Карельская береза как один из перспективных видов для лесной рекультивации нарушенных земель

КАРЕЛЬСКАЯ БЕРЕзА КАК ОДИН Из ПЕРСПЕКТИВНЫХ ВИДОВ

для лесной рекультивации нарушенных земель

ЕВ. КАЗАНЦЕВА, СБ. ВАСИЛЬЕВ

Одним из важнейших направлений в охране и воспроизводстве природных ресурсов является рекультивация нарушенных земель, позволяющая вернуть техногенные пустоши в состав лесного фонда, закрепить грунты, приостановить развитие эрозионных процессов, смягчить последствия катастрофического разрушения коренных лесов.

Техногенные пустоши образуются в результате открытой добычи полезных ископаемых. Таким способом добывается около 85 % различных горных пород. Проводимые работы отличаются большой землеемкостью и, следовательно, сопровождаются перестройкой всех составных частей природного ландшафта, в том числе его главного компонента - почвы. Тем самым формируется новый техногенный ландшафт со всеми отрицательными свойствами: пустынностью, бесплодностью.

К числу таких районов относится Егорьевское месторождение фосфоритов (ЕМФ), расположенное в 80-100 км от Москвы, на левом берегу реки Москвы, в пределах запад-

ной части Мещерской низменности зоны смешанных лесов, на территории Егорьевского и Виноградовского лесхозов. Площадь ЕМФ - 500 км2.

По данным ряда авторов [7, 11], зональные почвы здесь дерново-подзолистые, супесчаные и песчаные с низким уровнем естественного плодородия. Гумусовый горизонт составляет 20-25 см, подстилаемый кварцевыми песками с прослойками фосфоритных руд и глауконитовых песков. После технического этапа рекультивации разровненные отвалы состоят до 96 % из кварцевых и слюдистых песков. Техногенные субстраты ЕМФ по степени пригодности отнесены к III категории грунтов, малопригодных по своим физически свойствам. По сравнению с зональными почвами они обладаю более легким механическим составом и отсутствием естественного плодородия. Поэтому одним из основных и наиболее перспективных способов освоения таких территорий является лесная рекультивация.

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 5/2006

95

Одно из первых рекультивируемых районов стало ЕМФ. Многие исследователи [4, 7, 9] отмечают успешный рост сосны обыкновенной (Pinus silvestis L.) на рекультивируемых землях ЕМФ. Однако для обеспечения устойчивого развития искусственных сообществ целесообразно использовать специальные приемы, направленные на улучшение свойств техногенных субстратов и повышение флористического многообразия ценозов, одним из которых является расширение ассортимента древесно-кустарниковых пород

В 1986-1988 гг. кафедрой лесных культур под руководством И.И. Дроздова и ВНИИЦ «Экология» на нарушенных землях ЕМФ были созданы опытно-производственные культуры интродуцентов: сосны кедровой сибирской (Pinus sibirica Du Tour), ели (Picea abies (L.) Karst.), лиственницы сибирской (Larix sibirica Ldb.), карельской березы (Betulapendula Rhot. var. carelica Merkl.).

Введение в искусственные лесные насаждения ценных интродуцированных пород на нарушенных землях имеет немалое лесоэкологическое значение: расширяются ареалы ценных лесообразователей, увеличивается породное разнообразие насаждений, повышаются возможности их функционального использования. Трансформация насаждений с изменением породного состава лесов зачастую повышает их биологическую продуктивность [2].

Нами проведены обследования опытно-производственных культур в кв. 44 и кв. 64 Хорловского лесничества Виноградского лесхоза. В кв. 44 культуры созданы 27-28.04.88 г. на техногенных субстратах с различной мощностью глауконитового песка. Культуры смешанного типа: 2 ряда сосны обыкновенной, 2 ряда лиственницы сибирской, 2 ряда ели европейской и 2 ряда карельской березы. Ширина междурядий - 1,5 м, шаг посадки колеблется от 60 см до 1,4 м. посадочный материал карельской березы (2-летние сеянцы) был выращен сотрудниками кафедры селекции, генетики и дендрологии под руководством А.Я. Любавской на питомнике МЛТИ.

В кв. 64 были созданы чистые культуры карельской березы в 1986 г. Ширина междурядий - 2,0 м, шаг посадки - 1,0 м.

Благодаря высокому полиморфизму карельская береза успешно заселяет различные экологические ниши. Быстрорастущие полнодревесные безузорчатые деревья ее являются лесообразующими формами, входящими в I ярус древостоев, в то время как медленнорастущие древовидные, кустовидные и кустарниковые узорчатые формы представляют собой вспомогательный резерв вида, обеспечивающий расселение (экспансию) карельской березы в экстремальных условиях. В пределах своего ареала она произрастает на различных почвах от моренных валунных суглинков с примесью карбонатов до подзолистых суглинков, песчаных и супесчаных почв. Уровень грунтовых вод глубже 2 м, важной лесоводственной особенностью карельской березы является то, что она удерживается в горах, на скалах среди каменистых россыпей, скоплений валунов [3, 6, 10], т.е. эта порода по своим видовым характеристикам перспективна для рекультивации нарушенных земель. Проведенная инвентаризация в кв. 44 и кв. 64 выявила значительный отпад деревьев всех видов (табл. 1).

Однако приживаемость карельской березы более чем на 50 % выше таковой у лиственницы сибирской и на 18-47 % выше по сравнению с елью европейской. Основной отпад карельской березы, по-видимому, произошел в первый год после посадки, т.к. усохших или усыхающих деревьев не обнаружено; культуры находятся в очень хорошим состоянии. Это, вероятно, связано с тем, что сеянцы березы, перенесенные из благоприятных условий питомника на техногенные субстраты ЕМФ, в первые годы переживают «стресс адаптации». Необходимо отметить, что основная часть деревьев карельской березы представлена медленнорастущими и кустовидными формами, выживающими в экстремальных условиях (табл. 2).

Береза относится к древесным породам, способствующим разложению подстилки и гумусообразованию, усиливает нитрификацию, в березовом насаждении содержание микроорганизмов 240 764 тыс. на 1 г абсолютно сухого вещества, что в 2 раза выше, чем в насаждениях лиственницы [8].

Таблица 1

Приживаемость культур на рекультивируемых техногенных субстратах Хорловского лесничества Виноградовского лесхоза

Вид техногенных субстратов Приживаемость, %

Сосна обыкновенная Ель Лиственница сибирская Карельская береза

Кварцевый песок; кв. 44, 12-летние 90 42,2 15,2 67,0

Глауконитовый песок 10 см; кв. 44, 12-летние 95 41,0 14,5 88,0

Глауконитовый песок 20 см; кв. 44, 12-летние 90,4 50,8 16,6 69,0

Глауконитовый песок 30 см; кв. 44, 12-летние 92,1 51,4 18,9 74,0

Кварцевый песок; кв. 64, 14-летние - - - 85,0

Таблица 2

Формовое разнообразие карельской березы на рекультивируемых техногенных субстратах ЕМФ

Вид техногенных субстратов Формы Итого, шт.

I II III IV V

шт. % шт. % шт. % шт. % шт. %

Кварцевый песок; кв. 44 12 20,3 29 49,2 7 11,9 1 1,7 10 16,9 59

Глауконитовый песок 10 см 6 13,3 28 62,2 6 13,3 2 4,5 3 6,7 45

Глауконитовый песок 20 см 6 16,7 19 52,8 2 5,5 5 13,9 4 11,1 36

Глауконитовый песок 30 см 3 7,9 14 36,8 10 26,3 2 5,3 9 23,7 38

Итого в кв. 44 27 15,2 90 50,6 25 14 10 5,6 26 14,6 178

Кв. 64; 14-летнийе, кварцевый песок 83 42,8 62 32 25 12,9 9 4,6 15 7,7 194

Таблица 3

Агрохимические свойства рекультивируемых техногенных субстратов, слой 0-40 см

Вид субстрата Месяцы рН (Н20) рН (НС1) Гумус, % Сумма поглощен. Степень нас. РА, Подвижный азот, мг/100г

оснований, м-экв/100г почв основаниями, % мг/100г № 4 № да3

Кв. 44, V 0,61 27,1 6,6 1,01 0,15 1,16

контроль, квар- VII 5,6 4,1 0,2-0,3 0,79 37,5 8,5 0,32 0,18 1,50

цевый песок IX 0,98 42,8 7,5 1,20 0,18 1,38

Кв. 44, V 6,99 71,5 8,6 1,81 0,24 2,05

глауконитовый VII 5,7 4,3 0,4 6,61 69,1 11,3 1,93 0,17 2,10

песок 10 см IX 15,81 82,8 9,0 2,05 0,15 2,20

Кв. 44, V 15,25 81,6 9,4 1,81 0,29 2,10

глауконитовый VII 5,7-5,8 4,4 0,4-0,5 17,13 82,6 13,7 1,93 0,033 2,26

песок 20 см IX 15,44 80,3 12,5 1,69 0,20 1,89

Кв. 44, V 15,44 80,3 8,9 1,69 0,25 1,94

глауконитовый VII 5,8 4,4 0,6 16,95 84,5 17,2 2,42 0,29 2,71

песок 30 см IX 13,94 80,2 14,5 1,08 0,26 1,34

Кв. 64, V 0,42 20,4 4,2 1,44 0,24 1,68

кварцевый VII 5,4-5,6 3,8 0,2 0,99 22,3 5,8 1,20 0,27 1,47

песок IX 0,55 21,8 5,4 1,57 0,25 1,82

Таблица 4

Таксационные показатели форм карельской березы на рекультивируемых техногенных субстратах

Типы Формы

техногенных I II III IV V

субстратов H, м D, см H, м D, см H, м D, см H, м D, см H, м D, см

Кв. 44, контроль, кварце- 3,5±0,34 2,65±0,46 2,6±0,09 2,37±0,13 1,8±0,18 3,03±0,79 2,50±0,32 2,60±0,4 4,5±0,13 3,78±0,28

вый песок

Кв. 44, глауконитовый 3,3±0,49 2,67±0,44 3,2±0,18 2,97±0,27 2,1±0,12 5,77±0,99 1,4±0,15 1,65±0,3 4,9±0,24 4,67±0,35

песок 10 см

Кв. 44 глауконитовый 3,3±0,44 2,47±0,53 2,6±0,16 2,65±0,30 1,2±0,09 2,45±0,4 1,7±0,29 1,68±0,33 4,4±0,56 3,23±0,61

песок 20 см

Кв. 44 глауконитовый 3,3±0,50 2,30±0,49 3,1±0,22 3,81±0,37 2,6±0,22 6,75±0,41 2,15±0,24 2,85±0,4 4,6±0,27 4,64±0,66

песок 30 см

Кв. 64, кварцевый 3,2±0,13 2,93±0,16 2,8±0,13 2,98±0,24 2,9±0,22 7,57±0,70 2,9±0,30 4,40±0,57 4,8±0,26 5,23±0,44

песок

Примечание: H - высота; Д - диаметр ствола у форм I, II, V на высоте 1,3 м, III - у разветвления ствола, IV - у корневой шейки

Проведенные нами почвенные исследования по методике Е.В. Аринушкиной [1] в течение всего вегетативного периода (табл. 3) свидетельствуют о том, что процесс гумификации глауконитовых песков происходит интенсивнее в культурах карельской березы (гумус да 0,6 %), чем в 30-летних культурах сосны обыкновенной (по данным Е.О. Новожиловой, запасы гумуса составляют сотые доли процента [9]). Гумификация проходит интенсивнее на глауконитовых песках - 30 см (0,6 %), и менее интенсивно на кварцевых песках (0,2 %). Глауконитовые пески в значительной степени отличаются от кварцевых и по степени насыщенности основаниями (от 69,1 до 84,5 % и от 20,4 до 48,8 % соответственно). Но в зависимости от толщины глауконитовых песков (10, 20, 30 см) степень насыщенности основаниями практически не меняется. Эти почвы не нуждаются в извести, т.к. степень кислотности их незначительна. Кварцевые пески нуждаются в известковании. Кварцевые пески не обеспечены также доступным для растений фосфором (Р205 меньше 8 мг/100г почвы). Во всех типах почв практически весь доступный азот

содержится в аммиачной форме, поскольку нитратная форма подвержена либо быстрому поглощению корнями растений, либо вымыванию в более глубокие слои, либо трансформации. За вегетативный период наблюдается накопление и снижение нитратов, усвояемых форм фосфора. Это зависит от обеспеченности почвы водой и воздухом, содержания других элементов, от свойств растений, фазы их развития и т.д. весной; при низкой температуре и избыточной влажности в почве или совсем нет нитратов, или количество их незначительно. Когда температура поднимается до оптимальной и количество нитрифицирующих бактерий станет наибольшим, содержание нитратов в почве увеличивается до максимума. Затем количество их начинает резко падать.

Установленное различное содержание микроэлементов в почве оказывает влияние на таксационные показатели некоторых форм карельской березы (табл. 4). Проведенный дисперсионный анализ подтвердил, что в наиболее контрастных вариантах различие таксационных показателей действительно связано с почвой (Рф > (табл. 5).

Таблица 6

Достоверность отличия таксационных показателей 12-летних и 14-летних культур карельской березы на рекультивируемых землях ЕМФ

Т а б л и ц а 5

Итоги дисперсионного анализа влияния типа субстрата на таксационные характеристики форм карельской березы

Показатели Формы

I II III IV V

по Н по D по Н по D по Н по D по Н по D по Н по D

Дисперсионное отношение, ^ф 0,43 0,56 2,95 2,84 17,03 15,92 0,96 0,41 0,99 3,25

3,098 3,098 2,78 2,78 3,098 3,098 4,07 2,9 2,9 2,9

Показатель силы влияния фактора к, % 6,1 7,8 14,5 14,1 76,6 70,5 26,5 8,5 8,5 23,4

Тип субстрата, № квартала Критерий достоверности Формы

I II III IV V

Кв. 64, кварцевый песок Кв. 44, кварцевый песок вд 0,91 0,58 0,89 2,24 3,73 4,3 1,17 3,16 1,14 2,78

Кв. 64, кварцевый песок Кв. 44, глауконитовый песок 10 см ВД ВД 0,197 0,56 0,028 0,03 3,03 1,49 4,83 4,83 0,11 0,996

Кв. 64, кварцевый песок Кв. 44, глауконитовый песок 20 см ВД ВД 0,15 0,83 0,87 0,86 7,5 7,31 2,73 4,13 0,68 2,66

Кв. 64, кварцевый песок Кв. 44, глауконитовый песок 30 см ВД 0,17 1,2 1,33 1,88 0,7 1,01 2,33 2,72 0,61 0,74

Влияние типа субстрата в основном складывается на таксационных характеристиках кустовидных форм (к > 70 %). Для остальных форм сила влияния незначительна, т.е. на таксационные характеристики влияют также неучтенные факторы. Вместе с тем при сравнении 14-летних культур (кв. 64) со смешанными 12-летними культурами (кв. 44) оказалось, что таксационные показатели первых на кварцевых песках не всегда превышают те же данные у вторых на глауконитовых песках, несмотря на 2-летнюю разницу. Это отличие достоверно в основном только для деревьев II, III и IV форм и подтверждается коэффициентом достоверности отличия (табл. 6).

Следовательно, короткоствольные, кустарниковые и кустовидные формы могут произрастать и на кварцевых песках.

Таким образом, наши исследования подтверждают перспективность использования карельской березы при рекультивации нарушенных земель.

Библиографический список

1. Аринушкина, Е.В. Руководство по химическому анализу почв / Е.В. Аринушкина. - М.: МГУ, 1961. - 491 с.

2. Дроздов, Ю.И. Экологические аспекты лесовыра-щивания интродуцентов / Ю.И. Дроздов, С.Б. Васильев // Всероссийская научн.-техн. конф. - М.: МГУЛ, 1994. - С. 58-59.

3. Евдокимов, А.П. Биология и культура карельской березы / А.П. Евдокимов. - Л.: ЛГУ, 1989. - 224 с.

4. Зайцев, Г.А. Лесная рекультивация / Г.А. Зайцев, Л.В. Моторина, В.Н. Данько. - М: Лесная пром-сть, 1977. - 128 с.

5. Лакин, Г.Ф. Биометрия: учебное пособие для биол. спец. вузов. - 4-е изд., перераб. и доп. / Г.Ф. Лакин.

- М.: Высшая школа, 1990. - 352 с.

6. Любавская, А.Я. Карельская береза / А.Я. Любав-ская. - М.: Лесная пром-сть, 1982. - 288 с.

7. Максимушкина, Р. Рекультивация земель / Р. Мак-симушкина, С.В. Карлович // Земля родная. - 1979.

- № 8. - С. 20-21.

8. Мелехов, И.С. Лесоведение: учебник для вузов / И.С. Мелехов. - М.: МЛТИ, 1988. - 16 с.

9. Новожилова, Е.О. Экологическая оценка культур сосны обыкновенной на отвалах Егорьевского месторождения фосфоритов: автореф. дис. ... канд. биол. наук / Е.О. Новожилова. - М.: МЛТИ, 1994. - 22 с.

10. Погиба, С.П. Селекционно-генетические основы плантационного разведения карельской березы: автореф. дис. ... канд. с.-х. наук / С.П. Погиба.

- М.: МЛТИ, 1988. - 16 с.

11. Хватов, Ю.А. Исследования лесопригодности отвалов открытых разработок полезных ископаемых в центральных областях европейской части РСФСР: автореф. дис. ... канд. с.-х. наук / Ю.А. Хватов. -М: МЛТИ, 1974. - 29 с.