Биотическая интеграция в лесных экосистемах Среднерусской лесостепи как основа их устойчивого развития

Библиографический список

1. Обзор состояния и загрязнения окружающей среды в Российской Федерации за 2007 год. М.: Федеральная служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, 2008. 164 с.

2. Лозановская И.Н. Экология и охрана биосферы при химическом загрязнении / И.Н. Лозановская, Д.С. Орлов, Л.К. Са-довникова. М.: Высшая школа, 1998.

3. Ревель П. Среда нашего обитания / П. Ревель, Ч. Ревель; в 4 кн.; пер. с англ. М.: Мир, 1995.

4. Митропольский А.К. Техника статистических вычислений / А.К. Митропольский. М.: Наука, 1971. 576 с.

5. Кобак К.И. Биотические компоненты углеродного цикла / К.И. Кобак. Л.: Гид-рометеоиздат, 1988. 248 с.

6. Усольцев В.А. Биологическая продуктивность лесов Северной Евразии: методы, база данных и ее приложения / В.А. Усольцев. Екатеринбург: УрО РАН, 2007. 636 с.

7. Усольцев В.А. Фитомасса лесов Се-

верной Евразии: база данных и география / В.А. Усольцев. Екатеринбург: УрО

РАН, 2001. 707 с.

8. Усольцев В.А. Оценка углерододепонирующей способности лесов: от пробной площади — к автоматизированной сис-

теме пространственного анализа / В.А. Усольцев, В.П. Часовских, М.П. Воронов, М.А. Корец, В.П. Черкашин, Г.Б. Кофман, Е.В. Бараковских, М.М. Се-мышев, А.С. Касаткин, Н.В. Накай / / Лесная таксация и лесоустройство. 2008. № 1 (39). С. 183-190.

9. Часовских В.П. Информационные технологии в управлении: СУБД ADABAS и проектирование приложений средствами NATURAL / В.П. Часовских, М.П. Воронов, А.С. Фатеркин. Екатеринбург: УГЛТУ, 2006. 477 с.

10. Часовских В.П. Исследование сис-

темных связей и закономерностей функционирования корпоративной информационной системы лесопромышленного

предприятия в среде ADABAS и Natural / В.П. Часовских, М.П. Воронов. Екатеринбург: УГЛТУ, 2008. 120 с.

11. Часовских В.П. Информационные технологии управления / В.П. Часовских, Г.А. Акчурина, А.В. Слободин, М.В. Аза-ренок, М.П. Воронов. Екатеринбург: УГЛТУ, 2008. 402 с.

Работа поддержана РФФИ (грант № 07-07-96010) и Программой Президиума РАН «Биоразнообразие и генетика генофондов».

УДК 533.6:628.5

В.В. Реуцкая, Ю.Ф. Арефьев

БИОТИЧЕСКАЯ ИНТЕГРАЦИЯ В ЛЕСНЫХ ЭКОСИСТЕМАХ СРЕДНЕРУССКОЙ ЛЕСОСТЕПИ КАК ОСНОВА ИХ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ

Ключевые слова: зеленая зона, биоразнообразие, биоинтеграция, Среднерусская лесостепь.

Введение

Среднерусская лесостепь расположена в пределах среднерусской лесостепной

провинции черноземов (оподзоленных, выщелочных, типичных среднегумусовых и тучных) и серых лесных почв. Рассматриваемая провинция отличается достаточно ярко выраженной континентальностью. Кроме того, на климатические черты провинции заметный отпечаток накладывает характер рельефа — его территория представляет собой возвышенность, сильно расчлененную оврагами, балками и глубокими речными долинами. С геобота-нической точки зрения лесные массивы Среднерусской лесостепи принадлежат к подзоне широколиственных лесов.

Лесные массивы Среднерусской лесостепи (преимущественно дубравы и сосняки) занимают обширные территории между пашнями и частично сохранившимися лесными участками. Наряду с общими климатообразующими факторами (солнечной радиацией, атмосферной циркуляцией, рельефом) леса участвуют в формировании климатического и водного режима Среднерусской лесостепи. Леса являются здесь неотъемлемой частью ландшафта. Но под влиянием антропогенных факторов в лесных экосистемах активизируются дезинтеграционные процессы. В результате в значительной мере утрачена способность к саморегуляции, семенной регенерации лесных экосистем; резко снижены жизнеспособность и экологическая значимость.

Интеграция в лесных экосистемах означает состояние связанности отдельных дифференцированных частей в единое целое, а также процесс упорядочения, согласования и объединения дифференцированных структур и функций в целостной биологической системе.

В послеледниковый период антропогенное воздействие на лес постоянно возрастало. В древние времена вся северозападная часть возвышенности была покрыта дубравами, произраставшими среди обширных пространств луговых степей. В XIV столетии лесистость этой зоны, согласно П.П. Семенову (1903), составляла около 40%. Заселение этих мест началось примерно в VXII столетии, после чего площадь лесов в результате интенсивных рубок и расчистки площадей под пашни стала быстро сокращаться и к началу ХХ века уменьшилась до 8%. В настоящее время естественно сложившиеся структуры природных лесных экосистем почти полностью разрушены. Возникла глубокая дисгармония в биотических отношениях, прежде всего между лесной растительно-

стью и ее консументами, между биоценозом и биотопическим потенциалом. Цель исследований состоит в том, чтобы на основе естественных механизмов саморегуляции активизировать интеграционные процессы в лесных экосистемах Среднерусской лесостепи.

Методика

Поскольку биотическая интеграция в лесных экосистемах формируется лишь на основе разнообразия древесных пород и их размещения, определялись уровни структурного и композиционного разнообразия насаждений. Наши исследования проводились в смешанных лиственных насаждениях зелёной зоны г. Воронежа, Правобережное лесничество Учебноопытного лесхоза ВГЛТА. Характеристика насаждений: Тип условий произрастания Д2 (снытьевая дубрава). Состав пород 2Д2Ос2Яс2Б1К1Л. Дуб черешчатый по-рослёвый, возраст 60-80 лет. Сомкнутость крон 06-08. Почва серая лесная.

Структурное разнообразие определялось на круговых пробных площадях (Р^) на основе квадрогрупп (рис. 1).

N

31агШп\е

Рис. 1. Принципиальная схема учёта деревьев на круговой пробной площади: выбор i — деревьев и ') — деревьев в отношении 1:3;

Т — параметр структурного разнообразия

Определялись параметры: площадь сечения деревьев (на высоте 1,3 м), жизнеспособность деревьев (в баллах), расстояния (е).

Т-параметр рассчитывался по формуле:

Т = 1 _ I у т1п<л j).

п тах(/, j) '

Т-оценки интерпретируются следующим образом [6]:

0,0 < Т < 0,3 — слабая дифференциация (высокий уровень гомогенности); ослабленные деревья могут достигать 70% здоровых деревьев в квадрогруппе. 0,3 < Т < 0,5 — средняя дифференциация, или средняя гетерогенность признака; слабые деревья достигают 50-70 % сильных и здоровых деревьев в квадрогруппе.

0,5 < Т < 0,7 — сильная дифференциация; слабые деревья достигают лишь 30-50% сильных деревьев. 0,7 < Т < 1,0 — очень сильная дифференциация; слабые деревья достигают менее чем на 30% сильных.

Композиционное разнообразие определялось по формуле:

Н = -Ё Рі • ^2Р. ,

г=1

где Н — уровень разнообразия;

/ — учитываемые источники разнообразия изучаемой лесной экосистемы;

р/ — вероятность их проявления (доля участия);

п — число учтённых источников разнообразия.

Обсуждение результатов

Идею биотической интеграции в лесных экосистемах выражает уравнение:

Е —

‘'О ' ^0 н 1

где Е — общая энергия интегрированной лесной экосистемы;

Р — долевые участия компонентов экосистемы;

Рг — продуценты;

Сп — консументы;

Rd — редуценты;

R — сопротивление среды.

Редуценты в лесных экосистемах представлены большой группой сапротрофных организмов, минерализующих мёртвое

органическое вещество до простых неорганических соединений. В лесу редуцентами являются грибы и бактерии. Исследования сапротрофной роли грибов показало, что в дубравах и сосняках Среднерусской лесостепи некоторые виды грибов от сапротрофного питания нередко переходят к паразитическому, среди них корневая губка (Heteгobasidion annosum) и др. Переход от сапротрофного образа жизни к паразитическому у грибов обычно не происходит в насаждениях с повышенным уровнем композиционного разнообразия.

Устойчивость развития лесных сообществ как естественно сложившихся, так и в искусственно созданных в значительной мере определяется уровнем биоразнообразия. Анализ биоразнообразия позволяет судить об устойчивости насаждений к неблагоприятным факторам среды (табл.).

Как следует из представленной таблицы, максимальных значений уровень биоразнообразия (BD) достигает при зарастании очагов корневой губки с примерно равным участием сосны и лиственных пород, минимальных — без участия сосны и лиственных пород. Другие варианты занимают промежуточное положение. В настоящее время естественное зарастание очагов корневой губки считается неприемлемым, так как в результате идет процесс смены пород на малоценные, но в некоторых случаях естественный процесс зарастания может считаться допустимым и приемлемым. Из таблицы мы можем увидеть, что такой вариант приемлем тогда, когда участие лиственных и хвойных примерно одинаково. Этот вариант обеспечивает высокий уровень композиционного разнообразия и как следствие высокий уровень устойчивости насаждений к болезням и вредителям. Такие насаждения гораздо устойчивее чистых сосняков.

Сравнительная оценка биоразнообразия (BD) естественно зарастающих очагов корневой губки

Таблица

BD по ярусам лесного фитоценоза, бит BD, бит

Типы естественного зарастания очагов дре- востой под- рост подле- сок напочвенный покров

1. Без участия подроста сосны и подлеска 0,72 0 0 0,92 1,64

2. Без участия сосны; имеются лиственные породы 1,56 1,48 1,15 1,36 5,55

3. С редким участием сосны; преобладают лиственные породы 1,68 1,84 1,91 1,36 6,97

4. Участие сосны и лиственных пород примерно равное 1,84 1,84 1,75 1,56 6,99

5. Сосна доминирует; примесь лиственных пород незначительна 0,92 0 0 1,16 2,08

Контроль: неповрежденные корневой губкой насаждения тех же видов 0,92 0 0 1,16 2,08

Характер размещения древесных растений в насаждении значительно влияет на интеграционные процессы в насаждениях и их устойчивость к неблагоприятным факторам среды [1-3]. Особенно эффективна сотовая структура дендрогрупп, даже в отношении интродуцированных древесных пород (рис. 2).

R-дерево P strobus ф RS-деревья P. Strobus

RS-деревья рр. Picea, Abies

Рис. 2. Сотовая схема биогруппы

Сотовая схема биогруппы основана на идее преимущественной защиты селекционно улучшенных деревьев, деревьев будущей основной лесообразующей или ин-тродуцированной древесной породы (в данном случае сосны веймутовой Pinus strobes). Компактная биогруппа функционирует как единая, внутренне взаимосвязанная иерархическая экосистема, способствующая прежде всего повышению жизнеспособности и выживаемости центральных и непосредственно граничащих с ними внутренних деревьев. В обычных рядовых культурах сосна веймутова сильно поражается пузырчатой ржавчиной (возбудитель — базидиальный гриб Cronartium ribicjla). В сотовых биогруппах сосна вей-мутова практически свободна от поражения этой болезнью.

Таким образом, для активизации интеграционных процессов в лесных экосистемах, повышения их жизнеспособности и стабильного развития целесообразно использовать не только автохтонные, но и интродуцированные виды древесных растений. Уровень интеграция биологических систем определяет их способность к саморегуляции.

Заключение

Идея биотической интеграции в современных лесных экосистемах Среднерусской лесостепи основана на принципе свободного выбора природы как в естественных, так и в искусственно создаваемых насаждениях.

Новизна данного подхода заключается в том, что радикальное повышение устойчивости и способности к саморегуляции достигается путём формирования лесных экосистем, близких к естественным на основе активизации интеграционных процессов. Биотическая интеграция достигается посредством повышения композиционного, структурного и генетического разнообразия. Предлагаемый модуль сотовой биогруппы можно рекомендовать для различных типов лесных формаций. Биоценотиче-ские культуры, созданные группами, близки естественным насаждениям. Лесная среда формируется уже в первые годы их жизни. С возрастом эта тенденция нарастает. В пространстве между группами основной лесообразующей породы формируется естественный лесной фитоценоз, с которым группы успешно конкурируют.

Мероприятия по сближению искусственно создаваемых и реконструируемых лесных насаждений с природой не должны быть нацелены на восстановление доисторических или несколько более поздних, но уже не соответствующих современным условиям лесных формаций. Необходима активизация интеграционных процессов на основе биоразнообразия и естественного отбора.

Библиографический список

1. Арефьев Ю.Ф. Некоторые генетико-экологические аспекты лесозащиты / Ю.Ф. Арефьев, С.А. Петров // Генетические и экологические аспекты лесозащиты повышения продуктивности лесов. Воронеж, 1993. С. 100-110.

2. Arefjew J.F. Genetisch^kologische Aspekte des Forstschutzes / J.F. Arefjew // Der Wald, H. 7/ 1995. S. 238-239.

3. Арефьев Ю.Ф. Генетико-экологическое обоснование лесной рекультивации очагов корневой губки (Heterobasidion annosum {Fr.}Bref.) в южной лесостепи европейской части России / Ю.Ф. Арефьев // Лесная генетика и селекция на рубеже тысячелетий. Воронеж: НИИЛГиС, 2002. С. 21-27.

4. Sicker G. Beit^ge zur Strukturanaly-se nataHicher und forstlich bestimmter Fich-ten^kosysteme im Nationalpark Hochharz / G. Sicker, A. Rommerskirchen // Beit^ge fer Forstwirtschaft und Landschafts^ologie. 1/2002. Band 36. 2002. S. 6-13.