Scientific journal

Advances in current natural sciences

ISSN 1681-7494

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,775

В малолесных районах Северного Казахстана доступным, дешевым, мощным и долговременным фактором природоохранного и средообразующего значения выступает защитное лесоразведение. Значительна экологическая и социальная роль защитных лесных насаждений [1]. Среди них в данном районе большой объем занимают насаждения вдоль путей автомобильного транспорта.

Придорожные защитные лесные полосы являются очень важным элементом обустройства полосы отвода автомобильных дорог не только республиканского и областного значения, но и дорог общего пользования. Лесные полосы, находясь вблизи автодороги, выполняют функцию естественного барьера, защищая от воздействия ветров, пыльных бурь и предохраняя проезжую часть от заноса снегом. Однако, накапливая существенное количество пыли и продуктов сгорания автомобильного топлива, защитные полосы испытывают постоянный техногенный стресс, который находит негативное отражение на процессах жизнедеятельности деревьев и кустарников. Под воздействием неблагоприятных антропогенных факторов резко ухудшается санитарное состояние защитных насаждений, теряется их устойчивость. Этот процесс может закончиться изменением конструкций полос или их полным распадом. В этой связи актуальной задачей является своевременная оценка санитарного состояния защитных насаждений для обоснованного назначения и проведения санитарно-оздоровительных мероприятий. Защитные насаждения нуждаются в регулярном уходе, и только тогда они эффективно выполняют мелиоративные функции [2–4].

Цель исследования

Оценка санитарного состояния придорожных защитных лесных полос и устойчивости деревьев различных пород, применяемых в защитном лесоразведении в условиях Северного Казахстана, и разработка предложений по проведению санитарно-оздоровительных мероприятий.

Материалы и методы исследования

Объектом исследований явились придорожные защитные лесные полосы (ПрЗЛП) разной конструкции на территории Мамлютского и Кызылжарского административных районов Северо-Казахстанской области, расположенные вдоль автодорог М–51 «Челябинск – Новосибирск», А–21 «Мамлютка – Костанай» и А–12 «Петропавловск – Соколовка – граница РФ». Все они представлены чистыми по составу древостоями следующих древесных пород: тополя бальзамического (Populus balsamifera L.) – (Тбз), берёзы повислой (Betula pendula Roth) – (Бпв), сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) – Соб, вяза обыкновенного (крупнолистного), (Ulmus laevis Pall.) – (Воб) и клёна ясенелистного (Acer negundo L.) – (Кяс).

В основу исследований положен метод пробных площадей (далее ПП), которые закладывались с учетом теоретических положений лесной таксации, действующих [5] и ранее действовавших Правил санитарной безопасности в лесах РФ [6] и общепринятыми апробированными методиками [7, 8]. На каждой ПП был проведен сплошной перечет деревьев по ступеням толщины и категориям состояния. В соответствии с рядом распределения деревьев по диаметру формировалась систематическая выборка модельных деревьев для определения таксационных показателей древостоев. В пределах ПП они отбирались средними по высоте, диаметру и размерам кроны для ступеней толщины по способу пропорционального представительства в количестве от 10 до 20 штук. Помимо определения традиционных таксационных показателей, на каждой ПП устанавливались количество рядов, расстояния между ними и шаг посадки. Состояние деревьев оценивалось по шкале из Правил санитарной безопасности в лесах РФ с учетом комплекса внешних признаков (густоте кроны, цвету листвы (хвои), доле усохших ветвей, наличию плодовых тел грибов и стволовых вредителей). В ходе полевых работ по указанным признакам выделены одиннадцать категорий деревьев: I – здоровые (без признаков ослабления); II – ослабленные; III – сильно ослабленные; IV – усыхающие; V – свежий сухостой; VI – старый сухостой; VII – свежий ветровал; VIII – свежий бурелом; IX – старый ветровал; X – старый бурелом; XI – аварийные деревья.

Степень ослабления всего древостоя на пробной площади определялась как средневзвешенная величина оценок распределения количества деревьев по разным категориям состояния. Древостои со значением средневзвешенной величины от 1,0 до 1,5 относились к здоровым, от 1,6 до 2,5 – ослабленным, от 2,6 до 3,5 – сильно ослабленным, от 3,6 до 4,5 – усыхающим и от 4,6 и выше – погибшим [9, 10]. Причем расчет средней категории состояния деревьев на пробных площадях производился двумя способами:

а) по общепринятой методике, путем приравнивания ветровальных, буреломных и снеголомных деревьев к свежему или старому сухостою [10];

б) по соотношению количества деревьев всех одиннадцати категорий состояния [6].

Второй способ расчета, на наш взгляд, позволяет оценить степень влияния климатических условий (ветровальные и буреломные деревьев) на санитарное состояние древостоев и более объективно обосновать вид санитарно-оздоровительных мероприятий.

Дополнительно на всех пробных площадях определялось жизненное состояние древостоя по формуле, предложенной В.А. Алексеевым [11]:

где Ln – относительное жизненное состояние древостоя, рассчитанное по числу деревьев;

n1, n2, n3, n4 – число здоровых, ослабленных, сильно ослабленных и отмирающих деревьев соответственно;

N – общее число деревьев (включая сухостой) на ПП;

100, 70, 40, и 5 – коэффициенты, выражающие жизненное состояние здоровых, ослабленных, сильно ослабленных и отмирающих деревьев, %.

При значении показателя Ln от 100 до 80 % по жизненному состоянию древостой оценивается как «здоровый», при 79–50 % он считается ослабленным, при 49–20 % – сильно ослабленным, при 19 % и менее – полностью разрушенным [11].

Для выполнения поставленной цели в ходе полевых работ заложено 15 пробных площадей, на которых у более чем 3000 деревьев определены диаметры стволов и категория санитарного состояния. Таксационные показатели модельных деревьев и древостоев определялись в соответствии с общепринятыми в лесной таксации методами и действующими инструкциями. Все расчетные и графические работы производились в программе MO Excel.

Результаты исследования и их обсуждение

Санитарное состояние насаждений в значительной степени обусловлено их таксационными характеристиками. Определенное влияние на этот показатель оказывает схема размещения посадочных мест при создании полос, определяющая их первоначальную и текущую густоту. Представление о таксационной структуре и конструктивных особенностях исследуемых защитных полос дают данные, представленные в табл. 1.

Данные табл. 1 свидетельствуют, что защитные полосы из хвойных (сосна) и твердолиственных (вяз крупнолистный и клен ясенелистный) пород представлены средневозрастными древостоями. Известно, что в этом возрасте насаждения при отсутствии неблагоприятных факторов находятся в фазе активного роста и развития. Защитные полосы из березы повислой представлены средневозрастными (ПП 9 и 10) и приспевающими (ПП 1 и 12) насаждениями, а из тополя бальзамического приспевающими (ПП 7) и спелыми (ПП 2, 4, 6, 8 и 15). Приспевающие насаждения в естественных условиях характеризуются продолжающимся нарастанием древесины, но несколько замедленными его темпами по сравнению с средневозрастными, а спелые – весьма замедленными ростовыми характеристиками.

Таким образом, исследуемые защитные лесные насаждения в соответствии с биологическими особенностями древесных пород, использованных при их создании, находятся на разных возрастных этапах. Это обстоятельство помимо техногенного стресса, испытываемого насаждениями, безусловно, находит отражение на их санитарном состоянии.

Определенные разными способами показатели санитарного состояния древостоев на ПП и их относительного жизненного состояния по методике В.А. Алексеева представлены в табл. 2.

Анализ данных, приведенных в табл. 2, позволяет отметить следующее. Санитарное состояние насаждения, определенное с учетом всех 11 категорий состояния деревьев, в большинстве случаев оценивается несколько худшими балльными показателями (от 1,59 до 4,89), чем при определении по общепринятой методике (от 1,59 до 4,32). В защитных лесах, на наш взгляд, предпочтение следует отдавать способу, учитывающему соотношение количества деревьев всех категорий состояния. Следует отметить, что степень ослабления насаждений за исключением ПП 5 обоими способами идентифицируется однозначно. Санитарное состояние насаждений достаточно тесно связано с их жизненным состоянием по В.А. Алексееву. Тем не менее в некоторых случаях ослабленные по санитарному состоянию насаждения (ПП 9 и 10) по жизненному состоянию оцениваются как здоровые, а усыхающие (ПП 5, 11) – как сильно ослабленные.

Санитарное и жизненное состояния насаждений защитных полос в значительной степени зависят от породного состава. В порядке ухудшения санитарного состояния исследуемые защитные полосы образуют следующий ряд: берёзовые (средняя категория состояния 1,85), тополевые (2,26), сосновая (2,42), вязовые (3,45) и кленовая (4,89). В таком же порядке располагаются защитные полосы разных пород по относительному жизненному состоянию (Ln). Среднее значение этого показателя для березовых полос составляет 78,4 %, для тополевых – 65,0 %, сосновой – 61,4 %, вязовых – 43,4 % и для кленовой – 32,8 %.

Влияние возраста насаждений на их санитарное и жизненное состояния можно оценить по данным березовых и тополевых полос. При их анализе выявляется, что с возрастом степень ослабления насаждений увеличивается. Так, в 27-летних защитных насаждениях березы (ПП 9 и 10) средняя категория санитарного состояния составляет 1,63, а показатель относительного жизненного состояния (Ln) – 80,7 %. В возрасте 57 лет (ПП 1 и 12) эти показатели соответственно равны 2,06 и 76,1 %, то есть степень ослабления насаждений заметно выше. Такая же закономерность прослеживается в защитных насаждениях из тополя. В возрасте 38 лет (ПП 7) насаждения тополя характеризуются баллом санитарного состояния равным 2,08 и показателем Ln – 70,1 %. Санитарное и жизненное состояния 47-летних тополевых защитных насаждений (ПП 2, 4, 6, 8 и 15) значительно ниже: средний балл санитарного состояния составляет 2,30, а показатель Ln – 64,0 %.

Закономерного влияния размещения посадочных мест при создании защитных полос на их санитарное состояние по данным табл. 2 не обнаруживается. Это, на наш взгляд, возможно связано с недостаточным объемом экспериментального материала.

В целом приведенные выше материалы свидетельствуют, что по санитарному состоянию защитные лесные полосы из березы, тополя и сосны характеризуется как ослабленные, из вяза – как сильно ослабленные и усыхающие, а из клена – как погибшие. Из всех использованных при создании защитных полос древесных пород наибольшую устойчивость демонстрирует береза, древостои которой в молодом возрасте по относительному жизненному состоянию оцениваются как здоровые.

В многорядных полосах при прочих равных условиях на жизнедеятельность деревьев оказывает влияние их пространственное размещение и густота стояния, которые обусловливают степень конкурентных взаимоотношений между ними. Об этом свидетельствуют данные о средневзвешенных категориях состояния деревьев, рассчитанные отдельно для каждого ряда защитной полосы. Такие данные на примере ПП 1 представлены на рис. 1. Анализ их свидетельствует, что наиболее высокие значения среднего балла санитарного состояния деревьев присущи центральным рядам защитной полосы (с 5 ряда по 10). Таким образом, деревья в этих рядах характеризуются худшим санитарным состоянием по сравнению с деревьями из крайних рядов. Такое положение вполне объяснимо: в центральных рядах деревья находятся в более жестких конкурентных взаимоотношениях за свет и элементы питания.

Следует отметить, что в этом отношении деревья крайних рядов полосы (1 и 13) находятся в более благоприятном положении. Однако их санитарное состояние не самое лучшее, по этому признаку они заметно уступают деревьям 2 и 11 ряда. На наш взгляд, это связано с тем, что деревья крайних рядов в большей степени подвержены негативным воздействиям со стороны автодороги (1 ряд) и открытых пространств (13 ряд), которые заметно ухудшают их санитарное состояние. Примерно такие же результаты получены по другим пробным площадям (ПП 8 и 12), заложенным в многорядных защитных полосах.

В настоящее время одной из важнейших задач лесной науки является поиск критериев и индикаторов устойчивости древесных растений. Эффективным количественным показателем напряженности внутривидовой конкуренции и устойчивости деревьев считается их относительная высота H/D [12]. Увеличение этого показателя у отставших в росте, угнетенных деревьев свидетельствует, что они, стремясь выйти в верхний полог, увеличивают прирост по высоте за счет уменьшения прироста по диаметру. Такой процесс признается ценотической адаптивной реакцией древесных растений [13]. Относительно малые значения H/D у деревьев высших рангов указывают на пропорциональность их роста по высоте и диаметру и устойчивость положения в древостое.

Для оценки внутривидовой конкуренции и ее влияния на санитарное состояние насаждений в многорядных защитных полосах отдельно для каждого ряда посадки и для древостоя в целом определены показатели H/D (табл. 3). Наглядно дифференциация этого показателя по рядам на примере ПП 1 показана на рис. 2.

Из данных табл. 3 видно, что наиболее высокой относительной высотой (94,8) характеризуется древостой берёзы на ПП 1, а наименьшей – тополевый на ПП 2 (74,8). Известно, что показатель H/D менее 80 указывает на высокую устойчивость деревьев, а пороговое значение между устойчивыми и неустойчивыми деревьями находится в интервале этого показателя от 90 до 100. Таким образом, древостой на ПП 2 можно считать устойчивым, а древостои ПП 1 и 12 находятся в пограничной зоне. Как отмечалось выше, все три рассматриваемые полосы имеют ослабленное санитарное состояние.

Данные табл. 3 и рис. 2 свидетельствуют о наличии устойчивой тенденции повышения значений H/D в центральных посадочных рядах, в которых, безусловно, выше напряженность конкурентных взаимоотношений между деревьями. В некоторых рядах защитных полос березы относительная высота деревьев превышает пороговое значение, что свидетельствует о потере ими устойчивости.

При сравнении данных рис. 1 и 2 обнаруживается достаточно высокая сопряженность между ними: за редким исключением ряды с худшими баллами санитарного состояния характеризуются и худшими показателями относительной высоты. Поэтому при оценке общего санитарного состояния насаждений защитных полос, их стабильности и назначении санитарно-оздоровительных мероприятий дополнительное определение показателя H/D обеспечит более надежные результаты.

Выводы

По результатам оценки санитарного состояния придорожных защитных полос в районе исследования, установлено, что насаждения большинства полос относятся к категории «ослабленные». Выявлено, что санитарное и жизненное состояния насаждений защитных полос в значительной степени зависят от видового состава, возраста данных насаждений и в значительной степени обусловлены их таксационными характеристиками.

В порядке ухудшения санитарного состояния исследуемые защитные полосы образуют следующий ряд: берёзовые (средняя категория состояния для 57-летних – 2,06; для 27-летных – 1,63; в целом для берёзовых – 1,85), тополёвые (средняя категория состояния для 47-летних – 2,30; для 38-летней – 2,08; в целом для тополёвых – 2,26), сосновая (2,42), вязовые (3,45) и клёновая (4,89). В таком же порядке располагаются защитные полосы разных пород по относительному жизненному состоянию (Ln). Среднее значение этого показателя для берёзовых полос составляет 78,4 %, для тополёвых – 65,0 %, сосновой – 61,4 %, вязовых – 43,4 % и для клёновой – 32,8 %.

Показатели санитарного и относительного жизненного состояния по результатам проведенных исследований, как правило, практически взаимосвязаны, различия находятся на границе классов оценки. По нашим данным берёзовые средневозрастные древостои в приспевающем возрасте более устойчивы, чем средневозрастные насаждения из хвойных и твердолиственных пород.

В многорядных полосах, при прочих равных условиях, на жизнедеятельность деревьев оказывает влияние их пространственное размещение и густота стояния, которые обусловливают степень напряженности конкурентных взаимоотношений между ними. Деревья в центральных рядах, находящиеся в более жестких конкурентных взаимоотношениях за свет и элементы питания, характеризуются худшим санитарным состоянием по сравнению с деревьями из крайних рядов. Наблюдается устойчивая тенденция повышения значений относительной высоты деревьев (H/D) в центральных посадочных рядах, поэтому при оценке общего санитарного состояния насаждений защитных полос, их стабильности и назначении санитарно-оздоровительных мероприятий определение показателя H/D обеспечит более надежные результаты.

Проведенная оценка санитарного состояния позволит разработать комплекс санитарно-оздоровительных мероприятий по реабилитации ПрЗЛП:

– выборочно-санитарную рубку в берёзовых, тополёвых и сосновой полосе;

– в насаждениях вяза и клёна необходимо провести реконструкцию, заменяя ряды деревьев на новые;

– замена погибших рядов кустарника, удаление нежелательной кустарниковой растительности;

– на всех участках необходимо провести очистку от захламленности и бытового мусора, который присутствует в полосах отвода автодорог [14].

Все вышеизложенные мероприятия должны проводиться по указанию и под непосредственным руководством специалиста-лесовода.