Самовозобновление сосны обыкновенной на отвалах угольной промышленности в лесостепной зоне Кузбасса

Отвалы угольной промышленности вследствие технологических, литологических и агрохимических особенностей обладают повышенной олиготрофностью и ксероморфизмом [2]. Специфика условий отвалов оказалась соответствующей биологическим требованиям сосны обыкновенной, применение которой стало одним из наиболее эффективных методов их озеленения [3]. Ранее проведенными исследованиями установлено, что формирование сосновых насаждений протекает в соответствии с естественными особенностями роста сосны обыкновенной: с благонадежным жизненным состоянием и высоким ходом роста, который до начала III класса возраста (до 40–45 лет) не снижается [3]. Большинство созданных насаждений вступили в генеративную стадию. Вместе с тем, ввиду малого возраста, биология сосновых насаждений на отвалах остается малоизученной, особенно по вопросам влияния на окружающее пространство и самовозобновления [4]. Напряженность фитогенных полей деревьев, различная в насаждениях с разной сомкнутостью крон, также может оказывать существенное влияние на процесс возобновления.

Цель работы . Изучение естественного возобновления сосны обыкновенной в искусственно созданных насаждениях II класса возраста на отвалах угольных месторождений в лесостепной зоне Кузнецкого угольного бассейна.

Материалы и методы. Исследования проводились на образованных при открытой добыче каменного угля отвалах вскрышных работ в 3 эколого-географических районах Кузнецкой котловины [5]: 1 – северный лесостепной – разрез Кедровский; 2 – центральный остепненный (степное ядро) – разрез Бачатский; 3 – южный лесостепной – разрез Бунгурский. Отвалы (далее – полигоны) сформированы транспортным способом (железнодорожные и автомобильные), спланированные, без нанесения потенциально плодородных пород или плодородного слоя почвы.

Объекты исследования : одновидовые насаждения сосны обыкновенной 25–28-летнего возраста, I–II классов бонитета, I категории общего жизненного состояния [6].

Горные породы, слагающие отвалы, представляют собой гетерогенную смесь песчаников, аргиллитов и алевролитов в различных пропорциях, с присутствием некоторой доли четвертичных отложений, углистых частиц и конгломератов. В структуре почвенного покрова, сформировавшегося под посадками сосны, преобладают эмбриоземы органо-аккумулятивные, локально – дерновые. Во фракционном составе верхнего слоя эмбриоземов (0–10 см) наибольшее значение имеет гравийная фракция (1–3 мм) – 33–52 %, содержание мелкозема (<1 мм) составляет 16–47 %, что в целом соответствует необходимому минимуму для закрепления семян растений, их последующего прорастания и сохранения сеянцев древесных видов (табл. 1).

Общая характеристика эмбриоземов

Таблица 1

Полигон	Повторность	Доля фракций (мм), %				рН вод	Содержание основных ЭМП
		< 1	1-3	3-10	> 10		N общ. , %	Р 2 О 5 , мг/кг	К 2 О, мг/кг
Кедровский	1	47	33	18	2	7,4	0,27	71	8,2
	2	19	35	38	9	7,7	0,23	76	3,8
	3	20	33	41	5	7,3	0,36	140	4,4
Бачатский	1	21	52	25	1	8,0	0,17	36	10,6
	2	20	47	24	8	7,7	0,48	66	20,8
	3	16	34	35	14	7,8	0,42	40	17,6
Бунгурский	1	18	33	36	13	6,9	0,61	100	3,6
	2	30	40	25	6	7,9	0,82	151	4,8
	3	27	46	27	0	7,5	0,2	106	10,6

Реакция почвенного раствора (pH) нейтральная или слабощелочная (6,9–8,0). Содержание общего азота высокое (0,2–0,82%), что, вероятно, связано с повышенным содержанием углистых частиц во вскрышной породе [7]. Содержание легкодоступных форм фосфора низкое (Кедровский, Бачатский) и среднее (Бунгурский), калия – очень низкое.

Работы проводились в плодоносящих древостоях с различной сомкнутостью крон, выделено 5 категорий пробных площадей – сомкнутые (0,8–0,9); средней сомкнутости (0,6–0,7); изреженные (0,4–0,5), рединные (0,2–0,3) и контроль – луговинный участок отвала, расположенный на расстоянии не менее 25 м от изучаемого древесного массива. Изучаемые насаждения выступают единственным источником семян сосны обыкновенной, так как на окружающих отвалы естественных ненарушенных территориях сосна не встречается [8].

Размер пробных площадей – 25×25 м. Изучение возобновления проводили методом учетных площадок А.В. Побединского [9]. На каждой учетной площадке определялось общее проективное покрытие (ОПП) травостоя и возобновления. По возрасту возобновление распределялось на всходы (1–2 года), самосев (3–5 лет) и подрост (старше 5 лет). Весь подрост по высоте делили на 3 группы: мелкий – до 50 см, средний – 51–150 см, крупный – более 151 см, на каждой площадке учитывалась средняя и максимальная высота. Жизненное состояние оценивалось по 3-балльной шкале Е.Г. Парамонова [10]. Равномерность размещения возобновления (T) определялась по соотношению количества учетных площадок с возобновлением к общему их количеству: при T > 0,65 размещение принималось как равномерное, при t ≤ 0,65 – неравномерное [11]. Оценка успешности возобновления проведена по шкале В.Г. Нестерова [12].

Результаты и обсуждение. В насаждениях с различной сомкнутостью крон, произрастающих на всех трех полигонах, возобновление оценивается как успешное – его количество составляет 17– 110 тыс. экз/га, равномерность размещения высокая – 71–100 %, что также подтверждается значением медианы, которая незначительно снижена по сравнению со средней (табл. 2).

Количественные характеристики возобновления сосны

Таблица 2

Сомкнутость крон	Встречаемость, %	Среднее, шт/м2	Медиана	± m	δ , %	V , %	Р , %	Min-max
Кедровский
0	20	0,3	0	0,1	0,6	231	32,6	0–3
0,8–0,9	84	2,7	2,5	0,3	2,2	81	11,4	0–10
0,6–0,7	80	3,6	2,5	0,6	4,3	120	17,0	0–21
0,4–0,5	100	8,2	8	0,9	6,3	77	10,9	2–28
0,2-0,3	92	2,5	2	0,3	1,8	73	10,3	0–8
Бачатский
0	5	0,1	0	0,1	0,3	490	73,8	0–2
0,8–0,9	82	7,6	6	1,1	7,6	100	15,0	0–25
0,6–0,7	100	11,0	9	1,3	8,4	77	11,5	1–29
0,4–0,5	100	9,2	8	0,6	3,9	51	7,7	1–15
0,2–0,3	84	5,0	4	1,0	7,3	147	20,9	0–31
Бунгурский
0	22	0,2	0	0,1	0,4	192	28,3	0–1
0,8–0,9	4	0,1	0	0,1	0,4	474	29,9	0–3
0,6–0,7	88	3,8	3	0,4	2,7	71	10,5	0–8
0,4–0,5	71	1,7	1	0,3	2,0	118	17,6	0–7
0,2–0,3	48	0,6	0	0,1	0,7	122	18,0	0–3

Максимальное количество подроста отмечается на полигоне Бачатский при сомкнутости 0,6– 0,7 – 11±1,3 экз/м2. Несколько меньшее количество подроста при сомкнутости 0,4–0,5 – 9,2± 0,6 экз/м2 и 80–90 % – 7,6±1,1 экз/м2. На Кедровском при сомкнутости 40–50 % количество подроста аналогичное – 8,2±0,9 экз/м2, однако при следующих градациях сомкнутости как в большую, так и в меньшую сторону количество подроста в 2,5–3 раза меньше. На Бунгурском максимальное количество подроста при сомкнутости 0,6–0,7 – 3,8±0,4 экз/м2, при 0,4–0,5% – в 2 раза меньше. При прочих градациях сомкнутости размещение неудовлетворительное, о чем свидетельствует высокий коэффициент вариации (118–474) при достаточно высокой точности наблюдений (10,5–29,9%). Таким образом, по сравнению с полигоном Бачатский наблюдается значительное сужение благоприятного диапазона сомкнутости для возобновления сосны: в большей степени это выражено на полигоне Бунгурский, в меньшей – на полигоне Кедровский. Это совпадает, в первую очередь, с увеличением общего уровня увлажнения районов расположения полигонов.

На всех участках, независимо от сомкнутости крон, отмечается достаточно высокая выров-ненность возобновления по возрасту: на полигоне Кедровский средний возраст подроста составил 6–7 лет (82% и более экземпляров), на Бачатском – 7–8 лет (78% и более), на Листвянском – 12–14 лет (76% и более). Максимальная доля всходов и самосева отмечена при сомкнутости 0,8–0,9 – 6– 14 и 12–15 % соответственно, при сомкнутости до 0,5 доля всходов не превышает 2 %, доля самосева составляет 5–10 % (рис. 1). При сомкнутости 0,4 и меньше всходы и самосев отсутствуют. Очевидно, это связано с развитием травянистого яруса, который совместно с густым подростом более старшего возраста препятствует дальнейшему возобновлению, в то время как высокая сомкнутость крон способствует сохранению всходов, но впоследствии, на стадии подроста, подавляет их развитие [13].

Рис. 1. Доля всходов и самосева в возрастной структуре возобновления (%) по градациям сомкнутости крон, %: 0 – 0; 1 – 0,2–0,3; 2 – 0,4–0,5; 3 – 0,6–0,7; 4 – 0,8–0,9

Высотная структура возобновления имеет тенденцию, обратную возрастной. В группах сомкнутости 0,4–0,9 подавляющее количество возобновления относится к мелкому – 93–100 %, выражена высокая выровненность по высоте. В группе сомкнутости 0,2–0,3 происходит дифференциация по группам высот, которая существенно различается в зависимости от возраста возобновления (рис. 2). Так, на Кедровском более половины подроста относится к мелкому – 58 %, на Бачатском выделяется группа среднего подроста – 46 %, на Бунгурском резко преобладает крупный подрост – 81 %.

Рис. 2. Высотная структура подроста в рединных насаждениях: 1 – мелкий подрост; 2 – средний; 3 – крупный

Средняя высота высокосомкнутых насаждений (0,8–0,9) составляет 6–12 см (рис. 3), различия ее значений в разных возрастных группах статистически недостоверны. Доля неблагонадежного подроста при данной сомкнутости на полигоне Бачатский незначительна – 2,6 %, на Кедровском и Бунгурском варьирует от 19–27 до 100 % (табл. 3).

Рис. 3. Средняя высота возобновления (см) по градациям сомкнутости крон, %: 0 – 0; 1 – 20–30; 2 – 40–50; 3 – 60–70; 4 – 80–90

В 7–8-летнем возрасте (Кедровский, Бачатский) различия высоты подроста в градациях сомкнутости 0,6–0,9 также не существенны, жизненное состояние подроста оценивается как сомнительное (72–95% экземпляров). Максимальная высота подроста достигается в рединных насаждениях (0,2–0,3) – 46–53 см – в 3,5 раза выше по сравнению с высотой при более высокой сомкнутости и сопоставима со значениями высоты подроста на контроле.

На полигоне Бунгурский существенное увеличение высоты отмечается уже при сомкнутости крон 0,6–0,7 – почти в 3 раза по сравнению с высотой при сомкнутости 0,8–0,9. К 12–14-летнему возрасту различия средних высот между градациями сомкнутости увеличиваются: до сомкнутости 0,6 отмечается увеличение в 2 раза при переходе от большей сомкнутости к меньшей, при сомкнутости 0,2–0,3 высота возрастает в 8,5 раза. Очевидно, слабое влияние древостоя на подрост при данной сомкнутости благоприятствует развитию подроста, но его регулятивная роль в отношении травостоя сохраняется. Максимальная высота подроста разных возрастов существенно различается: на полигоне Кедровский она составляет 100 см, на Бачатском – 155, на Бунгурском – 460 см, что свидетельствует о значительном увеличении хода роста в виргинильном возрасте. На прилегающих к насаждениям участках высота подроста к 12–14 годам в 3 раза ниже, чем в рединных насаждениях, открытые участки способствуют максимальному развитию травостоя с высоким проективным покрытием (90–100%), и подрост в течение более длительного времени реагирует на его влияние сниженным линейным приростом при сохранении благонадежного состояния.

Проективное покрытие и жизненное состояние возобновления

Таблица 3

Сомкнутость крон, %	ОПП травостоя, %	ОПП подроста, %	Категория состояния*
			1	2	3
Кедровский полигон
0	90	+	1,0	45,0	54,0
0,8-0,9	5	1	19,1	78,5	2,4
0,6-0,7	7	1	27,5	72,5	0,1
0,4-0,5	40	4	0,1	97,6	2,4
0,2-0,3	75	10	0,1	25,6	74,4
Бачатский полигон
0	100	+	0	0	100
0,8-0,9	+	3	2,6	93,2	4,2
0,6-0,7		5	0	95,0	5,0
0,4-0,5	5	25	0	84,4	15,6
0,2-0,3	40	20	0	56,5	43,5
Бунгурский полигон
0	90	+	4	10,4	85,6
0,8-0,9	+	+	100	0	0
0,6-0,7	+	+	20	80,0	0
0,4-0,5	5	2	4,2	87,2	8,5
0,2-0,3	70	35	0	28,6	71,4

Примечание: 1 – неблагонадежный; 2 – сомнительный; 3 – благонадежный.

Выводы

• 1.    Насаждения сосны обыкновенной, произрастающие на отвалах угольной промышленности лесостепной зоны Кузбасса, обладают высокой способностью к самовозобновлению.

• 2.    По мере повышения увлажнения происходит значительное сужение диапазона сомкнутости крон в насаждениях, благоприятного для возобновления.

• 3.    Максимально высокие встречаемость и количество возобновления отмечаются в изрежен-ных и среднесомкнутых насаждениях;

• 4.    Наиболее благоприятные условия для формирования подроста складываются в рединных насаждениях.

• 5.    На прилегающих свободных участках отвалов возобновление сосны неудовлетворительное и носит спорадический характер.