CC BY
59
11
Научный журнал КубГАУ, №104(10), 2014 года
УДК 630*272:631.442.1
БИОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ПРОДУКТИВНОСТЬ ЛЕСОПАРКОВЫХ НАСАЖДЕНИЙ НА РАКУШЕЧНИКАХ ВОСТОЧНОГО ПРИАЗОВЬЯ
Максименко Анатолий Петрович доктор с.-х наук, профессор
Дзябко Евгений Петрович кандидат с.-х наук, доцент
Максимцов Денис Витальевич кандидат с.-х. наук, ассистент
Кубанский государственный аграрный университет, Краснодар, Россия
Ключевые слова: ЛАНДШАФТ, БИОМАССА, ЛЕСОПАРКОВЫЕ НАСАЖДЕНИЯ, БИОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ, ПЕСЧАНО-РАКУШЕЧНЫЕ ПОЧВЫ
UDC 630*272:631.442.1
BIO-ENERGETIC PRODUCTIVITY OF FOREST-PARK PLANTATIONS ON SHELL ROCKS OF THE EASTERN FOOTHILLS OF AZOV
Maksimenko Anatoly Petrovich Dr.Sci.Agr., professor
Dzyabko Eugeny Petrovich Cand.Agr.Sci.
Maksimtsov Denis Vitalyvich
Cand.Agr.Sci. assistant
Kuban State Agrarian University, Krasnodar,
Russia
In the article we present data of researches on bio productivity of forest plantations on sand-shell rock soils
Keywords: LANDSCAPE, BIOMASS, FOREST-PARK PLANTATIONS, BIO ENERGETIC, RESOURCES, SAND-SHELL ROCK SOILS
Приведены данные исследований по биопродуктивности тридцатипятилетних лесопарковых насаждений на песчано-ракушечных почвах
Надежным показателем успешности выращивания лесопарковых насаждений является их биомасса. Биомасса растений находится в прямой зависимости от вида древесных и кустарниковых пород. Данные таблицы 1 свидетельствуют, что биомасса Тополя пирамидального составляет 190,5 кг, Березы повислой - 24,5 кг, Вяза мелколистного, Сосны крымской. Ивы белой, Акации белой находится в пределах 45,7-55,5 кг, у остальных пород она меньше (8,9-43,8 кг).
Наибольшая масса растений приходится на ствол и ветки (64,1-93,3%), а на долю листьев (хвои) приходится: Сосна крымская - 33,9%, Айлант - 25,6%. Остальные породы имеют показатель в диапазоне от 3,2 до 9,9%. Значительный процент (6,7-7,6) сухих ветвей отмечен у Айланта, Шелковицы. В более благоприятных условиях местопроизрастания отмечается тенденция уменьшения на 1 - 24% биомассы ствола и ветвей и увеличения биомассы листьев.
Таблица 1 - Биомасса 35-летних лесных насаждений на различных песчано-ракушечных почвах (биомасса в сыром виде)
Порода Биомасса
модели, кг/%
ствола ветвей листьев сухих ветвей всего насаждения, т/га
Участок № - слаборазвитые песчано-ракушечные почвы
Тополь пирамидальный 2066 62,0 13±0,4 18,6±0,3 128,9/67,7 47,0/24,7 12,4/6,5 2,2/1,1 190,5/10,0 393,6
Вяз мелколистный 2014 60,5 5,7±0,3 10,1±0,4 21,3/44,8 19,3/40,5 6,7/4,1 0,3/0,6 47,6/100,0 95,9
Сосна крымская 1667 50,0 4,7±0,2 9,8±0,4 19,8/43,3 9,5/20,8 15,5/33,9 0,9/2,0 45,7/100,0 76,2
Береза повислая 400 12,0 5,1±0,2 6,9±0,3 14,7/60,0 8,8/35,9 0,8/3,3 0,2/0,8 24,5/100,0 9,8
Ясень зеленый 1950 58,5 2,3±0,1 2,8±0,1 5,0/56,2 1,7/19,1 1,6/18,0 0,6/6,7 8,9/100,0 17,4
Айлант высочайший 500 15,0 27±0,1 2,8±0,1 7,4/59,7 3,9/31,5 0,4/3,2 0,7/5,6 12,4/100,0 6,2
Шелковица белая 1567 47,0 4,2±0,2 6,3±0,3 11,0/32,8 19,1/57,0 1,1/3,3 2,3/6,9 33,5/100,0 52,5
Участок №2 - гумус-карбонатные почвы
Береза повислая 1731 52,0 12,1±0,4 14,0±0,6 64,0/53,3 46,1/38,4 9,2/7,6 0,8/0,7 120,1/100,0 207,8
Ива белая 556 16,7 7,0±0,3 12,4±0,5 37,9/68,3 13,9/25,0 1,9/3,4 1,8/3,3 55,5/100,0 30,9
Клен остролистный 2690 80,8 4,0±0,1 7,5±0,3 11,4/59,7 50,0/26,2 1,9/9,9 0,8/4,2 19,1/100,0 51,4
Акация белая 1006 30,2 8,4±0,2 10,1±0,1 27,7/46,5 22,7/38,0 4,7/7,9 4,5/7,6 59,6/100,0 60,0
Вяз мелколистный 942 28,3 6,8±0,2 13,8±0,5 22,1/44,3 20,2/40,5 7,1/14,2 0,5/1,0 49,9/100,0 47,0
Айлант высочайший 1265 38,0 4,7±0,2 9,5±0,3 12,7/30,6 17,7/42,6 10,6/25,6 0,5/1,2 41,5/100,0 52,5
http://ej.kubagro.ru/2014/10/pdf/144.pdf
11
Научный журнал КубГАУ, №104(10), 2014 года
На слабогумусированном ракушечнике культуры Тополя пирамидального имеют общую биомассу 394 т/га, культуры Вяза, Сосны, Шелковицы соответственно в 4,1; 5,2; 7,5 раз меньше, у других пород - 6,2 - 17,4 т/га. На гумусированном ракушечнике показатель биомассы значительно выше. Наиболее высокий у Березы повислой - 207,8 т/га, у остальных в диапазоне - 14,1-60,0 т/га. Биомасса кустарников (табл. 2) незначительна и не превышает 28,8 кг на один модельный экземпляр (Облепиха крушиновая). На долю ветвей приходится 48,4-86,9% от общей биомассы. В сравнении с древесными породами отмечается увеличение массы листьев, которая составляет 5,5-19,4%. Общая биомасса кустарниковых насаждений незначительна - 9,1-71,8 т/га.
Тридцатипятилетние кустарниковые насаждения имеют большое количество отмерших ветвей, особенно у Шиповника, Смородины, Свидины, Тамарикса, Аморфы - 20,0-56,8%.
Таким образом, изучение биомассы тридцатипятилетних лесонасаждений показало, что с улучшением лесорастительных условий общая биомасса возрастает, что предопределяет накопление оседающего органического вещества в почвенном покрове и повышение плодородия почвенного горизонта за счет увеличения количества гумуса в верхних почвенных горизонтах.
Приведенные в таблицах 1 и 2 данные о биомассе модельных деревьев и насаждения в целом имеют очень важное экологическое и геохимическое значение, так как наряду с биогенной аккумуляцией в ландшафте протекают противоположные ей процессы разрушения органических веществ, перехода химических элементов из органических соединений в минеральные, сопровождающиеся выделением энергии.
Таблица 2 - Основные биометрические показатели 35-летних культур из кустарников на различных песчано-ракушечных почвах (биомасса в сыром виде)
Порода Биомасса
модели, кг/%
ствола ветвей листьев сухих ветвей всего насаждения, т/га
Слабогумусированные песчано-ракушечные почвы
Шиповник коричный 1199 36,0 1,7±0,06 4,0±0,16 4,8/0,16 1,8/23,7 0,7/9,2 0,3/3,9 7,6/100,0 9,1
Тамарикс четырехтычинков ый 2771 83,2 3,5±0,15 5,3±0,21 4,7/32,2 0,8/5,5 0,8/55 8,3/56,8 14,6/100,0 41,5
Свидина кроваво-красная 2730 90,9 1,8±0,03 2,0±0,04 4,9/55,1 1,6/18,0 0,6/6,7 1,8/20,2 8,9/100,0 24,3
Спирея калинолистная 3320 99,8 2,0±0,08 1,8±0,03 5,0/61,7 1,4/17,3 0,5/6,2 1,2/14,8 8,1/100,0 26,9
Аморфа кустарниковая 2331 70,0 2,0±0,07 1,5±0,04 4,9/59,0 1,7/20,5 0,6/7,2 1,1/13,3 8,3/100,0 19,3
Гумус-карбонатные почвы
Смородина золотистая 2344 70,4 1,9±0,08 1,6±0,06 3,8/40,9 0,7/7,5 0,6/6,5 4,2/45,1 9,3/100,0 21,8
Сирень обыкновенная 1998 60,0 1,6±0,06 1,3±0,04 5,4/52,9 2,8/27,5 1,6/15,7 0,4/3,9 10,2/100,0 20,4
Спирея калинолистная 3213 96,5 1,75±0,07 1,6±0,06 8,6/67,8 1,4/11,0 1,5/114,8 1,2/9,4 12,7/100,0 40,8
Птелия трехлистная 2857 85,8 2,2±0,10 5,0±0,19 3,2/53,3 1,0/16,7 1,0/16,7 0,8/13,3 6,0/100,0 17,1
Шиповник коричный 2830 85,0 2,6±0,12 2,7±0,12 5,1/51,6 1,3/13,1 1,3/13,1 2,2/22,2 9,9/100,0 28,0
Аморфа кустарниковая 839 25,0 3,7±0,15 7,0±0,6 9,3/51,1 4,0/22,0 1,0/5,5 3,9/21,4 18,2/100,0 15,3
Свидина кроваво-красная 2238 67,2 2,5±0,10 4,9±0,2 10,0/43,3 4,3/18,6 1,4/6,1 7,4/32,0 23,1/100,0 51,7
Тамарикс четырехтычинков ый 2374 71,3 4,0±0,16 6,3±0,25 8,5/59,0 1,2/8,3 1,2/8,3 3,5/24,4 14,4/100,0 34,2
Облепиха крушиновая 2494 74,9 2,9±0,12 6,0±0,24 8,3/28,8 13,1/35,5 5,6/19,4 1,8/6,3 28,8/100,0 71,8
Совокупность процессов размножения органических веществ, в ходе которых химические элементы высвобождаются из состава сложных, богатых энергией органических соединений, и снова образуют более простые и более бедные энергией минеральные соединения (CO2, H2O, CaCO3, Na2SO4
http://ej.kubagro.ru/2014/10/pdf/144.pdf
11
Научный журнал КубГАУ, №104(10), 2014 года
и т.д.), носит название минерализации органических веществ. В результате минерализации часть энергии выделяется в виде тепла, в связи, с чем температура разлагающихся органических веществ повышается. Другая часть энергии выделяется в форме, способной совершать химическую работу. Носителями этой работоспособной энергии являются преимущественно природные воды, которые обогащаясь такими продуктами минерализации, как CO2, органическими кислотами и др., приобретают высокую активность и выполняют в ландшафте большую химическую работу (растворение, гидролиз и т.д.). Таким образом, процессы минерализации обогащают ландшафт свободной энергией, делают его неравновесной системой [1]. Хотя ландшафт и является неравновесной системой, богатой свободной энергией, он может сохранять неизменный свой облик в течение длительного времени. Это объясняется стационарностью процессов. Ландшафт - это стационарная система, устойчивость которой связана с тем, что она непрерывно получает свободную энергию из среды в количестве, компенсирующем ее снижение в системе. Поэтому биогенный ландшафт -это саморегулирующаяся и саморазвивающаяся неравновесная, но стационарная система. И чем выше энергетический потенциал, тем устойчивее система[2].
Поэтому следующей задачей, которую мы решали в своих исследованиях, это определение биоэнергетических ресурсов мелиорированных ландшафтов косы Долгой, которые накопились в разных насаждениях за 35 лет на слаборазвитых и гумус- карбонатных почвах (табл. 3, 4).
Таблица 3 - Биомасса и заключенная в ней энергия в 35-ти летних культурах и насаждениях на слабогумусированных песчано-ракушечных почвах
Порода Биомасса Энергетика (млн.)
модели, кг / % модели насаждения
ствола ветвей листьев сухих ветвей всего насаждения, т/га ккал кДж ккал кДж
Участок 1 -слаборазвитые песчано-ракушечные почвы
Тополь пирамидальный 128,9/0,387 47,0/0,141 12,4/0,037 2,2/0,007 190,5/0,587 393,6/1,181 0,587 2,47 1,181 4,960
Вяз мелколистный 21,3/0,06 19,3/0,06 6,7/0,02 0,3/0,001 47,6/0,143 95,9/287,7 0,143 0,60 288,7 1,197
Сосна крымская 19,8/0,06 9,5/0,03 15,5/0,05 0,9/0,003 45,7/0,14 76,2/228,6 0,140 0,59 228,6 0,960
Береза повислая 14,7/0,04 8,8/0,02 0,8/0,002 0,2/0,0006 24,5/0,07 9,8/29,4 0,07 0,29 29,4 123,5
Ясень зеленый 5,0/0,02 1,7/0,005 1,6/0,004 0,6/0,002 8,9/0,03 17,4/52,2 0,03 0,13 52,2 219,2
Айлант высочайший 7,4/0,02 3,9/0,01 0,4/0,001 0,7/0,002 12,4/0,04 6,2/18,6 0,04 0,17 18,6 78,1
Шелковица белая 11,0/0,03 19,1/0,06 1,1/0,003 2,3/0,007 33,5/0,1 52,5/157,5 0,1 0,42 157,5 661,5
Шиповник коричный 4,8/0,01 1,8/0,005 0,7/0,002 0,3/0,0009 7,6/0,008 9,1/27,3 0,008 0,03 27,3 144,6
Тамарикс четырехтычинковый 4,7/0,01 0,8/0,002 0,8/0,002 8,3/0,02 14,6/0,04 41,5/24,5 0,04 0,17 124,5 522,9
Свидина кроваво-красная 4,9/0,01 1,6/0,005 0,6/0,002 1,8/0,005 8,9/0,03 24,3/72,9 0,03 0,13 72,9 306,2
Спирея калинолистная 5,0/0,02 1,4/0,004 0,5/0,001 1,2/0,004 8,1/0,02 26,9/80,7 0,02 0,08 80,7 338,9
Аморфа кустарниковая 4,9/0,02 1,7/0,005 0,6/0,002 1,1/0,003 8,3/0,02 19,3/57,9 0,02 0,08 57,9 243,2
Общая биомасса и энергетика насаждений 772,7 1139,5 3604,2
Количество депонированного углерода 386
Таблица 4 - Биомасса и заключенная в ней энергия в 35-ти летних культурах и насаждениях на гумус-карбонатных песчано-ракушечных почвах
Порода Биомасса Энергетика (млн.)
модели, кг/% модели насаждения
ствола ветвей листьев сухих ветвей всего насаждения, т/га ккал кДж ккал кДж
http://ej.kubagro.ru/2014/10/pdf/144.pdf
11
Научный журнал КубГАУ, №104(10), 2014 года
Участок 2 - гумус-карбонатные почвы
Береза повилая 64,0/0,192 46,1/0,138 9,2/0,028 0,8/0,002 120,1/0,36 207,8/623,4 0,360 1,510 623,4 2618
Ива белая 37,9/0,113 13,9/0,041 1,9/0,006 1,8/0,005 55,5/0,166 30,9/92,7 0,166 0,70 92,7 389,3
Клен остролистный 11,4/0,034 50,0/0,150 1,9/0,006 0,8/0,002 19,1/0,057 51,4/154,2 0,057 0,24 154,2 647,6
Акация белая 27,7/0,083 22,7/0,068 4,7/0,014 4,5/0,013 59,6/0,178 60,0/180,0 0,178 0,75 180,0 756,0
Вяз мелколистный 22,1/0,066 21,2/0,064 7,1/0,021 0,5/0,001 49,9/0,150 47,0/141,0 0,150 0,63 141,9 592,2
Айлант высочайший 12,7/0,038 17,7/0,053 11,6/0,035 0,5/0,001 41,5/0,124 52,5/157,5 0,124 0,52 157,5 661,5
Смородина золотистая 3,8/0,011 0,7/0,002 0,6/0,002 4,2/0,013 9,3/0,028 21,8/65,4 0,028 0,12 65,4 274,7
Сирень обыкновенная 5,4/0,016 2,8/0,08 1,6/0,005 0,4/0,001 10,2/0,031 20,4/61,2 0,031 0,15 61,2 257,0
Спирея калинолистная 8,6/0,026 1,4/0,004 1,5/0,004 1,2/0,003 12,7/0,038 40,8/122,4 0,038 0,16 122,4 514,4
Птелия трехлистная 3,2/0,009 1,0/0,003 1,0/0,003 0,8/0,002 6,0/0,018 17,1/51,3 0,018 0,07 51,3 215,5
Шиповник коричный 5,1/0,078 1,3/0,004 1,3/0,004 2,2/0,007 9,9/0,029 28,0/84,0 0,029 0,12 84,0 352,8
Аморфа кустарниковая 9,3/0,028 4,0/0,012 1,0/0,003 3,9/0,012 18,2/0,055 15,3/45,9 0,055 0,23 45,9 192,8
Свидина крававокрасная 11,0/0,033 4,3/0,013 1,4/0,004 7,4/0,022 23,1/0,069 51,7/155,1 0,069 0,29 155,1 651,4
Тамарикс четырехтычинковый 8,5/0,025 1,2/0,004 1,2/0,004 3,5/0,011 14,4/0,043 34,2/102,6 0,043 0,18 102,6 430,9
Облепиха крушиновая 8,3/0,025 13,1/0,04 5,6/0,017 1,8/0,005 28,8/0,086 71,8/215,4 0,086 0,36 215,4 903,0
Общая биомасса и энергетика насаждений 750,7 2252 9458
Биомасса кустарников 266,9 8007 3360
Количество депанированного углерода 375
Таблица 5 - Размеры биомассы трав в 35-ти летних насаждениях Должанского стационара на гумус- карбонатных
песчано-ракушечных почвах (ц/га)
надземная 3,2 38 31 30 62 65 26 68 47 45 43
подземная 7,8 51 не опр. 45 не опр. 83 40 80 не опр. 66 64
общая 11,0 89 75 148 66 148 111 107
Значительное увеличение общей биомассы и, особенно, корней травянистой растительности, способствовало увеличению запасов органического вещества почв в биогеогоризонте Р (А+АВ). За 35 лет существования стационара под пологом леса среднее количество гумуса возросло в 2-3 раза по сравнению с исходным 1975 годом, а энергия, аккумулированная в нем, в настоящее время составляет 1362-2238 млн. кДж на 1 га.
Общая биомасса насаждения на слаборазвитых песчано-ракушечных почвах возросла в 6, а на гумус- карбонатных - более чем в 4 раза. Надземная же часть сильватизированного ландшафта увеличила свою массу в 113-240 раз. Многократное увеличение биопродуктивности в лесном хозяйстве на основе мелиорации и введения продуктивных биологически совершенных систем использования почв внесет значительный вклад в сохранение биосферы будущих поколений человека.
Таким образом, созданные насаждения коренным образом преобразовали песчано-ракушечные ландшафты засушливой степи, создав лесную обстановку в сотни раз увеличив биоэнергетические ресурсы и связав огромное количество диоксида углерода.
Мониторинг этих насаждений позволит оптимизировать все восточное побережье Азовского моря.
Процессы фотосинтеза, связывания углекислоты, водорода денитрификации, десульфирования, дыхания, окисления и возврата через углекислоты в атмосферу, свойственные почвенно-растительным сообществам, определяют
http://ej.kubagro.ru/2014/10/pdf/144.pdf
11
Научный журнал КубГАУ, №104(10), 2014 года
как малые локальные циклы, так и сложившиеся глобальные химические соотношения в земной атмосфере. С колебаниями концентрации парниковых газов и, в первую очередь диоксида углерода, связаны изменения климата.
До недавнего времени потоки углерода в системе атмосферно-биосферных связей беспрепятственно регулировались растительным покровом, но техногенная деятельность человека, рубка лесов, сжигание в прогрессирующих масштабах углеводородного топлива, лесные пожары, аридизация и опустынивание суши, загрязнение биосферы чуждыми химическими соединениями, эрозия почв ослабили механизмы регулирования потоков углерода в биосфере и размеры секвестра атмосферного СО2биотой. Поэтому экологическая роль лесов приобрела высокий общественный рейтинг.
Повсеместное восстановление и создание новых лесов, травянистых лугов, обогащение почв гумусом и повышение их биопродуктивности может обеспечить оптимизацию режима и содержания СО2в атмосфере и предотвратить губительные изменения климата Земли.
Наиболее важным резервуаром для стока углерода из атмосферы, несомненно, служит океан, который поглощает около 50% поступающего в атмосферу диоксида углерода, где он присутствует в форме различных органических и неорганических соединений.
Рыхлые ракушечниковые отложения прибрежной полосы Восточного Приазовья являются результатом морской трансгрессии, в свое время вывели из атмосферы прошлого огромное количество углекислоты. Попав в зону окисления, эти породы продуцируют огромные массы СО2, которые не могут быть связаны изреженной, фрагментарной естественной растительностью и, в условиях резкого преобладания испарения над осадками вырываются в атмосферу. Поэтому формирование участков депонирования углерода - одна из наиболее острых проблем охраны окружающей среды Восточного Приазовья. Созданные здесь лесные экосистемы обладают наибольшим потенциалом фиксации СО2. Причем почвы, как и следовало ожидать, являются одним из главных резервуаров в ландшафте для углерода на континенте. В слаборазвитых почвах депонируется 412, а гумус- карбонатных - 667 ц/га СО2.
Многолетняя практика лесоразведения показывает, что искусственные лесные насаждения без специального ухода могут эволюционировать в зональные типы естественных растительных ассоциаций. Приморский дюнный ландшафт со своеобразной флорой, представленной Cakilemaritime, Elymusarenarisv. sabulosus, Eringiummatitimum, Tourne-fortiasidirica, продуцировал 11 ц/га органической массы, из которой на надземную часть приходилось всего лишь 3,2 ц/га. В настоящее время, в результате 35-ти летнего воздействия лесных культур, масса трав увеличилась более чем в 5 раз и составляет 60 ц/га, в том числе надземная масса достигает 14,0 ц/га.
Следовательно, по количеству продуцируемой травянистой фитомассы молодые слаборазвитые
песчано-ракушечные почвы сильватизированных территорий приближаются к зональным почвам сухих степей (каштановым, тяжелосуглинистым).
Под пологом лесных культур и на образовавшихся прогалинах и гумус- карбонатных почвах энергично развивается травяной компонент биогеоценоза, значительно увеличивая внутреннюю емкость биологического круговорота в ландшафте, ускоряя его эволюцию и развитие почвообразовательного процесса. Кроме этого травяной полог участвует в перехвате веществ, поступающих с аэральным переносом. Размеры биомассы, травянистой растительности сильно варьируют в зависимости от состава насаждений, его полноты и микрорельефа.
Повсеместное восстановление и создание новых лесов, травянистых лугов, обогащение почв гумусом и повышение их биопродуктивности может обеспечить оптимизацию режима и содержание СО2 в атмосфере и предотвратить губительные изменения климата Земли.
ЛИТЕРАТУРА
http://ej.kubagro.ru/2014/10/pdf/144.pdf
11
Научный журнал КубГАУ, №104(10), 2014 года
1. Колесниченко, М.В. Лесомелиорация с основами лесоводства: учебник/ М.В. Колесниченко.- М.: Колос, 1981.- 334 с.
2. Барышман, Ф.С. Лесоразведение в комплексе мер защиты почв от эрозии: учебное пособие/ Ф.С. Барышман.- Краснодар: КубСХИ, часть 1, 1983.-112 с.
LITERATURA
1. Kolesnichenko, M.V. Lesomelioracija s osnovami lesovodstva: uchebnik/ M.V. Kolesnichenko.- M.: Kolos, 1981.- 334 s.
2. Baryshman, F.S. Lesorazvedenie v komplekse mer zashhity pochv ot jerozii: uchebnoe posobie/ F.S. Baryshman.- Krasnodar: KubSHI, chast' 1, 1983.-112 s.
http://ej.kubagro.ru/2014/10/pdf/144.pdf
