Создание лесных культур на радиоактивно загрязненных землях с использованием композиционных полимерных препаратов

УДК 630*232.32

СОЗДАНИЕ ЛЕСНЫХ КУЛЬТУР НА РАДИОАКТИВНО ЗАГРЯЗНЕННЫХ ЗЕМЛЯХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОМПОЗИЦИОННЫХ ПОЛИМЕРНЫХ ПРЕПАРАТОВ

В.В. Копытков, А.Р. Родин

Исследование выполнено при финансовой поддержке БРФФИ в рамках научных проектов

№ Б14КАЗ-001 и № Б14МН-008

Выбор методов и способов создания лесных культур на загрязненных радионуклидами сельскохозяйственных землях во многом определяется степенью загрязнения почвы. В Ш-ей зоне (от 15 до 40 Ки/км2) лесные культуры создаются аэросевом или автосевом из-за ограничения времени пребывания работающих на данной территории.Использование аэросева и автосева целесообразно применять при плотности загрязнении почвы радионуклидами свыше 15 Ки/км2 в условиях местопроизрастания А2 и В2. Установлено, что из общего объема созданных аэросевом лесных культур, сохранилось 700 га. Эффективность этого способа составила 43,8%. Эффективность автосева на опытных объектах при этом составила 100%.

Ключевые слова: лесные культуры, посев, посадка, плотность загрязнения, композиционные препараты.

Введение. Крупномасштабное радиоактивное загрязнение лесного фонда в результате Чернобыльской катастрофы вызвало большие изменения и ограничения в системе ведения лесного хозяйства. В связи с аварией на ЧАЭС на загрязненных радионуклидами землях возникли проблемы создания лесных культур. При создании лесных культур должны быть решены две проблемы: первая - безопасность людей при существенном снижении ручного труда; вторая - совмещение операций при создании лесных культур механизированным способом с использованием различного посевного и посадочного материала и композиционных полимерных препаратов.

В лесном фонде Республики Беларусь около 20 % лесопокрытой площади представлены землями, которые использовались в сельском хозяйстве. В настоящее время предусматривается облесение непригодных для использования в сельском хозяйстве земель в объеме 6-10 тыс. га в год или 22 % от общего среднегодового объема создания лесных культур только в 2006 г. лесному хозяйству передано 53455 га сельскохозяйственных земель. Из них на Минскую область приходится 715 га, Брестскую - 6340 га, Гомельскую - 13400 га, Могилевскую - 33000 га [1]. Передаваемые под облесение сельскохозяйственные площади представлены в основном песчаными и супесчаными почвами. Для этих почв характерно незначительное содержание питательных элементов, наличие уплотненных подпахотных горизонтов, отсутствие грибов-микоризообразователей и несущественная активность микроорганизмов. Большинство созданных на таких землях сосновых насаждений находятся в неудовлетворительном состоянии [2]. Поэтому актуальным является изучение опыта создания лесных культур на бывших сельскохозяйственных землях с обоснованием и дальнейшим внедрением в производство эффективных лесокультурных приемов формирования устойчивых и высокопродуктивных искусственных насаждений.

Искусственное облесение является более надежным, но требует определенных затрат труда и средств. Тем более что в районах, где сельскохозяйственные земли выведены из хозяйственного оборота, как правило, отселено население. Поэтому технология создания лесных культур с использованием композиционных полимерных препаратов в этих условиях имеет свои особенности. Композиционные полимерные препараты используются для предпосадочной обработки корневых систем посадочного материала, а также для получения гранулированных семян.

Цель исследований заключалась в изучении различных технологий создания лесных культур на загрязненных радионуклидами сельскохозяйственных землях с использованием полимерных препаратов для снижения безопасности проводимых работ.

Методика исследований. Методологические аспекты исследований в условиях радиоактивного загрязнения земель бывшего сельхозпользования осуществляли путем специально поставленных опытов по изучению агротех-нологии создания лесных культур посадкой и посевом в Ветковском, Чечерском, Хойникском, Гомельском, Комарин-ском лесхозах Гомельского ГПЛХО.

Изучение влияния различных лесокультурных приемов на рост и формирование лесных культур проводилось на постоянных и временных пробных площадях. Всего заложено 950 пробные площади. Таксация пробных площадей проводилась по общепринятым в лесной таксации методам.

Изучение возможностей аэросева и автосева семян древесных пород при облесении загрязненных радионуклидами земель проводили на опытно-производственных объектах в Чечерском и Ветковском спецлесхозах. Учет появившихся всходов древесных пород осуществлялся осенью на протяжении 5 лет на площадках размером 2 х 2 м, заложенных через 20 м вдоль полос обработанной почвы. Количество площадок на одной подготовленной полосе составляло 20-25 штук. Всего заложено более 600 площадок. На площадках описывался видовой состав трав, замерялась их высота с точностью до 1 см и определялось покрытие почвы травой в процентах. Затем замерялась высота всходов с точностью до 1 см и определялось состояние по следующим категориям: здоровый, сомнительный, поврежденный и погибший. Если имелись всходы старше 1 года, то определялся их возраст.

В Хойникском, Ветковском и Чечерском лесхозах опытные лесные культуры закладывались на землях с различной плотностью радиоактивного загрязнения. Почвы варьировали на разных участках от легких супесей до легких суглинков. Обработка почвы велась путем сплошной вспашки и проведения борозд плугом ПКЛ-70. В качестве контроля использовались необработанные участки. Опытные лесные культуры закладывались путем посадки сеянцев различного возраста и густоты. Осенью после завершения вегетации, производился учет опытных культур путем замера высот и приростов по высоте с точностью до 1 см.

Инвентаризацию лесных культур производили путем закладки пробных площадей в местах, отражающих общее состояние культур на данном участке, и перечета на них посаженных или посеянных древесных растений с последующим пересчетом результатов на 1 га. Пробные площади имели форму вытянутых прямоугольников размером 30 х 50 м.

Оценку результатов аэросева определяли «Руководством по проведению аэросева семян сосны и ели в таеж-

ной зоне европейской части РСФСР» [3] с некоторыми поправками и дополнениями.

При ведении лесного хозяйства в зонах радиоактивного загрязнения основными критериями, определяющими порядок проведения работ, являются: плотность загрязнения почв радионуклидом цезий-137, величина эффективной дозы облучения работников и содержание цезия-137 в лесной продукции. При зонировании территорий лесного фонда выделяются 4 зоны: I зона с плотностью загрязнения почв цезием-137 от 1 до 5 Ки/км2, II зона - от 5 до 15 Ки/км2, III зона - от 15 до 40 Ки/км2, IV зона - 40 Ки/км2 и более.

Лесовосстановление и лесоразведение в зонах радиоактивного загрязнения производится в соответствии с ТКП 047-2006 (02080) «Устойчивое лесоуправление и лесопользование. Наставление по лесовосстановлению и лесоразведению в Республике Беларусь», утвержденным приказом Министерства лесного хозяйства Республики Беларусь от 22 декабря 2006 г. № 313 и «Правилами ведения лесного хозяйства в зонах радиоактивного загрязнения» [4]

Обработка опытных данных осуществлена на компьютере 1ВМРС по стандартным статистическим программам с использованием элементов математической статистики в экспериментальной ботанике и метода сравнительного анализа. При сравнении одноименных признаков используется критерий Стьюдента. Для оценки влияния способа обработки почвы, густоты культур и других факторов, в ряде случаев применяется дисперсионный и другие виды анализа с нахождением среднего арифметического, его ошибки, точности опыта и других статистик. Для определения взаимосвязи признаков, используется коэффициент корреляции [5].

Результаты исследований. Лесные культуры на радиоактивно загрязненных сельскохозяйственных землях создаются различными методами и способами (рисунок 1). Нами обследованы опытные лесные культуры на площади более 3 тыс. га, которые созданы различными методами и способами.

Методы создания лесных культур

г

посадка

посев

аэросев

автосев

ручной

способ создания лесных культур

_I_

механизированный

ручной

автоматизированный

Рис. 1. Методы и способы создания лесных культур

В Хойникском лесхозе, а также в Ветковском и Чечерском спецлесхозах в 1988-1993 гг. были созданы опытные объекты лесных культур в условиях радиоактивного загрязнения способами аэросева и автосева, механизированной и ручной посадки с применением композиционных полимерных препаратов. Создание лесных культур аэросевом и автосевом на сельскохозяйственных землях с различной плотностью радиоактивного загрязнения выполнено на площади более 2000 га в Чечерском и Ветковском спецлесхозах, а создание методом посадки - на площади более 3000 га.

В Ьой зоне в связи с отсутствием ограничений на пребывание людей лесокультурные работы осуществляются традиционными способами применительно к условиям местопроизрастания и состоянию лесокультурной площади (посев, посадка механизированная и ручная). Во П-й зоне пребывание людей ограничено, что обуславливает иной подход к лесокультурному производству. Основным способом создания лесных культур является механизированная посадка. Причем желательно использовать технику в автоматическом режиме с герметизированной кабиной. В III-й зоне время пребывания людей более ограничено по сравнению со II-й зоной, а в ГУ-й зоне почву оставляют под естественное заращивание лесом. В исключительных случаях используют аэросев.

Анализ проведенных исследований позволяет определить допустимое время пребывание пилота и наземного обслуживающего персонала при выполнении работ на территории с различным уровнем радиоактивного загрязнения. Установлен предел годовой дозы облучения для работников, осуществляющих лесокультурные работы в зонах радиоактивного загрязнения, который составляет 1000 мкЗв/год. При выполнении аэросева в III зоне пилот может работать в 2-3 раза дольше по времени по сравнению с работающими специалистами на земле. Для проведения аэросева в этих условиях необходимо, чтобы одного пилота поочередно обслуживали две бригады технического персонала. Установлено предельно допустимое время работы в зависимости от плотности радиоактивного загрязнения и высоты полета. В !У-ой зоне с увеличением высоты полета от 10 до 30 м снижается предельно допустимое время работы с 2873 ч/год до 1293 ч/год.

При аэросеве гранулированных семян исключается прикатывание посевов. Гранула в данном случае служит наполнителем и защитной оболочкой от воздействия неблагоприятных климатических факторов.

В табл. 1 представлены полученные гранулы в зависимости от исходных компонентов.

Таблица 1

Влияние органоминеральных ингредиентов на массу и линейные размеры гранулированных семян_

Состав органоминеральных смесей Длина Диаметр Масса

гранулы, мм гранулы, мм 100 шт. гранулированных семян, г

Гранулы на основе торфа 7,7±0,29 5,9±0,160 13,0±0,034

Гранулы на основе торфа и сапропеля (0,5:1) 7,6±0,28 4,0±0,151 13,7±0,039

Гранулы на основе торфа и сапропеля (1:0,5) 7,8±0,17 4,0±0,156 13,4±0,040

Гранулы на основе торфа и сапропеля (1:1) 8,0±0,29 4,0±0,148 13,5±0,040

| Гранулы на основе сапропеля

~.4±0.:4

4,0±0,130

15,4±0,038

Анализ табл.1 показывает, что длина гранулы и ее масса во многом зависят от состава органоминеральной смеси. Диаметр гранул несущественно изменяется от используемых ингредиентов. Для получения оптимальной прочности гранулированных семян во все органоминеральные смеси добавляли 5%-ный водный раствор натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы. При уменьшении концентрации до 3% гранула распадается, а при увеличении концентраций свыше 6% повышаются затраты на изготовление гранул. Масса гранул варьирует в небольших пределах и зависит от массы самих компонентов. Значения стандартной ошибки подтверждают минимальные отклонения опыта и высокий уровень надежности. Исследования проводились при уровне значимости 0,05. Коэффициент вариации показателя длины гранул находился в пределах 15%, а относительно диаметра гранул в варианте с использованием торфа - 29%. В вариантах опыта на основе сапропеля и сапропеля с торфом этот показатель находился в пределах 20%. Стандартные отклонения во всех вариантах не выходило за пределы 30%, что соответствует значениям нормального распределения при оптимальном объеме выборки.

Нами изучен ход роста лесных культур созданных различными методами и способами. В табл. 2 представлены данные лесных культур, которые созданы методами посева и посадки в различных условиях местопроизрастания. Анализ данной таблицы показывает, что наибольший прирост в высоту лесные культуры имели на варианте при посадке двухлетних сеянцев сосны обыкновенной с обработкой корневых систем композиционным полимерным составом «Корпансил» (КПС). При создании лесных культур однолетними сеянцами в аналогичных условиях местопроизрастания высота ствола надземной части меньше на 13-20%. Обработка корневых систем сеянцев КПС «Корпансил» способствовала повышению приживаемости лесных культур на 8-14% и увеличило, в конечном счете, высоту надземной части растений на 2-4%. При аэросеве гранулированных семян на песчаных свежих почвах высота лесных культур минимальная. При сравнении высота сосновых культур, произрастающих в одинаковых условиях на супесчаных свежих почвах отмечается превосходство внесения гранулированных семян на 11% по сравнению с обычными.

Аналогичные закономерности хода роста надземной части сосновых лесных культур получены при их создании методом автосева. Высота лесных культур при автосеве также зависит от условий местопроизрастания.

Таблица 2.

Ход роста надземной части сосновых лесных культур, созданных разными методами и способами, м_

Метод создания лесных культур, Варианты Годы наблюдений после посева, количество лет

условия местопроизрастания опыта 5 10 15 20 23

Аэросев

Аэросев семян сосны, А2 1 0,30±0,02 1,5±0,08 3,3±0,11 5,6±0,14 6,8±0,25

Аэросев семян сосны, В2 2 0,34±0,01 1,6±0,08 3,5±0,19 5,8±0,20 7,5±0,31

Аэросев гранулированных семян сосныД2 3 0,40±0,01 2,2±0,08 4,1±0,09 5,8±0,10 7,8±0,31

Аэросев гранулированных семян сосны, В2 4 0,42±0,01 2,4±0,1 4,3±0,19 6,2±0,21 8,0±0,32

Автосев

Автосев семян сосны, А2 1 0,30±0,02 1,5±0,11 3,4±0,12 5,5±0,13 6,9±2,5

Автосев семян сосны, В2 2 0,33±0,03 1,7±0,15 3,6±0,15 5,7±0,15 7,7±0,37

Автосев семян сосны,обработанных КПС, А2 3 0,39±0,02 1,8±0,11 3,9±0,25 5,9±0,26 7,8±0,37

Автосев семянсосны,обработанных КПС, В2 4 0,41±0,01 2,0±0,19 4,1±0,19 6,4±0,21 8,1±0,33

Посадка

Посадка однолетними сеянцами, А2 1 0,5±0,08 2,6±0,12 5,2±0,44 9,8±0,51 10,1±0,34

Посадка однолетними сеянцами, В2 2 0,7±0,11 2,8±0,12 5,5±0,11 10,6±0,22 10,8±0,33

Посадка однолетними сеянцами с КПС, А2 3 0,8±0,18 3,1±0,15 5,6±0,07 10,6±0,10 10,4±0,31

Посадка однолетними сеянцами с КПС, В2 4 1,0±0,15 3,4±0,15 5,8±0,16 10,8±0,18 11,0±0,39

Посадка двухлетними сеянцами, В2 5 1,2±0,08 3,7±0,2 6,0±0,25 10,4±0,29 12,4±0,41

Посадка двухлетними сеянцами с КПС, В2 6 1,4±0,11 4,0±0,16 6,3±0,19 10,6±0,21 12,8±0,34

Установлено, что из общего объема созданных аэросевом лесных культур, сохранилось 700 га. Эффективность этого способа составила 43,8%. Данный показатель мог быть значительно выше при благоприятных метрологических условиях в первые годы после посева.

Опытные культуры, созданные автосевом, сохранились в полном объеме и переведены в покрытые лесом земли.

Обследованы лесные культуры, созданные методом посадки. Перед посадкой корневые системы части сеянцев разного возраста обрабатывали композиционным полимерным препаратом с целевыми добавками. Высота лесных культур созданных однолетними сеянцами сосны обыкновенной зависели от условий местопроизрастания. Наибольшая высота лесных культур зафиксирована на протяжении всех 23 -х лет исследований на супесчаных свежих почвах. Текущий прирост в высоту опытных лесных культур при посадке однолетними сеянцами на песчаных свежих почвах несколько меньше.

Обработка корневых систем однолетних сеянцев сосны обыкновенной композиционным полимерным препаратом способствовала увеличению текущего прироста в высоту на всех вариантах опыта. Текущий прирост в высоту на данных вариантах опыта был выше соответственно на 37, 16,7 и 13% по сравнению с корневыми системами, необработанными композиционными полимерными составами. Анализ высоты текущего прироста пятилетних сосновых культур созданных двулетними сеянцами сосны обыкновенной показал, что на супесчаных свежих почвах он больше на 42% по сравнению с однолетними сеянцами. Обследование 20-и летних опытных лесных культур созданных сеянцами разного возраста дает основание считать преимущество двулетнего посадочного материала перед однолетним по текущему приросту в высоту.

Большое влияние на качество создаваемых лесных культур имели приживаемость растений и их сохранность. Нами изучено влияние однолетних и двулетних сеянцев сосны обыкновенной на приживаемость лесных культур в различных условиях местопроизрастания. Приживаемость лесных культур созданных однолетними сеянцами сосны на пашне в дно

плужных борозд составил 76-95%, а двулетними сеянцами 61-77%. К концу вегетационного периода пятого года роста лесных культур при посадке однолетних сеянцев сосны сохранность составила 64-70%, а при посадке двулетних - 38-49%.

Наблюдается наилучший рост лесных культур при посадке сеянцами во всех условиях местопроизрастания по сравнению с посевом. Средний текущий прирост при посадке превышает в 1,3-1,7 раза по сравнению с посевом.

Проведено обследование опытно-производственных лесных культур, созданные ручным и механизированным способом в Гомельском ГПЛХО. Анализ полученных результатов показывает, что текущий прирост в высоту лесных культур зависит от способа их создания. При ручной посадке сосновых культур текущий прирост за 10 лет наблюдений составил 2,9 м, а при механизированной - 2,7 м.

Приведенные расчеты показывают, что затраты на создание лесных культур в условиях радиоактивного загрязнения незначительно колеблются по способам производства, а лесоводственная оценка по материалам обследования значительно выше у культур, созданных автосевом и механизированной посадкой двухлетних сеянцев сосны. Большим преимуществом создания лесных культур методом аэросева и автосева является минимальное соприкосновение и нахождение работников принимающих участие в этих мероприятиях с радиоактивно загрязненной землей.

Заключение. Таким образом, проведенные исследования показывают, что выбор способа и метода создания лесных культур зависит от плотности радиоактивного загрязнения почвы. Использование аэросева и автосева целесообразно применять при плотности загрязнении почвы радионуклидами свыше 15 Ku/км2 в условиях местопроизрастания А2 и В2. Установлено, что эффективность создания аэросева составляет 43,8% и во многом зависит от метрологических условий в первые годы после посева. Эффективность автосева при этом составила 100%.

Выявлено влияние различных методов создания лесных культур на динамику текущего прироста в высоту. Анализ текущего прироста в высоту сосновых культур показывает, что наибольшая высота отмечена при создании лесных культур методом посадки с обработкой корневых систем двухлетних сеянцев сосны обыкновенной композиционным препаратом «Корпансил». Наблюдается наилучший рост лесных культур при посадке сеянцами во всех условиях местопроизрастания по сравнению с посевом. Средний текущий прирост при посадке превышает в 1,3-1,7 раза по сравнению с посевом.

Обработка корневых систем растений композиционным полимерным препаратом «Корпансил» от иссушения позволяет повысить приживаемость лесных культур в различных условиях местопроизрастания на 8-14%.

The choice of methods and ways of creation of forest cultures on the farmlands polluted with radionuclides in many respects is defined by the extent of pollution of the soil. In the Ill-rd zone (from 15 to 40 Cu/sq.km) forest cultures are created with the help of aero sowing or autosowing because of restriction in time of stay of workers on this territory. The use of aero sowing and autosowing is expedient to apply at the density of radioactive pollution of the soil over 15 Cu/sq.km in the conditions of the place of growing A2 and B2. It's been found out that out of the total amount of the forest cultures created by aero sowing, 700 hectares remained. The efficiency of this method is 43,8%. The efficiency of autosowing at experimental objects thus made 100%. Key words: forest cultures, sowing, planting, pollution density, composite preparations.

Список литературы

1. Домасевич А.А. Разработка способов создания лесных культур на землях, выведенных из сельскохозяйственного пользования. Автореф канд.диссерт. Минск, 2006 . С.20.

2. Праходский А.Н.,СоколовскийИ.В., Домасевич А.А.Продуктивность культур сосны обыкновенной на старопахотных почвах // Тр. БГТУ Сер. I. Лесн. Хоз-во. 2004. Вып. 12. С. 179-185.

3. Руководство по проведению аэросева семян сосны и ели в таежной зоне Европейской части РСФСР. МЛХ РСФСР. Москва: Лесная промышленность, 1968. 40 с.

4. Правила ведения лесного хозяйства в зонах радиоактивного загрязнения // Министерство лесного хозяйства Республики Беларусь. - Гомель: Институт радиологии, 2009. 52 с.

5. Зайцев Г.Н. Математическая статистика в экспериментальной ботанике. М.: Наука. 1984. 424 с.

Об авторах

Копытков В.В. - кандидат сельскохозяйственных наук, заведующий сектором биорегуляции лесопосадочного материала ГНУ «Институт леса НАН Беларуси», kopvo@mail.ru

Родин А.Р. - доктор сельскохозяйственных наук, профессор кафедры искусственного лесовыращивания и механизации лесохозяйственных работ Московского государственного университета леса, svasilyev@mgul.ac.ru