CC BY
36
ниторинга в заповедниках. - Пущино: 1990.-28 с
6. Проект организации и ведения лесопаркового хозяйства музея-усадьбы Л.Н. Толстого «Ясная Поляна» // Приложение. -М.: 1983. - С. 64-114.
7. Отчет Учебно-научного почвенно-экологического центра «Экопочва». - М.: 1996.
8. Суслова Е.В., Федорова Ю.К. Состояние лесов музея-усадьбы Л.Н. Толстого «Ясная Поляна» // Проблемы лесной фитопатологии и микологии. Тезисы докладов 4-й международной конференции. - М.: 1997. -С. 90-91.
9. Толстая С.А. Дневники. М.: 1983. - Издание Сабашниковых. 1928.
МЕМОРИАЛЬНЫЕ ЛЕСА МУЗЕЯ-ЗАПОВЕДНИКА Л.Н. ТОЛСТОГО «ЯСНАЯ ПОЛЯНА» НА РУБЕЖЕ XXI ВЕКА
Д.В. КАСИМОВ, В.Д. КАСИМОВ, Всероссийский НИИ лесоводства и механизации лесного хозяйства (ВНИИЛМ), г. Пушкино
Показано экологическое состояние лесов музея-заповедника на основе лесоустроительных данных (1960-1995 гг.) и результатов 30-летнего мониторинга на постоянных пробных площадях ВНИЛМа. Анализируются изменения лесного фонда в условиях промышленного загрязнения.
Государственный ордена Ленина природный и мемориальный заповедник -музей-усадьба Л.Н. Толстого «Ясная Поляна» является сокровищницей русской и мировой культуры. Пейзажи Ясной Поляны эмоционально влияли на писателя, они органически вплетались в ткань художественных произведений. Но великий писатель был еще и рачительным хозяином. К имеющимся лесам - естественным лесам Тульских засек -были проведены посадки березы, дуба и ели на выгонах, сенокосах, склонах и вершинах оврагов. К концу жизни он довел площадь лесов до 440 десятин. Уже в то время писатель высоко оценил водоохранное и почвозащитное значение лесов.
По данным В.В. Попова (1960), частновладельческие леса, находящиеся в имениях Л.Н. Толстого, А.В. Бобринского и П И. Левицкого, были передовыми хозяйствами того времени. В них к возрасту спелости выращи-вались дубравы с запасом 487-570 м древесины со средним приростом 5,1- 5,4 м3 на 1 га,
а хвойные насаждения к 50-60-летнему возрас-ту - с запасом 570—630 м' на 1 га.
После создания заповедника мемориальные леса к настоящему времени занимают площадь около 230 га в виде компактного массива. Еще при жизни Л.Н. Толстого сформировалась система хозяйственных участков, которая сохраняется и при современном лесоустройстве. В организационном плане территория музея-заповедника разделена на 37 участков, из них 28 участков составляют лесной фонд. Из 28 хозяйственных участков лесного фонда на 13 участках сохранились мемориальные насаждения - свидетели жизни Л.Н. Толстого, на остальных -проведены лесовосстановительные работы (культуру), либо возобновление леса произошло естественным путем.
Основная цель ведения хозяйства -сохранить мемориальные насаждения с учетом их породного состава, пространственной структуры и жизнеустойчивости. Это особенно важно в связи с предстоящим юбилеем - 100-летием со дня смерти Л.Н. Толстого (2010 г.).
История лесов музея-заповедника насчитывает почти полуторовековую давность Если в прошлом на рост и развитие лесных насаждений влияли климатические и биотические факторы, а также лесохозяйственная деятельность, то за последние десятилетия
существенным фактором стал техногенный стресс.
В начале 70-х гг. интенсивное развитие промышленной инфраструктуры Туль-ско-Щекинского региона серьезно обострило экологическую обстановку, что отрицательно сказалось на состоянии лесов. Особую опасность вызвал пуск в 1962 г. Щекин-ского химкомбината «Азот», находящегося в
2,5 км от заповедника, а также воздействие промышленных предприятий и ТЭЦ, расположенных в радиусе до 7,5 км. Кроме того, на уровень загрязнения влияют и автомобильные выбросы на шоссейных магистралях Москва-Симферополь и Тула-Щекино.
В начале 70-х гг. валовый объем промышленных выбросов, поступающих на территорию музея заповедника составил около 500 тыс. т/год, к началу 80-х - 250-300 тыс. т/год, к началу 90-х - 30 тыс. т/год (1, 2, 3). Около 60 % объема аэротехноген-ных выбросов составлял сернистый газ.
Валовые показатели промышленных выбросов снизились лишь после постановлений Совета Министров СССР от 1982 г. и 1986 г. по оздоровлению воздушного бассейна в музее- заповеднике.
В связи с длительным воздействием в течение трех десятилетий промышленных выбросов стало актуальным изучение динамики лесного фонда на этапе интенсивного развития промышленности и загрязнения природной среды региона после 1962-1965 г.г.
Для анализа основных изменений лесного фонда были использованы материалы лесоустройства 1960, 1972, 1983, 1990 и 1995 гг. Всего рассматривалось около 1200 выделов. Лесоустройство 1995 г. принято за базовое при определении поправочных коэффициентов для общей площади и запаса для ьго года лесоустройства.
Преобладающими породами заповедника являются береза, липа и дуб. Осина, ясень, клен, ольха черная, ива встречаются чаще всего в качестве примеси. Доля хвойных, которые представлены культурами ели, не превышает 5 % от покрытой лесом площади.
Насаждения музея-заповедника, в основном естественного происхождения; лишь
у березы и ели доля культур составляет 48,6 % и 100 % соответственно. Большая часть насаждений растет по 1а и 1 классам бонитета, что свидетельствует об их высокой продуктивности.
По степени участия древесных пород в составе принимается классификация по следующей градации: 8 ед. и > - доминирующая, 7-6 ед. - преобладающая, 5-4 ед. -сохранение позиций главной породы, < 3 -сопутствующая порода.
Площадь насаждений с участием дуба 8 ед. и более сократилась с 1960 по 1995 гг. почти в 10 раз. Такого резкого сокращения участия в составе не наблюдается ни у одной из остальных пород. В этих выделах дуб из доминирующей породы превратился в сопутствующую.
Доля площадей березовых насаждений с числом 8 ед. в составе и более несколько снизилась ( с 61,8 до 58,0 % ), но остается достаточно высокой.
Доля площадей липовых насаждений с доминированием липы была небольшой и уменьшилась с 6,4 до 2,5 %. Но в диапазоне 7-6 ед. в составе доля таких насаждений возросла с 65,7 до 76,7 %. Позиция липы более упрочилась, поскольку увеличилась площадь двухъярусных насаждений, в которых второй ярус практически образуется только за счет этой теневыносливой породы.
Достаточно показательной является динамика изменения полнот для основных лесообразующих пород.
Высокополнотных (1,0-0,8) дубовых насаждений, составляющих в 1960 г. 25,1 %, к 1995 г. не осталось совсем. В 2 раза увеличилась площадь среднеполнотных насаждений. Но что особенно важно - в 6 раз увеличилась площадь насаждений с полнотой менее 0,4. Средняя полнота дубовых насаждений в 1995 г. равна 0,52. Площадь высокополнотных березняков сократилась почти в 10 раз: с 50,3 % в 190 г. до 5,4 % в 1995 г. В то же время доля насаждений с полнотой 0,5-0,4 значительно возросла: с 1,1 % в 1960 г. до 37,2 % в 1995 г. Средняя полнота березняков - 0,55.
С 11,8 % в 1960 г. уменьшилась доля высокополнотных липняков - до 0,5 % в 1995 г. Но зато увеличилась доля средне-полнотных насаждений (с 78,8 % до 93,1 %). Средняя полнота липняков - 0,64.
Породно-возрастная структура лесного фонда оценивалась по группам возраста, которые устанавливались исходя из возраста естественной спелости и рекомендаций лесоустройства.
Анализ данных показал, что в возрастной структуре дуба по состоянию на 1995 г. преобладают средневозрастные насаждения, составляющие 51,6 % площади. Происходит накопление спелых и перестойных насаждений. В то же время отсутствуют молодняки естественного происхождения, а имеющиеся 3,2 % площади являются культурами.
Таким образом, возрастной спектр дуба является неполным.
Аналогичная ситуация наблюдается и с березовыми насаждениями. Молодняки 1 и 2 классов возраста отсутствуют. Площадь березняков остальных классов возраста почти равномерно распределена между 4 возрастными группами: средневозрастными, приспевающими, спелыми и перестойными.
Возрастной спектр липы представлен насаждениями всех групп возраста.
Среди лиственных пород имеется тенденция нарастания общего запаса в период 1960 - 1990 гг., за исключением дуба (падение общего запаса к 1972 г.). У ели произошло резкое падение общего запаса древесины в связи с гибелью и вырубкой в 1965-70 гг. средневозрастных насаждений. Постепенное увеличение запаса связано преимущественно с ростом молодняков (культур 1965-1975 гг.). Следует отметить понижение общего запаса за последний ревизионный период (1990-1995 гг.) у дубняков и березняков, что обусловлено понижением продуктивности средневозрастных и приспевающих древостоев за период с 1972 г. по 1995 г.
Для оценки достоверности изменений породно-возрастной структуры лесов ис-
пользовался критерий Колмогорова-Смирнова в варианте расчета по частотам (4). При применяемых методах таксации достаточен 95- % доверительный уровень.
Достоверность различий в породновозрастной структуре определялась путем попарного сравнения материалов лесоустройства 1960, 1972, 1983, 1990 и 1995 гг. Расчет критерия производился через максимальную величину абсолютной разницы между накопленными частотами.
Достоверность различия двух сравниваемых рядов для 5 ревизионных периодов показана на рис. 1.
Существенность различий в породновозрастной структуре доказана при сравнении данных лесоустройства 1972 и 1983 гг. (Х'>Х,табл.: 1,77 >1,36).
Для выяснения ведущего фактора в структурных изменениях лесного фонда использованы материалы мониторинговых наблюдений за жизнеспособностью лесных насаждений на постоянных пробных площадях (ВНИИЛМ и Институт лесоведения РАН) за период 1970-1998 гг.
С этой целью были выбраны в мемориальных насаждениях разного состава и возраста базовые стационарные пробные площади:
• дубово-ясенево-липовое насаждение 200-250 лет (участок «Чепыж»);
• дубовое насаждение 67 лет (участок «Источек»);
• березовое искусственное насаждение 125 лет (участок «Старая Абрамовская посадка»);
• березовое искусственное насаждение 50 лет (участок «Молодая Абрамовская посадка»);
• еловое искусственное насаждение 95-100 лет (участок «Елочки под Груман-том»);
еловое искусственное насаждение 30-35 лет (участок «Елочки за Чепыжом», реставрированные культуры вместо погибших в 1963 - 1965 гг.).
Величина критерия А.
2.0
1.5
1.0 -
0.5
табл.= 1,36
!----------Г----------1 |--
1960- 1972- 1983- 1990-
1972 1983 1990 1995
Сравниваемые периоды лесоустройства
Рис. 1. Значение критерия Колмогорова-Смирнова для сравниваемых периодов
Изучение степени нарушенное™ историко-природных лесных ландшафтов было проведено на основе постоянного мониторинга:
• за состоянием лесов, когда в качестве диагностического критерия реакции древостоев на техногенное загрязнение взяты доля живых деревьев (деревья 1, 2 и 3 категории состояния) и доля здоровых деревьев (деревья 1 категории состояния);
• за состоянием атмосферного воздуха на опорных пунктах Гидрометслужбы;
• за погодными условиями в течение периода наблюдений;
• за динамикой численности вредных насекомых и заболеваний.
В качестве показателя жизненного состояния древостоев приняты балльные оценки состояния по шкале «Санитарных правил» (1970,1992 гг.). Уровень техногенных нагрузок оценивался относительным показателем, который представляет
собой суммарное значение превышений максимально-разовых ПДК-лес для трех токсикантов (двуокись серы, аммиак, двуокись азота).
За период наблюдений были отмечены экстремальные погодные условия, связанные с дефицитом осадков и жаркой погодой, в 1972 г., 1979 г. и 1981 г., а также с холодной зимой 1978-79 гг. Грибные заболевания и вредители не носили характера очагового поражения, а были лишь сопутствующими факторами воздействия.
Лесорастительные свойства почв имели достаточную стабильность и сбалансированность элементов питания.
Для оценки достоверности техногенного воздействия и возраста (5) на объекты изучения проводился двухфакторный дисперсионный анализ (таблица).
Таблица
Влияние возраста и индекса техногенной нагрузки на санитарное состояние насаждений
Рфакт ЇЧабл
Береза
по фактору 1 (индекс нагрузки) 5,89 > 2,22
по фактору 2 (возраст) 1,06 < 249,0
за счет взаимодействия 1 и 2 1,14 < 2,22
факторов
Дуб
по фактору 1 (индекс нагрузки) 31,0 > 2,48
по фактору 2 ( возраст ) 1,10 < 246,0
за счет взаимодействия 1 и 2 2,77 > 2,48
факторов
Ель
по фактору 1 (индекс нагрузки) 27,68 > 2,47
по фактору 2 ( возраст ) 57,36 > 4,22
за счет взаимодействия 1 и 2 21,93 > 2,47
факторов
Из таблицы видно, что основным фактором, влияющим на санитарное состояние насаждений всех трех изучаемых пород, является техногенное воздействие. Влияние возраста доказано лишь для ели (Рфакт > Ртаб.1 : 57,36 > 4,22); в остальных случаях (за исключением березы) оно проявляется только во взаимодействии с техногенной нагрузкой.
На рис. 2, 3 показана зависимость числа деревьев 1-3 категории состояния от величины индекса нагрузки для двух дубовых насаждений 67 и 200-250 лет за период 1979-98 гг. Индекс нагрузки (И„) рассчитан (6) по трем основным загрязнителям (БОг, ИНз, N02) по формуле
И„=|/*£[с, ПДК-л,.],
/ ,-=1
где Им - индекс нагрузки; к - количество изучаемых.
15.2 13.4 10.4 6.0 7.7 2.8 3.1 3.1 3.4 4.4 Индекс
нагрузки
1979- 1981- 1983- 1985- 1987- 1989- 1991- 1993- 1995- 1997-
!9Ц(> 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998
Рис. 2. Зависимость доли деревьев 1-3 категории состояния от величины индекса нагрузки (И„)
Число деревьев 1-3 категории, %
100“
90 -
80 -
70 -
60 -
50 -
40 -
30 -
20 -
10 -
Участок «Чсныж» (луб 200-250.1ет>
0
ЕЗ
□
15.2 13.4
1979- 1981-
I980 1982
10.4 6.0
1983- 1985-1984 1986
□ -__|И^ | 7.7 2.8
1987- 1989-
1988 1990
' О...... -о
_1------------г-
3.1 3.1
1991- 1993-1992 1994
т ~т~
3.4 4.4
1995- 1997-1996 1998
Индекс
нагрузки
Рис. 3. Зависимость доли деревьев 1-3 категории состояния от величины индекса нагрузки (И„)
Условные обозначения: ц - доля деревьев 1-3 категории, О -доля деревьев 1 категории, ^ теоретическая кривая.
Для аппроксимации эмпирических данных была выбрана кривая четвертой группы сложности вида:
У = {ехр(1пА + Ве1' х)}[0 соз0,5х - Е зш0,5х],
где У - доля деревьев 1-3 категории состояния; А, В, С, Д, Е - коэффициенты уравнения; х - индекс нагрузки.
Коэффициенты подбирались методом последовательных улучшений.
Наибольшие значения индекса загрязнения наблюдаются в период 1979-80 гг. и 1981-82 гг. (за счет ЫНз и N02, в меньшей степени за счет 80?). когда доля деревьев 1-3 категории в насаждениях дуба 67 и 200-250
лет составляет всего лишь 41-43 % и 24—30 % соответственно.
Некоторое возрастание индекса нагрузки за последний период (1997-98 гг.) связано с превышением максимально-разо-вых концентраций ПДК-л по N02 в 11,25-12 раз. Практически нет превышений максимально-разовых ПДК по двуокиси серы, а по аммиаку они составляли - 1,4-2 раза.
Заключение. Анализ динамики лесного фонда и результатов мониторинговых наблюдений за состоянием природной среды и мемориальных насаждений музея-заповедника «Ясная Поляна» позволяет сделать следующие выводы.
Двухфакторный дисперсионный анализ по оценке влияния промышленных выбросов и возраста лесных насаждений на их
состояние показал достоверность влияния техногенного воздействия для изучаемых пород (ель, дуб, береза); по фактору «возраст» достоверно воздействие только для ели; за счет взаимодействия двух факторов (промышленные эмиссии и возраст) достоверно воздействие для дуба и ели.
Динамика воздействия промышленных эмиссий за последние 20 лет на дубовые насаждения показана на моделях, базирующихся на установлении связи индекса нагрузки по 3 основным загрязнителям (80г, ИНз, ЫОг) с долей живых, а также здоровых деревьев.
Зависимость экологического состояния лесов от суммарного загрязнения проявилась в наибольшей степени при индексе нагрузки, превышающем 13-15-кратное
суммарное превышение максимально-
разовых ПДК-л для трех токсикантов (период 1979-82 гг.).
Установленная зависимость «доза-эффект» коррелирует с критерием Колмогорова-Смирнова при определении существенности различий в породно-
возрастной структуре данных лесоустройства 1972 и 1983 гг. и объясняет причину этих изменений. Наибольшее влияние техногенный стресс оказал на еловые насаждения 3-4 классов возраста, которые погибли в течение 1965-1970 гг., а сохранившиеся участки в виде узких полос постепенно деградировали. Начиная с 1967 г. отмечено общее ухудшение состояния лиственных пород и в первую очередь дуба, ясеня обыкновенного, и, в меньшей степени, березы и липы.
Проблему сохранения мемориально-сти насаждений музея-заповедника следует решать с учетом нанесенного ущерба устойчивости лесным экосистемам: сокращения длительности жизни древесных пород и повышенного отпада, изменения микроклимата (в первую очередь освещенности), снижения конкурентной способности дуба по сравнению с липой, кленом остролистным и ильмом и тенденции к смене пород.
Улучшение состояния насаждений возможно с помощью лесоводственных приемов:
• в насаждениях, достигших возраста естественной спелости, применением методов реконструкции (рубки обновления, подпологовые культуры, уход за подростом и др.);
• в более молодых насаждениях -выборочными санитарными рубками и рубками ухода с сохранением оптимального количества деревьев на единицу площади и лесной среды.
Актуальной задачей остается и сокращение объема промышленных эмиссий, поскольку некоторая стабилизация состояния достигнута в весьма ослабленных насаждениях, не имеющих надежного гомеостатического контроля.
Литература
1. Ежегодник состояния загрязнения воздуха и выбросов вредных веществ в атмосферу городов и промышленных центров Советского Союза (Российской Федерации) 1981-1991 гг. - Л.: РТП ГГО, 1982-1992.
2. Обзор состояния загрязнения атмосферного воздуха на территории УГКС ЦЧО за 1986 г. - Курск: 1987. - 170 с.
3. Ежегодник состояния загрязнения атмосферы на территории деятельности УГМС ЦЧО за 1993 г. - Курск: 1993. - № 1. - С. 17-22.
4., Методические рекомендации по анализу динамики лесного фонда. - Хабаровск; Дальниилх, 1986. - 40 с.
5. Зайцев Г.Н. Математическая статистика в экспериментальной ботанике.-М.: Наука, 1984,- 424 с.
6. Воробейчик Е.Л., Садыков О.Ф., Фа-рафонтов М.Г. Экологическое нормирование техногенных загрязнений наземных экосистем (локальный уровень). - Екатеринбург: УИФ «Наука», 1994.- 280 с.
