Диагностика жизненного состояния насаждений, представленных полезащитными лесными полосами на юге Средней Сибири

Введение . Мелиоративная эффективность и защитные свойства полезащитных лесных полос (ПЗЛП) зависят от жизненного состояния слагающих их древесных растений [1]. Диагностика жизненного состояния насаждений дает возможность определить степень соответствия того или иного древесного вида условиям среды.

Изучение опыта выращивания лесных полос и формирования их конструкций позволяет определить степень соответствия того или иного древесного вида условиям среды [2]. Вырастить полезащитные лесные полосы в степи с высокой эффективностью средорегулирующей роли – довольно трудоемкая задача, поэтому нужно подбирать такой ассортимент видов, которые были бы долговечными и характеризовались хорошим жизненным состоянием.

Соответствие условиям среды определяет долговечность древесных растений. В степных условиях этот факт становится особенно актуальным, так как защитные лесные насаждения постоянно испытывают отрицательное воздействие жестких условий [3].

Для определения долговечности видов изучают биологическую устойчивость древесных растений в ПЗЛП. Выводы о биологической устойчивости делаются на основе определения сохранности и приживаемости деревьев [4], а также на основе изучения жизненного состояния и лесоводственно-таксационных показателей насаждений [5]. Исследования, проведенные в Туве, показали, что сохранность растений в лесных полосах зависит от доступности для корней грунтовых вод, первоначальной густоты посадки, ширины лесополос, их конструктивных особенностей, а также от биотических и абиотических факторов [6]. Определение жизненного состояния деревьев, их биологической устойчивости является актуальной и малоизученной темой.

Цель исследования : определить степень соответствия древесных растений разного видового состава условиям среды и их жизненное состояние в ПЗЛП на юге Средней Сибири.

Задачи исследования : определить сохранность посадок; охарактеризовать жизненное состояние и устойчивость древесных растений разного видового состава в ПЗЛП.

Материалы и методы исследования. Исследование проводилось в 2020 г. в Минусинской котловине на двух объектах залежных земель, обустроенных в период эксплуатации пашни системами полезащитных лесных полос. 1-й объект находился в равнинной части Абаканской степи (ее сухостепной подзоны) в 1,5 км западнее с. Кирба Алтайского района Республики Хакасия [7]. Система ПЗЛП была создана как экспериментальный участок Сибирского научно-исследовательского института гидротехники и мелиорации (СибНИИГиМ) (г. Красноярск) в 1977 г. на площади 109 га под руководством В.К. Савостьянова. В момент создания система состояла из 11 чередующихся чистых по составу однорядных лесных полос следующих видов: Ulmus pumila L., Larix sibirica Ledeb., Betula pendula Roth, Populus balsamifera L. ПЗЛП ориентированы с северо-запада на юго-восток. Расстояние между древесными растениями в ряду равнялось 1–1,5 м. Протяженность ПЗЛП составляла 780 м. На момент обследования березовые ПЗЛП не сохранились.

2-й объект исследования находился в 7 км восточнее г. Минусинска Красноярского края. ПЗЛП расположены в холмисто-увалистой Минусинской лесостепи [7], они ориентированы с севера на юг. Рядом произрастали естественные насаждения из Pinus sylvestris L. Обследовались чистые по составу две ПЗЛП протяженностью 850 м. Тополевая ПЗЛП расположена на северном склоне с крутизной 2-5 ° . ПЗЛП состояла из 5 рядов, расстояние между рядами равнялось 3 м, между растениями в ряду – 1,5 м. С обеих сторон тополевой ПЗЛП находились залежные поля. Двухрядная сосновая ПЗЛП располагалась на вершине склона, расстояние между рядами составляло 2 м, между растениями в ряду – 1–1,5 м. Прилегающие поля использовались как сенокосные угодья.

В исследовании применялась общепринятая методика. Оценка жизненного состояния древесных пород проводилась визуально для 100 экземпляров по методике В.А. Алексеева [8]. Определялись следующие показатели: густота облиственности кроны (опадение или недоразвитость листьев); процентное соотношение мертвых или усыхающих и живых ветвей в верхней половине кроны; повреждение (объедание, скручивание, ожог, хлороз, некроз) листьев, хвои. В лиственничных и тополевых полосах на 1-м объекте деревья погибли в большом количестве, поэтому в учет взяты все сохранившиеся экземпляры. В вязовой ПЗЛП на 1-м объекте, сосновой и тополевой ПЗЛП на 2-м объекте обследование проведено согласно методике.

Индекс жизненного состояния деревьев рассчитывали по числу деревьев по следующей формуле:

_г 100 • n 1 + 70 • n 2 + 40 • n 3 + 5 ■ n 4

Ln ,

N где Ln – относительное жизненное состояние насаждения, рассчитанное по числу деревьев; n1 – число здоровых; n2 – ослабленных; n3 – сильно ослабленных; n4 –отмирающих деревьев на пробной площади; N – общее число деревьев (включая сухостой) на пробной площади. При показателе Ln, равном 80-100 %, жизненное состояние насаждения оценивали как «здоровое», при 50-79 - насаждение считали поврежденным (ослабленным), при 20–49 – сильно поврежденным (сильно ослабленным), при 19 % и ниже - полностью разрушенным. Обработку материалов проводили с использованием вариационной статистики. Определяли следующие статистические показатели: среднее арифметическое значение выборки, ошибку среднего арифметического значения выборки, коэффициент вариации.

Результаты исследования и их обсуждение . Климат в районе исследования резко континентальный. 1-й объект находился в умеренно теплом засушливом агроклиматическом районе. Лето здесь короткое и жаркое. Средняя температура июля составляла около 20 °С, средняя температура января – около 21 °С. Абсолютный максимум достигал +39 °С, минимум – минус 48-52 °С. Продолжительность безморозного периода равнялась 105-125 дням, с температурой выше 5 °С – 160 дням. Средняя годовая сумма осадков изменялась от 250 до 350 мм. В весенний период из-за недостатка осадков не создавался нужный запас влаги в почве, необходимый для начала вегетации растений [7].

2-й объект находился в недостаточно теплом, недостаточно увлаженном агроклиматическом районе. Средняя температура июля составляла около 18-19,5 °С, средняя температура января - около -20 °С. Абсолютный максимум достигал +37–39 °С, минимум – минус 45–54 °С. Продолжительность безморозного периода равнялась 84–138 дням, продолжительность с температурой выше 10 °С - 117-120 дням. Средняя годовая сумма осадков варьировала от 250 до 300 мм [7].

По результатам исследования была получена лесоводственно-таксационная характеристика и данные по распределению деревьев в ПЗЛП по категориям жизненного состояния (табл. 1, 2). На изученных объектах при наличии фиксировали усохшие ветви, а повреждения, вызванные недоразвитием, скручиванием, опадением листьев и хвои, а также хлорозом, ожогом, некрозом и объеданием их насекомыми не обнаружены. Сохранились отдельные участки тополевых полезащитных полос. Лиственничные ПЗЛП пройдены пожаром в 2013 г.

Таблица 1

ПЗЛП, порода	Число деревьев в лесополосе, шт.
	Сухостой	Усыхающие	Сильно поврежденные	Поврежденные	Здоровые	Всего
1	2	3	4	5	6	7
В сухостепной подзоне
ПЗЛП № 1, лиственница	0	1	0	17	55	73
ПЗЛП № 2, лиственница	2	1	7	65	31	106
ПЗЛП № 3, тополь	8	1	0	10	15	34

Окончание табл. 1

1	2	3	4	5	6	7
ПЗЛП № 4, вяз	5	37	45	10	3	100
В степной зоне
ПЗЛП № 5, тополь	2	4	0	6	88	100
ПЗЛП № 6, сосна	0	0	0	0	100	100

Рассчитано жизненное состояние насаждений, представленных ПЗЛП:

в степной зоне

в сухостепной подзоне

Распределение деревьев в ПЗЛП по категориям жизненного состояния

Таблица 2

ПЗЛП, порода	Высота ствола, м	Диаметр кроны, м	Диаметр ствола, см	Высота начала кроны, см	Численность, тыс. шт/га	Число стволов особи, шт.
В сухостепной подзоне
ПЗЛП № 1, лиственница	7,0±0,2	4,5±0,8	15,0±1,2	181,0±13,0	0,31	1
Коэффициент вариации, %	7	52	23	22
ПЗЛП № 2, лиственница	5,8±0,2	3,1±0,4	13,3±0,6	178,0±12,8	0,44	1
Коэффициент вариации, %	11	49	19	27
ПЗЛП № 3, тополь	8,0±0,3	3,7±0,7	13,0±1,6	36,0±6,0	0,11	2,5±0,5
Коэффициент вариации, %	10	48	30	41		48
ПЗЛП № 4, вяз	6,8±0,4	3,3±0,2	22,4±1,7	220,0±0,3	2,20	2,0±0,1
Коэффициент вариации, %	23	32	30	50		34
В степной зоне
ПЗЛП № 5, тополь	9,6±0,7	4,1±0,4	29,4±0,2	64,0±0,2	0,45	1
Коэффициент вариации, %	25	37	36	10
ПЗЛП № 6, сосна	19.5±0.2	2,8±0.1	21,7±1,0	593,0±0,3	3,30	1
Коэффициент вариации, %	5	15	17	24

Лесоводственно-таксационная характеристика деревьевв ПЗЛП и статистическая обработка данных

В сухостепной подзоне жизненное состояние деревьев в лиственничной ПЗЛП № 1 оценивали как здоровое; в ПЗЛП № 2 – как поврежденное; в вязовой ПЗЛП № 4 – как сильно поврежденное; небольшое количество древесных растений в тополевой ПЗЛП № 3 – как поврежденное. В степной зоне жизненное состояние деревьев тополевой ПЗЛП № 5 было намного лучше, чем жизненное состояние деревьев в сухостепной подзоне. Насаждение в степной зоне было здоровым. Сосновые насаждения также были здоровыми.

Как было сказано выше [4], кроме жизненного состояния для оценки биологической устойчивости необходимо знание данных по сохранности деревьев. В лиственничных полосах первоначально было высажено 2,2 тыс. шт/га саженцев, сохранность составила в ПЗЛП № 1 – 14,1 %, в ПЗЛП № 2 – 20 %. Это очень низкая сохранность (отмечены спилы деревьев 10-летней давности). Поэтому, несмотря на здоровое или поврежденное состояние деревьев, по причине больших просветов в рядах и низкой сохранности посадок эти ПЗЛП уже не могли в полном объеме выполнять функции защиты полей от неблагоприятных факторов.

Больше всех из исследуемых видов условиям среды не соответствовал тополь бальзамический, так как сохранность посадок имела очень низкое значение – 5 %. Можно констатировать, что тополевая ПЗЛП погибла. Проведенные исследования подтверждают ранее сделанный учеными вывод: в сухостепной зоне без полива или на участках с отсутствием близкого залегания грунтовых вод, тополь в посадках не устойчив, поэтому тополевые ПЗЛП в богарных условиях создавать не следует [6].

В сухостепной подзоне из трех видов в наихудшем жизненном состоянии находились особи вяза приземистого. Однако сохранность посадок была наилучшей, она составила 95 %. Вязовые ПЗЛП, несмотря на сильно поврежденное состояние на момент обследования, выполняли свои мелиоративные функции. Усыхание ветвей в кроне способствовало формированию ажурной конструкции насаждений.

В степной зоне сохранность тополя лучше, чем в сухостепной подзоне. В тополевой полосе было высажено 2,2 тыс. шт/га саженцев, сохранность составила 20,5 % – это очень низкая сохранность. Несмотря на то, что в ПЗЛП местами имелись просветы, но, благодаря хорошо развитой кроне 5 рядов первоначальной посадки, насаждение следовало отнести к действующим. Конструкция насаждения – продуваемая. Условия произрастания степной зоны также не совсем благоприятны для создания ПЗЛП из тополя бальзамического.

Наилучшими лесоводственными показателями по сравнению с другими видами характеризовалась сосна обыкновенная: самая максимальная высота, высокое очищение стволов от сучьев, что способствовало формированию хорошей продуваемой конструкции ПЗЛП, самая высокая густота стояния особей, что обеспечивалось 100 % сохранностью посадок и положительным образом влияло на средорегулирующую роль ПЗЛП. Вследствие того, что расстояние между рядами было узкое, крона деревьев сосны обыкновенной в середину ПЗЛП была недоразвита и имела флагообразную форму. Усыхающие на 10–25 % ветви находились в той части кроны, которая была обращена в середину ПЗЛП, а крона, обращенная наружу, была хорошо развита, и в ней отсутствовали сухие ветви. Повреждений хвои не обнаружено.

Выводы . В Абаканской степи по прошествии 43 лет с момента посадки неустойчивыми, а значит не соответствующими условиям среды, оказались посадки тополя бальзамического. В ПЗЛП, созданных из лиственницы сибирской, гибель растений произошла из-за прошедших пожаров и незаконных вырубок. Благодаря высокой сохранности, вяз приземистый следует отнести к устойчивым видам.

В Минусинской лесостепи наиболее биологически устойчивой и соответствующей условиям среды являлась сосна обыкновенная. Вяз приземистый в сухостепной подзоне и сосна обыкновенная в степной зоне – это лучшие древесные виды для использования в лесомелиоративном обустройстве сельскохозяйственных земель.

Диагностика жизненного состояния ПЗЛП и определение сохранности посадок дают возможность оценить соответствие древесных видов условиям среды. Исследования могут быть использованы при лесомелиоративном обустройстве сельскохозяйственных земель.