Лесные насаждения национального парка «Угра» в условиях неоднородности почвенной среды и изменения климата

Опыт

экологического изучения территорий

С.А. Аветян*, Л.А. Балашова**

* Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, 119234 г. Москва, Российская Федерация

** Независимый исследователь, г. Москва, Российская Федерация

Лесные насаждения Национального парка «Угра» в условиях неоднородности почвенной среды и изменения климата

Данная статья посвящена эдафическим аспектам лесоразведения. В ней рассматриваются возможные причины конкуренции древесных пород, связанные с разнообразием почвенных свойств и пестротой почвенного покрова на границе природных зон европейской части России. На различных участках Козельских засек лесоустроительные параметры лесного ландшафта сопоставлялись с разнообразием почв и почвообразующих пород. Предложенный метод до настоящего времени фактически не применялся на исследуемой территории. Дуб на дерново-подзолистых почвах испытывает трудности с естественным возобновлением, что подтверждается отсутствием подроста породы. Представлен прогноз смены доминирующей породы в древостоях широколиственных лесов на завершающей стадии сукцессионного процесса из-за меньшей требовательности ясеня к свойствам почв и его выраженной теневыносливости по сравнению с дубом. Ареал обитания еловых сообществ сузится до зоны господства дерново-подзолов в почвенном покрове, что связано с накоплением органического вещества в почвах, развитием неморальных видов в травяном покрове в сочетании с перестройкой микробиоты. Ключевые слова: дуб, ясень, серые лесные почвы, конкуренция древесных пород, доминирующие породы в древостоях широколиственных лесов, национальный парк «Угра».

S.A. Avetyan*, L.A. Balashova**

* Lomonosov Moscow State University, Moscow, 119234, Russian Federation

** Independent Researcher, Moscow, Russian Federation

Forest of National Park "Ugra" under conditions of soil heterogeneity and climate change

This article focuses on edaphic aspects of afforestation. It discusses possible causes of the competition of tree species associated with the diversity of soil properties and heterogeneity of the soil cover on the border of natural zones in the European part of Russia. Forest management parameters of the forest landscape were compared with the diversity of soils and soil-forming rocks in different parts of the Kozelskiy abatis. The proposed method has not actually been applied to the territory under investigation to date. Oak on soddy-podzolic soils experiences difficulties with natural regeneration, which is confirmed by the lack of growth of the new trees. The authors present a forecast of the change of the dominant species in the stands of broadleaf forests at the final stage of the succession process, due to the less exacting ash requirements for soil properties and its pronounced shade tolerance in comparison with oak. The habitat of spruce communities will be narrowed to the zone of dominance of sod-podzols in the soil cover, which is due to the accumulation of organic matter in the soils, the development of non-moral species in the grass cover combined with the restructuring of the microbiota. Key words: Oak, ash, grey wood soils, competition of forest species, dominant species in broadleaf forests, National Park "Ugra".

Стремительное развитие городов, рост народонаселения, расширение

ющихся, как известно, незаменимым источником кислорода для живых организмов и важнейшим компонентом геосистем густозасе риторий центральных областей европейской части страны.

Анализ причин глобальной деградации дубрав, серьезной и актуальной на сегодняшней день проблемы в ведении лесного хозяйства, позволил исследователям сделать общий вывод о том, что эта проблема

площадей под застройку и сельскохозяйственные угодья создают опре- о о. деленные угрозы сохранению естественных лесных ландшафтов, явля- ш

Е а.

о ^

организмов и важнейшим компонентом геосистем густозаселенных тер- § к

т I

Ь ¥ Е= ^

О §

25

обусловлена комплексом многочисленных взаимосвязанных факторов, которые сложно и по-разному сочетаются в различных природно-климатических зонах [Белов, 1983]. В рамках разработки данной проблематики нами предпринята попытка обоснования причины уменьшения биоразнообразия широколиственного массива и тенденции к изменению породного состава древостоев, приведшей к уменьшению участия в них дуба.

Широколиственные коренные леса юго-востока Калужской области, являющиеся объектом нашего исследования, располагаются в границах Жиздринского участка, который занимает 32% общей площади Национального парка «Угра», и находятся в Козельском районе. Они представляли большую ценность еще в средние века и новое время. Их охране уделялось повышенное внимание со времен Ивана IV Грозного, распорядившегося запретить вырубки, в результате чего на территории Козельского района был создан своего рода прообраз заповедника с жесткими условиями соблюдения лесоохранных мероприятий.

Прекращение вырубок способствовало восстановлению и сохранению значительных массивов высокобонитетных дубрав. В то же время ряд участков рассматриваемой территории в ХХ в. подвергся выборочной рубке, распашке и частичному забрасыванию с одновременным повышением рекреационной и, в определенной мере, пастбищной нагрузки, что, несомненно, сказалось на состоянии биогеоценозов и сукцессионных процессах на залежных массивах. С 1997 г. участок Столпицкой засеки -часть Козельских засек, на территории которого расположен исследуемый древостой, вошел в границы национального парка «Угра».

В сочетании с климатическими условиями формирования лесного ландшафта, флуктуационные колебания которых оказывают определенное воздействие на соотношение групп хвойных и лиственных фитоце-нозов, эдафические факторы ландшафтообразования данного региона также существенным образом влияют на характер и состояние растительных сообществ, в особенности, на границах природных зон, которые, как было установлено в свое время В.В. Докучаевым, являются о о. и границами, разделяющими различные типы почвообразования. Сложат ^ ное сочетание разновозрастных и полигенетичных осадочных горных Е ^ пород обусловливает достаточно широкое разнообразие типов почвооб-

§ к разования, приводящих к формированию наряду с дерново-подзолисты-

ки

£ ^ ми почвами на моренном бескарбонатном суглинке серых лесных почв ё= ^ на карбонатном лессовидном пылеватом суглинке, а также песчаных дерново-подзолов на двучленных флювиогляциально-моренных отло-

26

жениях [Афанасьева, Василенко и др., 1979; Апарин, Рубилин, 1975].

В ходе изучения пестроты и характера древостоя различных участков Козельских засек лесоустроительные параметры лесного ландшафта сопоставлялись с разнообразием почв и почвообразующих пород. Такого рода метод выявления причинно-следственной связи до настоящего времени фактически не применялся на исследуемой территории. А между тем, фрагменты старовозрастных широколиственных лесов в границах исследуемого участка, а также за его пределами - на территории Березичского лесничества в целом, могут сыграть роль центров по восстановлению полносоставных разновозрастных широколиственных лесов как генетических резерватов природного разнообразия и источников ценных ресурсов.

Рассмотрим подробнее взаимосвязи наиболее значимых лесообразу-ющих пород с особенностями почвообразования.

Дуб черешчатый. В пределах рассматриваемой территории эта древесная порода произрастает исключительно на серых лесных и дерново-подзолистых почвах, что соответствует общепризнанным представлениям о высокой требовательности дуба к свойствам почв, включая гумусированность, близкую к нейтральной реакцию среды, повышенную степень насыщенности основаниями почвенно-поглощающего комплекса и емкость поглощения, влагоемкость и водопроницаемость почв и почвообразующих пород.

Имеющиеся данные свидетельствуют о более выраженной приуроченности дубрав на заключительных этапах сукцессии к ареалам серых лесных почв, что отражается в преобладании дубовых формаций, занимающих до 50% площади распространения серых лесных почв на исследуемом участке. Благоприятные для произрастания широколиственных лесов свойства серых лесных почв, характеризующихся значительным содержанием гумуса (до 3,5-4%), сочетанием хорошей водопроницаемости с выраженной влагоемкостью, относительно высокой (до 80%) степенью насыщенности основаниями, коррелирующей с карбонатно-стью почвообразующей и подстилающей породы, представленной лессовидным карбонатным суглинком [Ахтырцев, 1979], обусловливают

широкое распространение дубрав как наиболее требовательных к эда- о о.

скот % ^

Е а.

о 2

фическим условиям древесных пород.

Росту и развитию дубовых насаждений во многом способствует согласно современным представлениям, которых придерживается руко- ^ сс водство национального парка «Угра», участие в формировании ландшафта копытных, таких как зубр европейский, в историческом прошлом обитавший на больших пространствах широколиственных лесов и ныне завезенный и размножающийся на территории Березичского

эн

т че

О §

лесничества [Балашова, 2015]. Позитивная роль зубра заключается в том, что он, наряду с обогащением почвы органическим веществом, способствует вследствие поедания подроста устранению растений-конкурентов [Битков, 2014].

Важным моментом, определяющим возможности успешного развития дуба, является специфика строения его корневой системы, глубоко проникающей в подпочвенные горизонты, формирующей значительную биомассу и обладающей существенной разветвленностью, что предопределяет высокую ветроустойчивость и господствующее положение в растительном сообществе в условиях достаточной обеспеченности биофильными элементами. В то же время произрастающие на дерново-подзолистых почвах дубравы нередко при достижении возраста, превышающего 100 лет, испытывают дефицит минеральных компонентов, обусловленный, по-видимому, проникновением корневых систем в слои подстилающих ледниковых пород московского возраста, характеризующихся высокой выветренностью и выщелоченностью, что приводит к массовому усыханию древостоя.

Дискуссионным представляется вопрос о причинах массового распространения дубрав на территории средней части Восточно-Европейской равнины в домонгольском средневековье. Можно предположить, что благоприятные климатические условия в ту эпоху способствовали накоплению органического вещества на протяжении длительного времени в условиях повсеместного развития травянистого покрова под пологом разновозрастных широколиственных лесов и предопределяли во многом активный рост и расселение дуба, стержневые корневые системы которого, отмирая, становились источником биофильных элементов и обогащали ими глубокие слои горных пород. Густота насаждений и, соответственно, обилие корневых систем обусловливали создание оптимальной среды, в которой горные породы насыщались питательными элементами, доступными только дубам. В настоящее время наблюдается снижение конкурентной способности дуба вследствие длительного ^ перерыва господства его как лесообразующей породы. о о. Ясень обыкновенный. В отличие от дуба, ясень широко распростра-ш ^ нен фактически на всей рассматриваемой территории, за исключением Е ^ пойменных ландшафтов, где его процентное содержание в древостоях

§ к составляет незначительную часть. Ясень, по сравнению с дубом, менее

ки

£ ^ требователен к свойствам почв и успешно произрастает даже на слабо-ё= ^ кислых, супесчаных, обедненных органическим веществом почвах, что делает его более конкурентоспособным в сукцессионном ряду [Атро-

28

хин, Кузнецов, 1989].

Корневая система ясеня поверхностная, мощная, сильно разветвленная, с недоразвитым стержневым корнем, тем не менее, зависима от климатических условий и аккумуляции влаги в поверхностных горизонтах почв, что ограничивает прирост древесины и обусловливает неравномерность хода роста в онтогенезе древостоя. На начальных этапах сукцессии корни ясеня, активно поглощая атмосферную влагу и сокращая влагозапас почвогрунта, тем самым усложняют процесс прохождения дуба через прегенеративный период. Кроме того, вместе с влагой в корневые системы ясеня в вегетационный период поступает большое количество питательных веществ, обедняя ими почвенный раствор, что также неблагоприятно сказывается на развитии соседствующих с ним одновозрастных древесных пород.

По достижении зрелого возраста растительное сообщество с доминированием ясеня аккумулирует, за счет отмирающих многочисленных крупных корней, значительные резервы биофильных элементов, используемых древесными породами с неглубоко залегающей корневой системой для активного поддержания биокруговорота и вегетации на фоне подавления развития дуба, вынужденного довольствоваться малым количеством элементов питания, содержащихся в горной породе. Поверхностные горизонты большинства лесных почв изобилуют корневыми системами разнообразной древесно-кустарниковой растительности, что увеличивает концентрационную функцию питательных элементов и обогащает ими верхнюю часть почвенно-грунтовой толщи, в то время как дуб не имеет дополнительных источников биофильных компонентов по причине отсутствия древесных пород со сходной корневой системой.

Ель обыкновенная. Находясь на южной границе ареала своего распространения и присутствуя в виде посадок, ель, склонная к произрастанию на кислых, слабогумусированных, текстурно-дифференцированных почвах, проигрывает в конкурентной борьбе широколиственным древесным породам - коренным лесам исследуемой территории. Несмотря на теневыносливость и относительную дальность разноса семян, слабая корневая система, замедленный рост в прегенеративном периоде за счет влияния травянистой растительности в сочетании с плохо коррелиру- о о. ющими с хвойной флорой свойствами серых лесных почв обусловли- ш ^ вают преимущества широколиственных пород над еловыми. Об этом Е ^

свидетельствует отсутствие подроста ели в пределах участков широко- § £

ки

лиственных лесов на серых лесных почвах и его незначительная роль £ ^ в древостоях на дерново-подзолистых почвах. Лишь дерново-подзолы -

о ^

песчаные, двучленные, малопригодные для лиственной растительности -являются закономерным ареалом их распространения. 29

Таким образом, современное состояние почвенно-растительного покрова бывших Козельских засек свидетельствует о сложных взаимоотношениях различных групп растений, среди которых ведущую роль играют лесообразующие широколиственные породы, конкурирующие друг с другом на фоне неоднородности почв и почвообразующих пород, а также влияния антропогенного фактора на ландшафтообразование. При этом в конкурентной борьбе между ясенем и дубом особое значение приобретают их биологические параметры - требовательность к свету на ранних этапах развития.

В то же время существенным показателем, определяющим доминирование в сообществе широколиственных лесов, является их обеспечение влагой и питательными веществами, непосредственно зависящее от специфики строения корневых систем древесных пород и особенностей состава и свойств почв, материнских и подстилающих горных пород. В частности, в конкурентной борьбе на сегодняшний день лидирующая позиция принадлежит ясеню, корневая система которого, ввиду особенностей строения, использует запасы питательных элементов, накопленные древесно-кустарниково-травянистой растительностью и содержащиеся в верхнем метровом слое почв, где локализована основная масса корней.

Дуб, вследствие масштабных вырубок в целях отопления жилищ, в результате наступления «малого ледникового периода» на значительный период времени потерял свое доминирующее значение в древостое. Потепление климата в XIX в. в сочетании с возобновлением породы лесопосадками способствовало в целом расселению этой ценной древесной породы на большей части исследуемой территории, в том числе и на дерново-подзолистых почвах. Что касается серых лесных почв, то наличие двух зон аккумуляции биофильных элементов - с поверхности почв - за счет биологического фактора, и в подпочвенных горизонтах - вследствие карбонатности лессовидных суглинков, является оптимальным условием для естественного возобновления дуба без участия человека.

о

о о. Проведенные исследования современного состояния фитоценозов ш ¡5 и анализ связей растительного и почвенного покрова позволяют нам Е ^ сделать следующие выводы.

§ к 1. В изучаемых ландшафтах, несмотря на лидирующее положение £ ^ дуба, растет процентное содержание ясеня в древостоях широколист ^ ственных лесов. В обозримом будущем следует ожидать, по нашим о ^ „

прогнозам, смену доминирующей породы. По-видимому, причинами

30

такого рода явления на завершающей стадии сукцессионного процесса

являются меньшая требовательность ясеня к свойствам почв и его выраженная теневыносливость по сравнению с дубом.

2. Дуб на дерново-подзолистых почвах испытывает трудности с естественным возобновлением, что подтверждается отсутствием подроста породы. Это, вероятно, связано, с одной стороны, с перехватом влаги и необходимых питательных элементов, содержащихся в верхних слоях, ясенем, а с другой стороны, в зрелом возрасте - с дефицитом биофиль-ных компонентов в почвообразующей породе. Можно предположить, что в ходе экспансии дуба при потеплении климата произойдет обогащение подпочвенных горизонтов дерново-подзолистых почв биофиль-ными элементами, следовательно, будет возможна оптимизация свойств почвообразующих пород по отношению к дубу.

3. По нашим представлениям, накопление органического вещества в почвах, развитие неморальных видов в травяном покрове в сочетании с перестройкой микробиоты осложнят функционирование еловых сообществ и сузят ареал их обитания до зоны господства дерново-подзолов в почвенном покрове.

Единственным способом лесоразведения, оптимизирующим условия для естественного возобновления дубрав, а также ускоряющим процесс их распространения по всей изучаемой территории в настоящее время, является формирование искусственных дубовых лесопосадок на дерново-подзолистых почвах. Участками для таких посадок могут служить в основном вторичные низкобонитетные леса, а также площади, занятые усыхающими деревьями, в том числе и широколиственными.

Библиографический список / References

1. Атрохин В.Г., Кузнецов Г.В. Лесоводство. М., 1989. [Atrokhin V.G., Kuznetsov G.V. Lesovodstvo [Forestry]. Moscow, 1989.]

2. Апарин Б.Ф., Рубилин Е.В. Особенности почвообразования на двучленных породах северо-запада Русской равнины. Л., 1975. [Aparin B.F., Rubilin E.V. Osobennosti pochvoobrazovanija na dvuchlennyh porodah severo-zapada Russkoj ravniny [Features of soil formation on the dual rocks of the North-West of the Russian plain]. Leningrad, 1975.]

3. Почвы СССР / Афанасьева Т.В., Василенко В.И., Терешина Т.В. и др. М., 2 1979. [Afanasjeva T.V., Vasilenko V.I., Tereshina T.V. et al. Pochvy SSSR [Soils § о of the USSR]. Moscow, 1979.] % |

4. Ахтырцев Б.П. Серые лесные почвы Центральной России. Воронеж, 1979. Е ^ [Akhtyrtsev B.P. Serye lesnye pochvy Central'noj Rossii [Grey wood soils of Central g £ Russia]. Voronezh, 1979.]

5. Белов С.В. Лесоводство. М., 1983. [Belov S.V. Lesovodstvo [Forestry]. t Moscow, 1983.] §

6. Битков Л.М. Царь деревьев под угрозой // Весть. № 346. 04.12.2014. С. 3. [Bitkov L.M. The king of trees under threat. Vest'. № 346. 04.12.2014. P. 3.] 31

эн

7. Балашова Л.А. Лесные насаждения бывших Козельских засек и эдафиче-ские факторы, влияющие на них: Выпускная квалификационная работа. Международный независимый эколого-политологический университет, Москва, 2015. [Balashova L.A. Lesnye nasazhdeniya byvshikh Kozel'skikh zasek i edaficheskie faktory, vliyayushchie na nikh [Forests of former forest district "Kozelskiye zaseki" and edaphic factors affecting them]. Final qualifying work. International Independent Ecological and Political University, Moscow, 2015.]

Статья поступила в редакцию 23.05.2017. The article was received on 23.05.2017.

Аветян Сергей Андреевич - кандидат биологических наук; старший научный сотрудник кафедры общего почвоведения факультета почвоведения, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Avetyan Sergei A. - PhD in Biology; Senior Researcher of Department of General Soil Science of Faculty of Soil Science, Lomonosov Moscow State University

E-mail: avetyan-serg@mail.ru

Балашова Любовь Александровна - эколог, независимый исследователь

Balashova Lyubov A. - Ecologist, Independent Researcher

E-mail: balashowa.liubov@yandex.ru

о

E a.

о P л т

о к ки эн

т че с ^

СП

о