м воно відбудеться не раніше ніж у 10-12 років, а при садінні сіянців по середині розпушеної смуги - на два роки раніше, у 6-7-річному віці культур.

Після зімкнення крон та витіснення трав'янистої рослинності у фітоценозі формується лісове середовище, що забезпечує кореневій системі сосни зайняти верхні, багаті на поживні речовини шари ґрунту, що й посилює інтенсивність росту саджанців.

Таблиця 3 Характеристика культур сосни звичайної на ділянках з обробкою ґрунту борознами та смугами (свіжий субір)

Розділ 6 “Підвищення продуктивності та біологічної стійкості лісів лісокультурними методами”. На різноплановому експериментальному матеріалі розглянуто низку напрямів розв'язання цієї проблеми через збагачення генофонду та покращання популяційної структури насаджень; оптимізацію породного складу створюваних насаджень відповідно до умов місцезростання; вплив схем змішування порід та густоти культур на продуктивність і стійкість насаджень.

Загалом аналіз показав, що, відповідно до сучасних нормативів з ведення лісового господарства, в культури сосни слід вводити породи, які не тільки покращують умови едафотопу, стан і ріст сосни звичайної, підвищують стійкість та продуктивність соснових лісостанів, але й сприяють збільшенню лісового біорізноманіття до рівня еталонних екосистем. Показано, як початкова кількість дерев на одиниці площі впливає і на розповсюдження коріння в ґрунті, розподіл його за горизонтами. Так, в культурах з розміщенням посадкових місць 1,5 ? 0,5 м (густі культури) коренева система рівномірніше розповсюджена по глибині ґрунтового профілю, ніж у культурах з розміщенням посадкових місць 2,2 ? 0,5 м (рідкі культури) (табл. 4).

В експлуатаційних лісах створення штучних насаджень зорієнтовано на одержання з одиниці площі максимальної кількості цільової деревини високої якості. Отже, підвищення продуктивності та біологічної стійкості лісів лісокультурними методами пов'язане з проблемою погодження економічних та природоохоронних орієнтирів ведення лісового господарства. Тому необхідно зважено удосконалити наявні типи лісових культур з урахуванням напрямів інтродукції, сучасних норм збереження біорізноманіття та господарських пріоритетів. Доцільно прагнути до створення складних за будовою, мішаних фітоценозів відповідно до типів лісорослинних умов замість монокультур, що зростають у багатих елементами живлення едафотопах. Важливим резервом підвищення продуктивності і стійкості деревостанів регіону є застосування сортового посадкового матеріалу.

Таблиця 4 Розповсюдження фізіологічно активного коріння (г, %) сосни в 29-3-річних чистих культурах, створених в свіжих суборах з різним розміщенням посадкових місць

Розділі 7 “Управління продуктивністю і біологічною стійкістю лісів” Розглянутий матеріал доводить, що бонітет штучних насаджень не достатньо адекватно відображає грунтово-кліматичні умови їх росту. Тому при характеристиці лісових культур бонітет слід використовувати як допоміжний таксаційний показник. Враховуючи взаємозалежність стану і продуктивності лісових екосистем, критерієм оцінки реалізації потенціалу екотопу певними штучними деревостанами повинна бути їхня продуктивність, зокрема середній річний приріст деревини на одиниці площі. Показники продуктивності є інтегруючими, вони об'єднують ефекти впливу усіх екологічних умов місцезростання, у тому числі й наслідків господарської діяльності, інших антропогенних факторів. Для оцінки рівня дотримання норм ведення лісового господарства, ефективними є такі показники: відповідність складу насаджень типу лісорослинних умов, густота культур, розміщення посадкових місць, схема змішування порід, таксаційні показники формування насаджень рубками догляду.

Розподіл лісів за віком у регіоні сприятливіший, ніж по Україні, проте не є оптимальним, найбільшу площу займають середньовікові насадження, на другому місці - молодняки. Щоб вирівняти вікову структуру лісів відповідно до науково обґрунтованого оптимуму, необхідно тривалий період вносити належні корективи у ведення лісового господарства. Щоб забезпечити біологічну стійкість перестиглих насаджень слід на стадії середньовікових деревостанів проводити помірні за інтенсивністю рубки догляду. Інтенсивніше зрідження чистих середньовікових насаджень сосни призводить до задерніння ґрунту і загострення конкурентних відносин у системі “дерева - трави”. Запобігти розростанню трав'янистих рослин в насадженнях можна дотриманням рубками догляду зімкнутості крон не нижче 0,8. Це забезпечить не тільки стійкість екосистеми, але й накопичення значного запасу деревини на період рубки головного користування лісом. Загалом для оздоровлення соснових лісів, підвищення їх біологічної стійкості та екологічної значимості необхідно застосувати комплекс лісогосподарських заходів, з використанням сучасних інформаційних методів, надаючи перевагу попереджувальним діям.

ВИСНОВКИ

У дисертації наведено теоретичне узагальнення і нове вирішення наукового завдання, що виявляється у підвищенні продуктивності та біологічної стійкості лісів Полісся і Лісостепу Київщини на засадах збалансованого лісокористування. Вперше на новому методологічному рівні вивчено екологічні особливості стану лісів Київщини та їхню динаміку за продуктивністю і біологічною стійкістю залежно від впливу історичних, природних, соціально-економічних і технологічних факторів. Проведені дослідження дали змогу зробити такі висновки:

1. Лісові насадження в антропогенно трансформованих, радіоактивно забруднених умовах регіону досліджень мають велике екологічне і соціально-економічне значення. Водночас, тривале орієнтування лісового господарства на економічні пріоритети спричинило трансформацію і фрагментацію рослинного покриву, заміну природних лісів на монокультури, збіднення біорізноманіття. Усе це призвело до зниження загальної продуктивності і біологічної стійкості лісових екосистем, їх екологічної ролі в радіоактивно забруднених ландшафтах.

2. Зниження біологічної стійкості лісових екосистем зумовлено синергічною дією комплексу негативних факторів: антропогенних (недотримання норм ведення лісового господарства), абіотичних (несприятливі кліматичні умови), біотичних (конкуренція трав'янистої рослинності, коренева губка, хвороби, шкідники).

3. Інтенсивність всихання сосняків зростає з віком. Вона більша у лісових культурах, ніж у природних насадженнях. Достигаючі і старіші за віком деревостани повільніше всихають, ніж середньовікові, але швидше, ніж молодняки.

4. Грунтово-кліматичні умови регіону дослідження сприятливі для вирощування мішаних за породним складом і складних за формою біологічно стійких і високопродуктивних соснових насаджень з показниками, вищими від середніх по Україні і з середини ареалу сосни звичайної: запас до 359, середній приріст 6,1 м³/га проти 196 та 4,0 м³/га. Через різну вікову структуру лісового фонду і значну частку низькоповнотних деревостанів середній запас стовбурової деревини в насадженнях сосни звичайної змінюється в межах - від 190 (Іванківський держлісгосп) до 270 м³/га (Клавдієвський держлісгосп).

5. Зниження продуктивності, біологічної стійкості і стану соснових насаджень спричинено недоліками при лісовідновленні та догляді за деревостанами: створення чистих за складом лісових культур на ділянках свіжих і вологих суборів, придатних для формування мішаних насаджень; невдалий вибір головних порід, схем змішування і розміщення посадкових місць; зріджування деревостанів до 0,5-0,6 повноти і невчасні або неякісні рубки догляду і санітарні рубки. Це призводить до порушення зв'язку “екотоп - тип деревостану”. Тому клас бонітету штучних насаджень є нижчим за нормативний для певних лісорослинних умов.

6. Для оцінки рівня використання природного потенціалу екотопу в лісових культурах, порівняно з бонітетом, точнішим критерієм є середній річний запас деревини, який інтегрує ефекти впливу усіх екологічних факторів, у т.ч. антропогенних.

7. Домішка листяних порід у складі деревостанів сприяє швидшій мінералізації органічного опаду сосни та підвищує вміст гумусу, гідролізуємого калію, азоту, суми поглинених основ, зменшує гідролітичну кислотність ґрунту. У мішаних насадженнях знижується також загроза розвитку кореневої губки.

8. Трав'яниста рослинність на зрубах росте і розвивається інтенсивніше порівняно з підростом сосни звичайної та інших деревних порід. Серед трав-конкурентів сосни найнебезпечнішим є куничник лісовий, особливо в зріджених до 0,5-0,6 повноти деревостанах та на зрубах. Запобігти розростанню трав'яних рослин в насадженнях можна дотриманням рубками догляду зімкнутості крон не нижче 0,8.

9. Найдоцільніший спосіб відновлення соснових лісів у регіоні - створення лісових культур на ґрунті, обробленому смугами без винесення знятого гумусового шару за межі смуг. Це забезпечує у свіжому суборі на 10-40% кращий ріст сосни до жердинного віку. Природне поновлення під наметом соснових насаджень і на зрубах, зазвичай, незадовільне через недосконалість технологій ведення лісового господарства. За належного лісогосподарського сприяння кількість самосіву сосни є достатньою лише у вологих суборах.

Рекомендації виробництву

Підвищення біологічної стійкості непошкоджених насаджень, оздоровлення послаблених і всихаючих деревостанів, запобігання розвитку в них епіфітотій потребує проведення комплексу профілактичних лісокультурних, лісівничих та оздоровчих заходів: підготовка ґрунту, яка не знижує його родючості і приживлюваності культур, створення мішаних за складом лісових культур у багатих різновидах вологих і свіжих суборів відповідно до лісокультурних норм з оптимальною для регіону схемою і густотою садіння; використання для лісовідновлення високоякісного, стійкого проти захворювань і шкідників садівного матеріалу; вчасне виявлення причин послаблення насаджень; вчасне і якісне проведення лісозахисних заходів, у т.ч. санітарних рубок, не допускаючи зрідження деревостанів нижче 0,8 повноти. Базовим завданням для узгодженого підвищення продуктивності і біологічної стійкості лісів є досягнення збалансованості економічних і природоохоронних пріоритетів ведення лісового господарства у регіоні.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

Кочерга М.М. Особливості формування високопродуктивних деревостанів сосни звичайного в лісах Київського Полісся // Науковий вісник НАУ.- К.: НАУ, 1998. - №8. - С. 110-112.

Кочерга М.М. Вплив умов місцезростання та господарських заходів на стан та продуктивність насаджень Київського Полісся НАУ// Науковий вісник НАУ. - К.: НАУ, 1999. - №17. - С. 339-342.

Кочерга М.М. Природне поновлення на зрубах Київського Полісся та особливості його використання для лісовідновлення. НАУ // Науковий вісник НАУ. - К.: НАУ, 2000. - №3. - С. 66-77.

Кочерга М.М. Еколого-лісівничі проблеми та шляхи підвищення продуктивності та біологічної стійкості соснових лісів Полісся та Лісостепу Київщини // Агроекологічний журнал. - 2007. - №3. - С. 23-26.

Маурер В.М., Кочерга М.М., Гордієнко М.І., Падій М.М., Цилюрик А.В. Причини всихання соснових насаджень Бориспільського держлісгоспу та шляхи покращення їх стану: Матер. доповідей наук. конф. професорсько-викладацького складу та аспірантів НАУ. - К.: НАУ, 1994. - С. 27-29.

Кочерга М.М., Маурер В.М. Шляхи інтенсифікації лісовирощування в лісах Київщини // Лісівнича наука та освіта: стан та перспективи розвитку: Матер. міжнар. ювілейної наук.-практ. конф., присвяченої 155-річчю лісогосподарського факультету і 70-річчю Боярської лісової дослідної станції, 17-20 жовтня 1995 року. - К.: НАУ, 1997. - С. 100-104.

АНОТАЦІЯ

Кочерга М.М. Екологічні особливості підвищення продуктивності та біологічної стійкості лісів Полісся та Лісостепу Київщини. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата сільськогосподарських наук за спеціальністю: 03.00.16 - екологія. - Інститут агроекології УААН, Київ, 2007.

Дисертаційна робота присвячена вивченню екологічних особливостей динаміки стану лісів Полісся та Лісостепу Київщини та науковому обґрунтуванню лісогосподарських шляхів і методів підвищення їх загальної продуктивності та біологічної стійкості.

Екосистемно описано причинно-наслідковий алгоритм динаміки стану лісів за їхньою продуктивністю і біологічною стійкістю залежно від впливу історичних, природних, соціально-економічних і технологічних факторів.

Оцінено і класифіковано екологічні причини всихання сосняків усіх вікових груп та різного походження, виявлено синергічний ефект взаємодії несприятливих для лісу екологічних факторів: антропогенно порушених едафотопів, недотримання лісогосподарських норм догляду за лісом, кліматичних екстремумів, впливу шкідників і хвороб, конкуренції трав'янистої рослинності. Визначено вплив зазначених екологічних факторів на природне і штучне відновлення лісів, збереження біорізноманіття.

Узагальнено науково-виробничий досвід з лісовідновлення і лісовирощування та розроблено систему лісогосподарських шляхів і методів підвищення загальної продуктивності та біологічної стійкості лісів Київщини на засадах сталого лісокористування.

Ключові слова: ліси, екологічна значимість, продуктивність, біологічна стійкість, екологічні фактори, система ведення лісового господарства, природне поновлення лісу, тип лісорослинних умов

АННОТАЦИЯ

Кочерга Н.Н. Экологические особенности повышения продуктивности и биологической устойчивости лесов Полесья и Лесостепи Киевской области. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата сельскохозяйственных наук по специальности: 03.00.16 - экология. - Институт агроэкологии УААН, Киев, 2007.

Диссертационная работа посвящена изучению экологических особенностей динамики состояния лесов Полесья и Лесостепи Киевской области и научному обоснованию лесохозяйственных путей и методов повышения их общей продуктивности и биологической устойчивости.

Экосистемно описан причинно-следственный алгоритм динамики состояния лесов по их продуктивности и биологической устойчивости в зависимости от влияния исторических, природных, социально-экономических и технологических факторов. Оценены и классифицированы экологические причини усыхания сосняков всех вековых групп и разного происхождения, выявлен синергический эффект взаимодействия неблагоприятных для леса экологических факторов: антропогенно нарушенных эдафотопов, несоблюдения лесохозяйственных норм ухода за лесом, климатических экстремумов, влияния вредителей и болезней, конкуренции травянистой растительности. Изучено влияние этих экологических факторов на природное и искусственное возобновление лесов, сохранение биоразнообразия. Показано, что интенсивность усыхания сосняков возрастает по мере их старения, причем быстрее усыхают лесные культуры, чем природные леса, приспевающие и старше древостои медленнее усыхают, чем средневозрастные, но быстрее, чем молодняки.

Экосистемное изучение лесовыращивания и состояния древостоев позволило оценить влияние схем смешения древесных пород, размещения посадочных мест и густоты лесных культур на интенсивность роста древесных растений, а также разрастание травянистых растений на возобновление и состояние подроста на вырубках разного возраста. Описаны особенности природного возобновления сосны обыкновенной, дуба обыкновенного и березы бородавчатой в зависимости от категории лесокультурной площади, лесорастительных условий и способа подготовки почвы.

Благодаря почвенно-климатическим условиям, в регионе можно выращивать смешанные по породному составу и сложные по форме биологически устойчивые и высопродуктивные сосняки с показателями, которые выше средних по Украине и с середины ареала сосны обыкновенной: запас до 359, средний прирост 6,1 м³/га против 196 та 4,0 м³/га. Однако, из-за неоптимальной возрастной структуры лесного фонда региона и значительной части низкополнотных древостоев средний запас стволовой древесины в насаждениях сосны обыкновенной колеблется в пределах - от 190 до 270 м³/га.

Недостатками при лесовозобновлении и уходе за древостоями являются: создание монокультур сосны в богатых подтипах свежих и влажных суборей, где возможно формирование смешанных по составу насаждений; неудачный выбор главных пород, схем смешивания и размещения посадочных мест; изреживание древостоев до полноты 0,5-0,6 и несвоевременные или некачественные рубки ухода. Это приводит к нарушению связи “экотоп - тип древостоя”. Поэтому класс бонитета культур ниже, чем нормативные значения для определенных лесорастительных условий.

Обобщен научно-производственный опыт лесовозобновления и лесовыращивания и разработана система лесохозяйственных путей и методов согласованного повышения общей продуктивности и биологической устойчивости лесов Киевской области на принципах устойчивого лесопользования, достижения сбалансированного соблюдения экономических и природоохранных приоритетов ведения лесного хозяйства.

Предложен комплекс профилактических лесокультурных, лесоводственных и оздоровительных мероприятий: в свежих и влажных су...