Трансформация торфяной залежи и древесного яруса еловых биогеоценозов под влиянием 30-летнего периода осушения

ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО

ТРАНСФОРМАЦИЯ ТОРФЯНОЙ ЗАЛЕЖИ И ДРЕВЕСНОГО ЯРУСА ЕЛОВЫХ БИОГЕОЦЕНОЗОВ ПОД ВЛИЯНИЕМ 30-ЛЕТНЕГО ПЕРИОДА ОСУШЕНИЯ

А.С. ЧИНДЯЕВ, проф. каф. лесных культур и мелиораций УГЛТУ, д-р биол. наук,

А.В. ГОРЯЕВА, асп. каф. лесной таксации и лесоустройства УГЛТУ,

О.Н. ПАРФЕНТЬЕВА, асп. каф. лесных культур и мелиораций УГЛТУ

Актуальность изучаемой проблемы состоит в том, что на сегодняшний день самый важный этап в функционировании мелиорированных лесов - конечный (период стабилизации по В.Г. Рубцову, А.А. Книзе) [10] - остается практически неизученным. Важность этой проблемы состоит также и в том, что только в Свердловской области в границах Гослесфонда площадь болотных лесов превышает 3,5 млн га [11] и они нуждаются в регулировании водного режима.

Между тем известно [3, 4, 6], что в результате мелиорации происходит трансформация экологических условий среды обитания деревьев, поэтому они начинают реагировать на осушение. Однако, как отмечает С.П. Ефремов [6], далеко не все компоненты лесоболотных биогеоценозов и элементы древостоя достаточно синхронно и с одинаковой эффективностью реагируют на осушение. В этом проявляется не только структурная неоднородность, но и определенная консервативность, своеобразная жизненная устойчивость сообществ, сформировавшихся в условиях избыточного увлажнения. И там же (с. 131) отмечается, что изменение с помощью осушения устойчивости инерции их функционирования, придание им качественно иного темпа развития достигается не сразу. Требуется определенное время, прежде чем произойдет перестройка биотических и абиотических связей между компонентами биогеоценоза. При прочих равных условиях реакция древесного яруса в целом и его отдельных элементов существенно зависит от возраста, на который приходится осушение: чем моложе древостой, тем эффективнее его отзывчивость на осушение. Наряду с этим эффективность осушения зависит от сомкнутости древостоев, цикличности и фазы текущих приростов. Существенно важно, насколько

глубоким и продолжительным оказался спад или, напротив, подъем ростовой активности у деревьев в период, предшествовавший мелиорации.

В зависимость от соотношения сил влияния этих факторов отдельное дерево и древостой проявляют разный эффект во времени и дают неодинаковую лесоводственную и таксационную результативность при осушении. Определяющая роль принадлежит и давности мелиорации. Поэтому изучение этих вопросов представляется весьма актуальным.

Исследования выполнены на лесоболотном стационаре «Песчаный», заложенном 30 лет назад [12]. Он расположен в Уральском учебно-опытном лесхозе Лесотехнического университета в 30 км от Екатеринбурга.

Объект представляет собой низинное болото, на котором произрастают сосновые, еловые и березовые древостои, как чистые, так и смешанные по составу.

Осушение выполнено сетью открытых каналов глубиной 0,8-1,2 м, шириной по дну 0,3-0,4 м с уклонами 0,003-0,004. Расстояние между регулирующими каналами от 110 до 160 м.

Полевые исследования выполнялись на постоянных пробных площадях (ППП) с еловыми древостоями (табл. 1). В качестве контроля взят неосушенный участок, на котором заложена пробная площадь и обозначена К. бол. (контроль на болоте, неосушенный).

Целью изучения на данном этапе исследований являлись торфяная залежь и древостой. Торфяная залежь - наиболее важный компонент лесоболотного биогеоценоза. Она на объекте исследований относится к низинному типу различной мощности и достигает 2,20 м (табл. 2).

94

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2008

ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО

Таблица 1

Характеристика пробных площадей

Номер ШШ Состав, тип леса Класс Средние Шлно- та. м2/га Число деревьев. шт./ га Мощность торфа. м Расстояние до канала. м

возраста бонитета Д. см Н. м

К бол. (контроль) 8Е1С1Б; Е. ос.-тр. VI V 17.3 15.3 21.4 733 0.70 -

1 10Е ед. С. Б; Е. ос. VI V 18.6 15.8 21.4 1270 1.10 32

9 4Е3С3Б; Е. ос. VI V 15.3 12.0 30.7 1295 1.65 30

17 4Е5Б1С; Е. вн.-ос. VI V 15.0 15.0 22.9 1000 1.10 20

8 5С3Е2Б; С. вн.-ос. VI V 18.4 15.0 28.2 1226 2.20 76

Таблица 2

Характеристика торфа базовых объектов исследования

Номер III Индекс Характеристика торфа Коэффициент

тип мощность. м подстилаю- вид и степень фильтрации 1 м слоя

типа леса щий грунт разложения. % см/с м/сутки

1 Е. ос. низинный 1.10 песок Древесно-осоковый. 39 0.041 35.4

9 Е. ос. низинный 1.65 суглинок Осоковый. 40 0.135 116.7

17 Е. вн.-ос. низинный 1.10 песок Древесно-осоковый. 45 0.005 43.2

8 С. вн.-ос. низинный 2.20 песок Древесно-осоковый. 29 0.034 29.4

Таблица 3

Физико-химическая характеристика корнеобитаемого слоя торфа объектов исследования

Номер ШИ. индекс типа Слои торфа. Зольность. % рН Степень разложения. % Объемная масса. г/см3 Общее содержание от абсолютно сухого вещества. % Шлная влагоемкость. % Скважность. %

леса см N PA

0-10 18.9* 44 51 0.130 13 0.50 708 92.0

8. 16.5 4.6 30 0.153 2.0 0.33 580 88.7

С. вн.-ос. 10-20 14.4 47 54 0.160 11 0.40 559 89.4

9. 15.3 4.5 40 0.155 1.8 0.43 572 88.7

Е. ос. 20-30 14.4 44 52 0.165 09 0.40 538 88.7

16.5 4.6 40 0.241 1.7 0.42 544 82.8

* В числителе данные для IIIII1-8. в знаменателе - для ППП-9

Таблица 4

Трансформация мощности торфяной залежи болота за 30-летний период осушения

^обные площади

Шказатели К. бол. Е. ос.-тр. Ш-1 Е. ос. ШД1-17 Е. вн.-ос. 1ДШ-9 Е. ос. Ш-8 С. вн.-ос.

Состав древостоя 8Е1С1Б 10Е ед. С. Б 4Е5Б1С 4Е3С3Б 5С3Е2Б

Расстояние до канала. м - 30 20 30 76

Мощность торфа. м: до осушения 0.70 1.10 1.10 1.65 2.15

после осушения 0.63 0.90 0.80 1.40 1.85

Осадка торфа: см 7.0 20.0 30.0 25.0 30.0

% 10.0 18.2 27.3 15.2 14.0

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2008

95

ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО

Таблица 5

Динамика таксационных показателей еловых болотных древостоев под влиянием 30-летнего периода осушения

Древостои Состав, тип Средние Класс Возраст, лет Число стволов, Полнота,

леса Д, см Н, м бонитета шт./га м2/га

За предшествующее 30-летие

Е - 735 Е - 17,9

8Е1С1Б 17,3 15,5 V 130 С - 50 С - 1,69

Контрольные (К. бол.) Е. тр.сф. Б - 41 Всего 826 Б - 1.61 Всего 21,2

За текущее 30-летие

75 Е 95 Б Е. тр.сф. Е - 591 Е - 18,85

20,1 18,6 IV 160 Б - 255 Всего 846 Б - 6,31 Всего 25,16

Различие между 115,7 121,6 по ели 80,4 105,3

периодами, % общее 102,4 118,7

За предшествующее 30-летие

Е - 785 Е - 21,4

10Е ед.С, Б 18,6 15,3 V 120 Б - 450 Б - 5,0

Е. ос. С - 35 С - 2,0

Опытные (Пр. 1) Всего 1270 Всего 28,4

За текущее 30-летие

I 10Е 25,9 20,3 IV 150 Е - 545 Е - 28,96

II 10Б 16,8 20,5 Б - 370 Б - 9,04

Е. ос. Всего 915 Всего 38,0

Различие между периодами, % 139,2 132,6 по ели 69,4 общее 72,0 135,3 133,8

Вид торфа в основном древесно-осоковый, степень разложения которого колеблется от 29 до 45 %. Обращают на себя внимание и довольно высокие коэффициенты фильтрации торфов, которые являются определяющими при расчете расстояний между осушителями. Значительный интерес представляет и физико-химическая характеристика корнеобитаемого (до 0,30 м) слоя торфа (табл. 3). Торф оказался высокозольным (14,4-18,9 %), но кислым (рН от 4,4 до 4,7). Содержание в нем азота и фосфора достаточно для успешного произрастания древостоев.

Таким образом, лесорастительные условия на данном болоте были благоприятны для произрастания древостоев. Но лишь избыток воды сдерживал использование потенциального богатства торфов. Поэтому 30 лет назад и был заложен опытный лесоболотный стационар «Песчаный» для изучения этих вопросов.

Работа выполнялась следующим образом. Для изучения состояния и особенностей роста древостоев на постоянных пробных площадях выполнялся сплошной перечет де-

ревьев по двухсантиметровым ступеням толщины. По данным перечетов определялись средние диаметры, площади сечений. После этого подбирались 5-10 учетных деревьев, близких к среднему диаметру, и у них возрастным буравом брались керны: один на шейке корня для определения возраста, второй - на высоте 1,3 м для анализа радиального прироста [3, 1, 7]. У всех учетных деревьев высотомером определялась высота с точностью до 0,1 м. Весь полевой материал подвергался статистической обработке [5, 7].

На пробных площадях изучалась и торфяная залежь. Для этого торфяным буром выполнялась зондировка мощности торфа. Количество шурфов на пробе бралось не менее 3-5 шт.

Как уже отмечалось, был проанализирован процесс трансформации торфяной залежи, этого наиболее важного и определяющего компонента лесоболотного биогеоценоза за 30-летний период осушения. Установлено, что за этот период произошло уменьшение торфяного слоя (табл. 4).

96

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2008

ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО

Таблица 6

60-летняя динамика прироста по радиусу различных типов еловых древостоев

Тип древостоя

Таксационные Е. тр. сф., Е. ч., Е. ос., Е. вн.-ос.,

показатели неосушенный неосушенный осушенный осушенный

А, лет 147 175 146 162

Н, м 18,6 24,8 20,3 21,6

Д, см 24,3 22,7 26,0 29,2

Прирост по радиусу за пятилетия (суммарный), мм

Пятилетия 30-летний период до осушения

1 2,3 2,6 3,3 3,6

2 3,3 2,4 2,6 3,0

3 4,1 2,5 2,2 3,0

4 4,6 2,5 3,1 4,0

5 4,6 3,3 3,8 3,7

6 4,6 3,9 4,3 3,3

Статистики:

М 4,0 2,9 3,2 3,4

а 0,86 0,60 0,77 0,45

m 0,35 0,25 0,31 0,20

С, V 21,5 20,6 24,1 13,2

P 8,8 8,4 9,8 5,9

Отношение к

К. бол., % - 72,5 80,0 85,0

t* - 2,56 1,71 1,71

Пятилетия 30-летний период после осушения

1 2,6 2,7 3,6 4,1

2 2,1 2,5 4,9 5,1

3 2,3 2,7 5,0 5,6

4 2,6 2,5 5,8 6,4

5 2,8 2,3 5,4 8,7

6 4,2 2,5 5,7 9,1

Статистики:

М 2,8 2,5 5,1 6,5

а 0,75 0,024 0,80 2,01

m 0,30 0,01 0,33 0,82

QV 27,0 0,96 15,7 30,9

P 11,0 0,38 6,4 12,6

Отношение к

К. бол., % 70 86,2 159,4 191,2

t - 0,91 5,11 4,25

t * - существенность различия (по Дворецкому, 1961).

Оказалось, что величина осадки торфа, обусловленная и уплотнением его, и разложением, и использованием растительностью, во многом зависит не только от расположения пробной площади относительно канала, но и от его первоначальной мощности [2]. Оказалось, чем ближе к каналу, тем значительнее осадка торфа.

Выявлено, что абсолютная величина осадки торфа при первоначальной мощности

до 2,15 м в абсолютном выражении не превышает 30 см, в относительном она колеблется от 10 до 27 % от первоначальной величины. Причем максимальная осадка произошла на ППП-17, которая расположена в 20 м от канала. На контроле (К. бол.), как и следовало ожидать, осадка оказалась минимальной и равной 10 %, или 7 см. На остальных пробных площадях осадка торфа колеблется от 14 (ППП-8) до 18 % (ППП-1).

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2008

97

ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО

Как отмечает Н.И. Пьявченко [9], при использовании торфяников в лесохозяйственных целях потери торфяной залежи почти полностью исключаются. Это обусловливается, во-первых, неглубоким осушением; во-вторых, тем, что верхний слой болота не нарушается обработкой; в-третьих, накоплением лесной подстилки, подвергающейся неполной минерализации, обогащающей деятельный слой торфяника азотом и зольными элементами и предохраняющей торфяную залежь от окисления и минерализации.

В результате 30-летнего периода осушения претерпел трансформацию и древесный ярус (табл. 5). Так, на контроле из состава древостоя полностью выпала сосна, которая 30 лет назад была представлена одной единицей. Естественно, что за этот период увеличились и диаметр (до 115,7 %), и высота (до 121,6 %) ели, а число деревьев резко (до 80,4 %) снизилось, хотя их общее количество на пробе практически не изменилось (102,4 %). Аналогичная ситуация и с полнотой древостоя, которая увеличилась по ели до 105,3, а по древостою в целом до 118,7 %. Иначе говоря, болотные ельники на Урале и без осушения имеют положительную тенденцию функционирования.

Однако осушение таких ельников привело к их резкой трансформации, в результате чего они из простых по составу превратились в двухярусные, в составе которых нет сосны. Более значительно увеличились и диаметр (с 18,6 до 25,9 см, или до 139,2 %), и высота (132,6 %). Также на один класс увеличился бонитет. Резкое изменение экологических условий, вызванных мелиорацией, привело к ускорению формирования нового состава древостоя. Поэтому за рассматриваемый период число деревьев на пробе сократилось до 72 %, а по ели - до 69,4 % (с 785 до 545 шт./га). То есть процесс трансформации числа деревьев на осушенных площадях протекает интенсивнее, чем на контроле.

Наиболее важный показатель - полнота древостоя - также претерпел значительные изменения. Она довольно резко увеличилась и по древостою в целом (133,8 %), и по ели (135,3 %). Эти показатели в 1,5 раза выше, чем на контроле.

---Е. ос.-тр.

— - Е. ос. осушенный

---Е. ч.

---Е. вн.-ос. осушенный

Рисунок. Динамика прироста по радиусу (ZR, мм) еловых древостоев до и после осушения

Таким образом, 30-летний период осушения оказался весьма важным для еловых древостоев и весьма эффективным лесоводс-твенным мероприятием.

Не отрицая важности конечного результата любого эксперимента, в т. ч. и положительного, можно утверждать, что он является недостаточно информативным, так как не в полной мере выявляет природу явления. Поэтому был выполнен анализ формирования прироста по радиусу еловых древостоев за последние 60 лет их роста.

Для более высокой надежности экспериментального материала исследовался и рост ельников, произрастающих на минеральных неосушенных почвах (ельник черничник), расположенных в непосредственной близости к стационару. Анализ приростов выполнен по пятилетиям и дан как суммарный.

Выявлено (табл. 6, рисунок), что до осушения ельники на всех четырех пробных площадях, согласно существенности различия (t = 2,56; 1,71; 1,71 < 3), росли одинаково.

После осушения, т. е. в текущее тридцатилетие, рост ельников претерпел существенные изменения. Если на контрольных пробных площадях наблюдается снижение приростов, то на осушенных площадях ельники резко увеличили его. Это увеличение по сравнению с контрольными ельниками составляет по пробным площадям от 159 до

98

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2008