Современное состояние полезащитных лесных полос с преобладанием дуба черешчатого (Quercus robur L.) в Каменной степи

Сауткина, М. Ю. Современное состояние полезащитных лесных полос с преобладанием дуба черешчатого (Quercus robur L.) в Каменной Степи [Электронный ресурс] / М. Ю. Сауткина, Н. Ф. Кузнецова, В. Д. Тунякин // Лесохоз. информ. : электрон. сетевой журн. – 2018. – № 1. – С. 78–89. URL:

Э кологическая ситуация в ЦентральноЧерноземном регионе (ЦЧР) в последние годы ухудшилась: снизился уровень грунтовых вод и возросло число засух. Кроме того, происходит деградация ландшафтов лесостепного экотопа, что проявляется в смене зональной лесостепной растительности на степную и гибели лесов на значительных территориях [1–5]. В сдерживании этих процессов и улучшении микроклиматической ситуации позитивную роль играют целенаправленные режимы ведения лесного хозяйства на локальных территориях [6–8]. В нашей стране таким модельным объектом является Каменная Степь. Научные исследования в Каменной Степи начал проводить В. В. Докучаев. В 1892 г. им была организована «Особая экспедиция по испытанию и учету различных способов и приемов лесного и водного хозяйства в степях России». Цель экспедиции заключалась «в улучшении естественных условий земледелия с упорядочением водного хозяйства в степной полосе России посредством разного рода облесительных и обводнительных работ» [9]. В настоящее время Каменная Степь – наиболее методически отточенная часть крупномасштабного эксперимента по борьбе с засухой, в создании которого участвовали несколько поколений лучших ученых нашей страны и аналогов которому до сих пор в мире не существует (рис. 1). Этот стационар уже 125 лет служит научно-экспериментальной базой становления и развития агролесомелиорации в условиях Центрального Черноземья [9].

Каменная Степь расположена в юго-восточной части ЦЧР. В орогидрографическом отношении территория представляет собой равнину водоразделов рек Чиглы (впадает в Битюг) и Елани (бассейн Хопра) и находится в переходной части от Калачской возвышенности к Окско-Донской низменной равнине, что и определяет общий уклон местности в северном направлении. Рельеф местности и его ярусное строение обусловливают мезо- и микроклиматические различия лесорастительных условий и являются немаловажным фактором при агролесомелиоративном обустройстве сельскохозяйственных земель [10].

Расположение Каменной Степи в юго-восточной части Центрального Черноземья обусловило формирование типичного степного климата с умеренно холодной зимой и преимущественно жарким летом. Летом отмечаются продолжительные периоды с суховеями и отсутствием осадков. Среднегодовое количество осадков – 420–440 мм [11, 12].

Лесорастительные условия Среднерусской лесостепи, на территории которой находится Каменная Степь, благоприятны для произрастания дуба черешчатого. Климаторегулирующая функция данной породы (полезащитная, проти-воэрозионная, регуляция снегонакопления, поверхностного стока, испарение влаги и др.) в настоящее время выходит на первое место по значимости. Это обусловлено тем, что дубравы часто произрастают на подверженных эрозии склонах балок и оврагов, по пойменным террасам и берегам рек [13, 14].

Дуб черешчатый – проблемная порода для лесокультурного производства из-за периодичности его плодоношения, трудностей с получением качественного посадочного материала и низкой сохранности сеянцев и растений в ювенильный период развития. Однако при соблюдении технологии выращивания и ухода за культурами дуба преимущества данной породы становятся очевидными. Многочисленные исследования показывают, что на ювенильном отрезке онтогене-

Рис. 1. Современные агроландшафты Каменной Степи

за лучшая сохранность дуба обеспечивается, когда молодые растения находятся в «шубе» сопутствующих пород, но при хорошо освещенной верхней части кроны. В качестве сопутствующих пород, как правило, используют виды ясеня, липы, клен остролистный и др.

Дуб черешчатый является засухоустойчивой породой и способен переносить очень сильные и длительные засухи. Так, в Каменной Степи данная порода нормально перенесла самую сильную и продолжительную в истории метеонаблюдений засуху 2010 г. Ее последствия проявились в 2011 г.: отмечено усыхание деревьев всех пород на разных участках рельефа, но прежде всего – на пониженных. Здесь доля сухих деревьев изменялась от 5,5 до 20,6 %, а на плакоре – от 2,5 до 13,2 % [15]. Это связано с тем, что на пониженных участках рельефа деревья имеют поверхностную корневую систему, вследствие чего на них в первую очередь сказывается длительное отсутствие осадков и резкое снижение уровня грунтовых вод (в 4 раза) [4]. Реакция пород на данную засуху была разной. В отличие от березы, массовой гибели дуба в лесных полосах не произошло.

Многие полезащитные лесонасаждения Каменной Степи с участием дуба черешчатого являются эталоном разведения леса в степи. Лесополосы с преобладанием дуба занимают 38 % общей площади лесных насаждений [16]. По данным А. Г. Ахтямова [17], в 2004 г. в составе лесополос Каменной Степи доля дуба черешча-того составляла 61,5 %, клена остролистного – 22 %, ясеня обыкновенного – 7,4 %, ильмовых – 2,9 %, остальных древесных пород – 6,2 %. Дуб является основой долговечных, эффективно действующих защитных лесных полос. Высокие, с мощной кроной деревья имеют большую экологическую емкость, поддерживают оптимальные параметры ветропроницаемости, способствуют созданию благоприятного микроклимата на полях. Дуб выполняет важные противоэрозион-ные, аккумулятивные, водорегулирующие и рекреационные функции. Немаловажным фактором является и эстетическая значимость таких лесополос.

Многолетние научные исследования в Каменной Степи обеспечили создание устойчивых и долговечных лесных полос, а также выявили их положительную роль и степень влияния на микроклимат, динамику снегонакопления, водный и пищевой режимы почвы в лесных насаждениях и на прилегающих к ним территориях, а также на повышение биопродуктивности полей [18, 19]. Так, под защитой лесных полос относительная влажность воздуха летом увеличивается на 4–8 %, а непродуктивный расход влаги с поверхности почвы уменьшается на 15–25 %. Зимой возрастает снегонакопление внутри лесных полос, что способствует дополнительному увлажнению почвы прилегающих полей при оттаивании в среднем на 47 мм [19]. Например, при таянии снежных сугробов вблизи лесных полос в почву поступало до 213 т/га воды [20]. Установлено, что улучшение микроклимата и эдафических условий на полях под влиянием лесных полос способствует повышению урожайности сельскохозяйственных культур. Так, прибавка урожая зерновых составляет 16–23 %, подсолнечника – 13–23 %, сахарной свеклы – 7–12 %, силосных культур – 6–10 % [21].

Сложные изначально и ухудшающиеся в последние годы климатические условия Каменной Степи, а также многолетнее отсутствие лесовод-ственных уходов ведут к снижению биологической устойчивости древесных пород, возобновительной способности и агроэкологической эффективности защитных лесных насаждений.

Цель исследования – селекционная инвентаризация лесных полос с участием дуба череш-чатого, эколого-генетическое изучение его форм, произрастающих в контрастных условиях мезорельефа Каменной Степи, оценка их жизненного состояния и анализ биометрических показателей.

Результаты исследования и их обсуждение. При инвентаризации в июне 2017 г. нами обследовано 23 полезащитные лесополосы Каменной Степи с преобладанием дуба черешчато-го. Эти лесополосы были созданы с 1892 по 1960е гг. Несмотря на то что в регионе за это время произошло несколько сильных засух (1911, 1921,

1933–1937, 1946 и самые сильные – 1972 и 2010 гг.), сохранность дуба в составе лесных полос оставалась высокой. Визуальная оценка жизненного состояния дуба проведена по фенотипу и степени поврежденности деревьев вредителями и болезнями.

Анализ показал, что состояние обследованных лесных полос в целом можно охарактеризовать как удовлетворительное. Для более углубленных селекционных и эколого-генетических исследований отобрана полезащитная лесная полоса № 133, созданная академиком Е. С. Павловским в 1950 г., которая характеризуется контрастными лесорастительными условиями.

Данная лесополоса расположена в направлении с запада на восток, на водораздельном участке в трех типах местности: плакорном, междуречном недренированном и склоновом. Способ создания культур – коридорно-гнездовой. Почвы на момент закладки – обыкновенный чернозем, который переходит к востоку в слабо- и средне-смытый чернозем склонов. В лесополосе № 133 выделены 3 участка – литеры а , б и в .

Литер а имеет длину 1 350 м, площадь – 5,0 га; располагается в плакорном типе местности. Число деревьев дуба черешчатого при посеве и ясеня пенсильванского, или пушистого ( Fraxinus pennsylvanica ), при посадке составляло 7 980 шт./га, березы повислой ( Betula pendula ) – 1 260 шт./га. Дуб высевали гнездовым способом с последующим вводом сопутствующих и быстрорастущих пород по методу Т. Д. Лысенко. К 1962 г. сохранность гнезд составляла 95 %, среднее количество растений в гнезде – 9 шт. [22, 23]. Средняя высота дуба в насаждении – 3,6 м, диаметр – 2,9 см. Однорядная северная опушка представлена алычой, однорядная южная – иргой.

Согласно данным таксации 2002 г., эта часть полосы представляет собой одноярусное насаждение I класса бонитета и имеет следующий состав: 5Дч4Б1Яп (табл. 1). К 2017 г. береза, достигнув перестойного возраста, выпала из насаждения.

Литер б имеет длину 680 м, площадь – 2,9 га; располагается в плакорном и междуречном недренированном типе местности. Общее

Рис. 2 . 67-летняя лесная полоса № 133 с преобладанием дуба черешчатого (фото 2017 г.)

число стволов древесных пород составляло 3 000 шт./га при посеве дуба и посадке сопутствующих пород. Здесь также осуществлялся гнездовой посев дуба, но с последующим вводом в широкие междурядья акации желтой. К 1962 г. сохранность дуба составляла 100 % при среднем количестве в гнезде – 12 шт. Средняя высота растений дуба в гнездах – 3,8 м. При таксации 2002 г. [15] насаждение отнесено к Iа классу бонитета и имело состав 9Дч1Яп (см. табл. 1).

Литер в имеет длину 670 м, площадь 2,7 га; располагается на склоне. Здесь дуб черешчатый высевали гнездовым способом по методу Т. Д. Лысенко с последующим вводом сопутствующих и быстрорастущих пород. Общее число стволов древесных пород на 1 га составляло 7 400 шт. Из-за введения в состав насаждения такой быстрорастущей породы, как береза повислая, дуб на ранних этапах развития испытывал угнетающее действие с ее стороны в виде затенения. Согласно таксации 2002 г. [15], данный литер представляет собой двухъярусное насаждение III класса бонитета, имеет состав 4Кло3Б2Дч1В. В настоящее время береза выпала из состава насаждения.

Создание лесной полосы с размещением гнезд дуба в коридорах сопутствующих пород вначале оправдало себя. Боковое отенение положительно сказывалось на росте дуба в высоту. Согласно данным Е. С. Павловского, по мере форми-

Таблица 1. Таксационные показатели насаждений лесной полосы № 133 Каменной Степи в 2002 г. [15]

1s с;	Площадь, га		Состав насаждения	Число стволов, шт./га	Полнота		Запас, м3/га		Класс бонитета	Доля сухих деревьев, %
	лесной полосы	древостоя			Относительная	Площадь сечения, м2/га	Стволовой древесины	Средний прирост
а	5,0	4,1	5Дч4Б1Яп	608	1,2	30,0	301	5,8	I	0,5
б	2,9	2,1	9Дч1Яп	469	0,9	27,5	290	5,6	Iа	0,6
в	2,7	2,1	4Кло3Б2Дч1В	616	0,4	12,1	105	2,0	III	0,3

Примечание: Дч – дуб черешчатый; Яп – ясень пенсильванский (пушистый); Б – береза повислая; Кло – клен остролистный; В – вяз.

Таблица 3. Статистические показатели биометрических измерений дуба черешчатого

Статистический показатель Тип местности плакорный склоновый d, см h, м d, см h, м Среднее 50,33 21,35 29,75 17,65 Стандартная ошибка 1,942 0,262 1,752 0,705 Медиана 48,5 21 30,5 17,1 Мода 46,0 21,0 30,0 14,3 Стандартное отклонение 8,685 1,171 7,833 3,154 Дисперсия выборки 75,428 1,371 61,355 9,948 Эксцесс -0,441 0,328 -0,053 -0,944 Ассиметричность 0,308 0,184 -0,053 0,002 Интервал 34 5 32 11,2 Минимум 35 19 14 11,5 Максимум 69 24 46 22,7 Коэффициент вариации,% 17,26 5,48 26,33 17,87 рования лесополосы влияние сопутствующих и быстрорастущих древесных пород на дуб менялось. Дубки в гнездах постепенно утончались, становились этиолированными. Однако при проведении своевременных рубок ухода эти явления становились менее заметными. Если же с мероприятиями по уходу запаздывали, то угнетенное состояние дубков в гнездах становилось более очевидным. Таким образом, на ювенильном этапе формирования лесной полосы требуется боковое отенение гнездовых дубков. В последующие годы для их осветления необходимо осуществлять разреживание или удаление деревьев быстрорастущих пород, которые проводятся с регулярностью 2–3 года после первого разреживания [23]. Инвентаризация лесных полос в 2017 г. показала, что на данный момент береза как быстрорастущая сопутствующая порода в большинстве дубовых полос Каменной Степи или отсутствует, или представлена в виде сухостоя.

Литеры лесополосы № 133 располагаются на водораздельном участке в контрастных лесорастительных условиях. В литерах а и б отобрано 20 деревьев дуба, жизненное состояние которых

Таблица 2. Биометрические характеристики модельных деревьев дуба черешчатого в лесной полосе № 133 Каменной Степи

Тип местности	Литер участка лесополосы	Средний диаметр, см	Средняя высота, м
Плакорный	а	50,3	21,4
	б
Склоновый	в	29,8	17,6

соответствует I категории (без признаков ослабления и снижения жизнеспособности) [24, 25]. Почвы представлены черноземом обыкновенным. Деревья произрастают на южной опушке, крона однобокая, флагообразная. Кора гладкая, повреждений нет, болезнями и лишайниками не поражена. Листья крупные. У части деревьев выявлены начальные признаки поражения листьев мучнистой росой, частичное повреждение пяденицей-обдира-ло ( Erannis defoliaria ) и дубовым блошаком ( Haltica saliceti ). Диаметр отобранных деревьев – 35–69 см (d_ср = 50,3 см), высота – 19–23 м (h_ср = 21,4 м) (табл. 2).

В расположенном на склоне литере в условия произрастания дуба существенно отличаются от условий в литерах а и б . Почвы – слабо- и средне-смытые черноземы склонов. Дуб находится в угнетенном состоянии. Деревья характеризуются ослабленным жизненным состоянием (II категория) и сильно ослабленным (IIIa категория). В этом литере отобрано 20 деревьев с южной стороны лесополосы. Крона флагообразная, ажурная. Стволы некоторых деревьев кривые, раздвоенные. Отмечено усыхание нижних ветвей, имеются водяные побеги и сухобочины под корой. Листья дуба поражены мучнистой росой, а также повреждены дубовым блошаком и пяденицей-обди-рало. Некоторые деревья имеют листья со сниженным тургором. Диаметр отобранных деревьев – 14–46 см (d_ср = 29,8 см), высота – 11–22 м (h_ср=17,6 м) (см. табл. 2).

Статистическая обработка биометрических данных проводилась с помощью пакета Microsoft Excel 2010 и включала получение оценок непараметрических показателей (минимума, максиму-

ма и медианы) и параметрических показателей (среднего арифметического, стандартного отклонения, эксцесса и ассиметрии) (табл. 3).

Оценка достоверности различий между выборками проводилась с помощью двухвыборочного t-теста с различными дисперсиями.

Диапазон изменчивости диаметра деревьев, произрастающих на плакоре, составляет 35–69 см при среднем значении признака – 50,3 см и медиане – 48,5 см. Диаметр деревьев на склоновом типе местности варьируется также в широких пределах – 14–46 см, при среднем значении – 29,7 см и медиане – 30,5 см. Различия между средними значениями признака составляют 20,6 см и являются статистически достоверными. Аналогичные результаты получены при анализе высот деревьев по группам. Так, высота деревьев в литерах а и б варьируется в пределах 19–24 м (среднее значение – 21,3 м, медиана – 21 м), а у деревьев литеры в – от 11,5 до 22,7 м (среднее значение – 17,6 м, медиана – 17,1 м). Среднее значение признака деревьев, произрастающих на плакоре, статистически достоверно (на 3,7 м) превышает его значение у деревьев, произрастающих на склоне.

Значительные различия между группами модельных деревьев, произрастающими на пла-

коре и склоне, наблюдаются и при анализе моды рассматриваемых величин. Так, мода высоты деревьев на плакоре равна 21 м, а на склоне – 14,3 м, мода диаметров – 46 и 30 см соответственно.

Выводы. В настоящее время Каменная Степь представляет собой устойчивый лесокультурный агроландшафт, пример положительного антропогенного преобразования степи [16, 18, 26]. Он соответствует двум требованиям: 1) наличие фундаментальной теоретической идеи, разработанной В. В. Докучаевым и реализованной в жизнь несколькими поколениями российских ученых; 2) полученный и ожидаемый в перспективе экономический эффект.

В результате обследования 23 лесных полезащитных противоэрозионных полос Каменной Степи с преобладанием дуба черешчатого (разного возраста, различных схем смешения древесных пород, пространственного расположения и лесорастительных условий) установлено, что их жизненное состояние удовлетворительное. Это свидетельствует о перспективности использования данной породы в полезащитном лесоразведении.

На основе исследований лесополосы № 133 сделан вывод о том, что биометрические показатели деревьев дуба зависят от условий местопро-

израстания – мезорельефа лесостепной зоны, а также от состава, смешения и густоты главной и сопутствующих древесных пород на лесокультурной площади. На плакоре дуб находится в более благоприятных лесорастительных условиях и превосходит по диаметру и высоте деревья, произрастающие на склоне. Так, средний диаметр деревьев, произрастающих на плакоре, составляет 50,3 см, а высота – 21,35 м, биометрические параметры деревьев дуба на склоне ниже – 29,7 см и 17,6 м соответственно.

Таким образом, при создании долговечных полезащитных лесных насаждений следует учитывать лесорастительные условия и биологию культивируемых древесных пород. В ходе формирования насаждений необходимо проводить ле-соводственные уходы с целью удаления из их состава быстрорастущих пород (береза повислая, клен ясенелистный), подавляющих рост самосева дуба черешчатого, что полностью исключает возможность естественного возобновления данной породы.