CC BY
13
УДК 574.4 Е.В. Глухова1
РАЗВИТИЕ ПОСАДОК СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ НА ПЕСЧАНЫХ МАССИВАХ ТЕРСКОГО БЕРЕГА БЕЛОГО МОРЯ2
Представлены результаты исследования разновозрастных насаждений сосны на песчаных массивах Терского берега Белого моря. Показана эффективность использования сосны обыкновенной, колосняка песчаного для фитомелиорации в северных регионах. Изучена динамика роста сосны обыкновенной на бугристых песках Терского берега в качестве показателя эффективности фитомелиорации на деградированных землях. Исследована структура формирующихся сообществ и морфометрических показателей роста сосны в посадках разного возраста. Проанализирована динамика основных морфометрических параметров сосны обыкновенной (высота деревьев, диаметр ствола на высоте 1,3 м и у шейки корня, их ежегодный прирост, возраст хвои и др.) в зависимости от возраста посадок. Оценивались роль структуры насаждений в динамике этих показателей и изменения в видовом составе формирующихся насаждений. Отмечен лучший рост сосны при ее произрастании в группах по сравнению с одиночными деревьями.
Ключевые слова: деградация земель, Терское побережье Белого моря, песчаные массивы, посадки сосны, фитомелиорация.
Введение. Деградация земель — процесс, охватывающий практически все освоенные территории и обусловливающий опустынивание. Этот наиболее распространенный процесс деградации земель традиционно связывают с аридными условиями, однако он наблюдается и на побережьях северных морей. Пример таких процессов — опустынивание территории на южном побережье Кольского п-ова. Деградированные земли расположены в устьевой части р. Варзуга (Терский берег Белого моря) на расстоянии до 10 км от ее впадения в море. Пески тянутся с востока на запад, соединяя с. Кузомень с с. Варзуга. Протяженность песков с востока на запад составляет 8 км, а с юга на север — 1—1,6 км. Территория Кузоменских песков входит в состав гослесфонда Варзугского лесничества Терского лесхоза. Песчаные массивы на этой территории образовались в результате действия комплекса неблагоприятных природных факторов, таких, как легкий механический состав грунтов, сильные ветры, низкие значения температуры, нерациональное использование земель — вырубка леса, пожары, перевыпас скота и т.п.
Одним из наиболее эффективных методов борьбы с процессом деградации земель является фито-мелиорация. На побережье Белого моря для этой цели обычно проводят посадки сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) и колосняка песчаного (Le-ymus arenarius (L.) Höchst.) [6].
Цель исследований — изучение динамики роста сосны обыкновенной на бугристых песках Тер-
ского берега в качестве показателя эффективности фитомелиорации на деградированных землях.
Объект и методы исследований. Климат района исследований можно охарактеризовать как умеренно континентальный с умеренно-холодной снежной зимой, коротким прохладным и влажным летом, затяжными влажными и прохладными периодами весны и осени. Средняя годовая температура воздуха составляет —0,5°С. Абсолютный максимум температуры здесь отмечен в июле (+27°С), в зимний период наблюдается минимум в январе (—41°С). Продолжительность вегетационного периода со среднесуточной температурой воздуха выше +5°С составляет 115 дней.
На результаты восстановления насаждений сильно влияют ветровые нагрузки [12]. Ветры в районе исследования наблюдаются постоянно. В течение года здесь преобладают ветры юго-западного и юго-восточного направлений: с апреля по август господствуют юго-восточные ветры, в холодное время года (сентябрь—март) — юго-западные. Средняя годовая скорость ветра 5—6 м/с, максимальная скорость ветра 15—20 м/с (в порывах 30—40 м/с) наблюдается весной и осенью. Величина суммарной солнечной радиации для исследуемой территории составляет 75 тыс. ккал/год/см2 горизонтальной поверхности.
Особое значение для роста растений имеет влажность климата [5]. Общее количество осадков составляет 400 мм в год, при этом их минимум наблюдается в марте (24—29 мм), а максимум — в августе (62—75 мм) [7]. Средняя многолетняя го-
1 Кафедра рационального природопользования, аспирантка, e-mail: [email protected]
2 Исследования поддержаны российско-норвежской программой "Международное и междисциплинарное научное сотрудничество в области социальных и естественным наук на севере России и в Норвегии для взаимного блага" (BENEFITS, проект OST 185023/S50).
довая величина относительной влажности воздуха составляет 83%.
В районе исследований отмечаются такие формы рельефа, как бугры, литоральные пляжи, древние и современные береговые валы, аккумулятивные террасы, образованные морскими волнами. Для Терского берега наиболее характерным образованием является береговая надводная аккумулятивная терраса высотой 3—4 м над уровнем прилива. Она определяет аккумулятивный характер побережья на большем его протяжении. В районе устья р. Варзуга существуют небольшие участки абразионного берега. Значительные приливы обусловливают образование преимущественно песчаных отложений [8]. Причиной образования обнаженных участков песков изначально служили вихревые потоки воздуха, образующиеся на границе двух сред — моря и суши. Под действием ветра происходит перенос песка и образование бугров [7].
Площадь деградированных земель в устье р. Вар-зуга составляет более 2,2 тыс. га. На всей площади полностью погибла древесная растительность, к 20-м гг. прошлого века в результате перемещения песков в устье реки изменился ее гидрологический режим. Песок, поступающий в русло реки, приво-
дил к формированию таких форм рельефа, как косы, отмели и пойменные террасы. В некоторых районах подвижные пески наступали на поселки, так, например, в районе с. Кузомень песок засыпал окрестные огороды и крайние строения, началось разрушение земель на кладбищах.
В начале 80-х гг. прошлого столетия Полярно-альпийским ботаническим садом-институтом КНЦ РАН и Терским лесхозом был реализован проект по закреплению берега р. Варзуга, в основу которого легли лесомелиоративные работы. В качестве лесообразующей культуры были выбраны сосна обыкновенная (Pinus sylvestris) и колосняк песчаный (Leymus arenarius), последний обеспечивает высокую приживаемость растений. В течение 15 лет (1985—2000) было засажено более 60 га саженцами сосны, которые хорошо прижились и к 15—20-летнему возрасту сформировали сосновый древостой.
Изучение структуры формирующихся сообществ и морфометрических показателей роста сосны в посадках разного возраста (от 5 до 20 лет) (таблица) проводилось в 2004—2007 гг. на 4 пробных площадях размером 20 х 20 м на расстоянии более 10 км от побережья Белого моря. Все пробные площади
Некоторые фитоценотические характеристики исследованных сообществ
Годы посадки Виды ПП, % (сомкнутость для древесного яруса) Общее число видов Íср, м Аср, см Признаки семеношения
Древесный ярус
1985 Pinus sylvestris 0,7 1 3,8 9,0 есть
1990 Pinus sylvestris 0,5 1 2,5 5,0 нет
1995 Pinus sylvestris 0,3 1 1,5 2,5 нет
2000 Pinus sylvestris 0,1 1 0,5 1,0 есть
Кустарниковый ярус
1985 Juniperus sibirica Burgsd., Calluna vulgaris 15 2 45 - нет
1990 Juniperus sibirica, Calluna vulgaris 15 2 30 - нет
1995 Juniperus sibirica 10 1 25 - нет
2000 Отсутствует - - - - —
Травяно-кустарничковый ярус
1985 Leymus arenarius, Rumex sp., Thymus L., Empetrum nigrum L., Vaccinium uliginosum L., V. vitis-idaea L. 75 6 30 есть
1990 Leymus arenarius, Rumex sp., Empetrum nigrum 55 3 25 - есть
1995 Vaccinium uliginosum, V. vitis-idea, Leymus arenarius, Rumex sp., Thymus L. 35 5 20 - есть
2000 Leymus arenarius, Rumex sp., Thymus 10 3 15 - нет
Мохово-лишайниковый ярус
1985 Cladina mitis, C. rangiferina 5 2 5 - нет
1990 Cladina mitis 5 1 5 - нет
1995 Отсутствует - - - - —
2000 Отсутствует - - - - —
Рис. 1. Высота сосны обыкновенной (а) и ежегодный прирост по измерениям 2006 г. (б)
расположены на бугристых песках в сходных природных условиях.
В соответствии с целью исследований были поставлены следующие задачи: 1) проанализировать динамику основных морфометрических параметров сосны обыкновенной (высота деревьев, диаметр ствола на высоте 1,3 м и у шейки корня, ежегодный прирост, возраст хвои и др.) в зависимости от возраста посадок; 2) оценить роль структуры насаждений в динамике этих показателей; 3) просле-дить изменения в видовом составе формирующихся насаждений.
Характер роста сосновых посадок является важнейшим показателем степени их адаптации к условиям произрастания [3]. Поэтому на каждой пробной площади были сделаны геоботанические описания по стандартной методике, позволяющие оценить видовое разнообразие сообществ (таблица), измерялись морфо-метрические характеристики отдельно стоящих деревьев и деревьев, растущих в группе (всего статистически проанализировано 400 деревьев).
Анализ данных позволил проследить динамику развития древостоя и состояние сосновых сообществ и показал значительные изменения морфометрических характеристик посадок сосны не только с возрастом, но и в связи с характером размещения (между деревьями, растущими в группе, и отдельно стоящими деревьями).
В посадках 5-летнего возраста высота деревьев составляет в среднем 0,5 м, у 20-летних — до 3,5 м. В течение каждых 5 лет высота деревьев в среднем увеличивается на 1 м (рис. 1, а).
Высота деревьев, растущих в группе, во всех возрастных группах превышает высоту отдельно стоящих деревьев. На всех пробных площадях эта разница отчетливо проявляется в насаждениях старше 10 лет. При этом можно отметить, что отставание в росте у отдельно стоящих деревьев по сравнению с деревьями, растущими в группе, увеличивается с возрастом. В 5-летних посадках деревья, растущие в группе, превосходят по высоте отдельно стоящие деревья в 1,2 раза, а через 10 лет — уже в 1,6 раза, т.е. на 20 и 40% соответственно.
Разница в высоте деревьев зависит от скорости их роста, поэтому прирост дерева в высоту является важным показателем продуктивности лесовыращива-ния [1]. Ежегодный прирост, измеренный в 2006 г., меняется от 13,1 до 24 см (рис. 1, б), при этом чем старше деревья, тем больше прирост. Как видно, наиболее интенсивно сосна растет в высоту в 15—20-летнем возрасте, что подтверждается наблюдениями и в других регионах [4, 5, 9].
О темпе роста деревьев можно судить не только по приросту в высоту, но и по приросту диа-
Рис. 2. Диаметр ствола на высоте 1,3 м (а) и диаметр у шейки корня (б)
метра [10, 11]. В молодых посадках сосны у деревьев, растущих в группе и стоящих отдельно, величина диаметра практически одинакова. Существенные различия в значениях этого показателя наблюдаются в посадках старше 15 лет в зависимости от структуры насаждения (рис. 2, а).
Аналогичная зависимость отмечается и для диаметра ствола у шейки корня. В течение каждых 5 лет он в среднем увеличивается в 2 раза (рис. 2, б), при этом значительное увеличение диаметра отмечается у деревьев старше 15 лет. У деревьев, растущих в группе, этот показатель больше, чем у отдельно стоящих деревьев того же возраста. Как и следовало ожидать, значительные различия в диаметре (15 см) наблюдаются у деревьев, растущих в группе и имеющих возраст насаждений свыше 15 лет.
Как отмечается в литературе, в разных условиях произрастания в зависимости от освещенности наблюдаются различия в строении кроны и морфометрических показателях хвои (рис. 3) [10, 13]. В исследуемых посадках отмирание сучьев наблюдается у сосны уже с десятилетнего возраста. Высота до живых сучьев у деревьев с годами увеличивается. Значения этого показателя резко увеличиваются у деревьев старше 15 лет. На всех пробных площадях высота до живых сучьев у деревьев, растущих в группе, больше, чем у стоящих отдельно, т.е. деревья, растущие в группе, имеют более вытянутую форму кроны, нежели стоящие отдельно, что присуще сосне как светолюбивой породе.
Видовое разнообразие сосновых культур отражает сукцессионные процессы, происходящие в посадках, и формирование сообществ, максимально приближенных к естественным. Флористическое разнообразие у 5-летних насаждений составляет 3 вида, которые использовались для фитомелиорации (таблица). Учитывая, что сосна высаживалась вместе с колосняком песчаным (Leymus arenarias), создающим хорошую защиту для саженцев от песчаных переносов, было интересно пронаблюдать за вновь появившимися видами растений. В молодых
1985 г. 1990 г. 1995 г. 2000 г.
Годы посадки деревьев Рис. 3. Возраст хвои
посадках травяной ярус разрежен и представлен небольшими пятнами, сформированными овсяницей песчаной (Festuca arenaria Osbeck), колосняком песчаным (Leymus arenarius) и сорными видами, такими, как щавель (Rumex sp.) и чабрец (Thymus sp.); проективное покрытие не превышает 5%. Необходимо также отметить появление шишек у пятилетних сосновых насаждений. Эту раннюю возобновительную способность можно объяснить экстремальными природных условиями произрастания, в которых даже молодые деревья пытаются осуществить репродуктивную функцию.
В 20-летних посадках древесный ярус из сосны уже образует сомкнутые насаждения, образуется кустарниковый ярус с преобладанием можжевельника (Juniperus sibirica Burgsd.), высота которого составляет около 2 м. В травяно-кустарничковом ярусе встречаются вороника (Empetrum nigrum (incl. E. hermaphoditum Hagerup.)), голубика (Vaccinium uliginosum L.), брусника ( Vaccinium vitis-idea L.), вереск (Calluna vulgaris (L.) Hull.). Сомкнутость травя-но-кустарничкого яруса составляет 75%. В несплошном напочвенном покрове появились лишайники (Cladina mitis, С. rangiferina).
Аналогичный видовой состав типичен для северных сосняков естественного происхождения [6, 13]. Здесь также отмечены признаки семеношения сосны. Анализ структуры видового состава исследуемых сообществ (таблица) позволяет говорить, что к 15—20-летнему возрасту искусственные посадки даже в экстремальных условиях Севера приближаются к естественным. Полученные нами данные свидетельствуют, что посадки сосны на Кузоменских песках имеют сходные показатели роста с таковыми для деревьев естественного происхождения. Почти все исследователи, изучавшие морфометри-ческие показатели роста сосны, пришли к выводу, что в молодом возрасте культурные сосны по изученным нами параметрам могут даже превосходить естественные сосняки [2, 5].
Выводы. 1. По всем морфометрическим параметрам сосна обыкновенная имеет лучшие ростовые характеристики при групповом (достаточно сомкнутом) размещении, при этом отставание в росте у отдельно стоящих деревьев увеличивается с возрастом и составляет 60—65% от роста деревьев, растущих в группе.
2. Наиболее существенная разница по всем мор-фометрическим показателям отмечена в сообществах старше 15 лет.
3. Посадки 20-летнего возраста по видовому составу и структуре близки к северным сосновым насаждениям естественного происхождения. Наблюдается нормальное развитие насаждений с образованием кустарникового, травяно-кустарничкового и мохово-лишайникового ярусов.
4. К важным характеристикам, обеспечивающим возобновительную способность древостоя, относится их семенная продуктивность. Так, в посадках
20-летнего возраста отмечается семеноношение у 1/3 сосен в пределах пробной площади. Состояние посадок сосны свидетельствует о высокой эффективности лесомелиоративных работ на территории Кузоменских песков и возможности замед-
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бобкова К.С., Тужилкина В.В., Сенъкина С.С. Эко-лого-физиологические основы продуктивности сосновых лесов Европейского Северо-Востока. Сыктывкар: Коми научный центр УРО РАН, 1993.
2. Бузыкин А.И., Гавриков В.Л., Секретенко О.П., Хле-бопрос Р.Г. Структура древесных ценозов // Чтения памяти В.Н. Сукачева. V. Структура и функционирование лесных биогеоценозов Сибири. М.: Наука, 1987.
3. Ведрова Э.Ф. Влияние сосновых насаждений на свойства почвы. Новосибирск: Наука, 1980.
4. Зайцев Г.А., Кулагин А.Ю. Сосна обыкновенная и нефтехимическое загрязнение. М.: Наука, 2006.
5. Ипатов Л.Ф. Строение и рост культур сосны на Европейском Севере. Архангельск: Северо-западное книж. изд-во, 1974.
6. Казаков Л.А. Кузоменские пески. Архангельск, 2000.
7. Казаков Л.А, Вешняков Г.В. Опыт восстановления леса на эродированных землях Терского побе-
ления эрозионных процессов методами фитомелио-рации для всего Терского побережья. При отсутствии стрессовых ситуаций в дальнейшем можно прогнозировать успешное восстановление сосновых лесов на Терском побережье.
режья Белого моря // Мат-лы V науч. конф. Беломорской биологической станции им. Н.А. Перцова МГУ. М., 2001.
8. Каплин П.А., Леонтьев O.K., Лукьянова С.А., Никифоров Л.Г. Берега. М.: Мысль, 1991.
9. Мякушко В.К. Экология сосновых лесов. Киев: Урожай, 1989.
10. Наквасина Е.Н., Бедрицкая Т.В. Современные плантации северных экотипов сосны обыкновенной. Архангельск: Изд. Поморского государственного университета им. М.В. Ломоносова, 1999.
11. Побединский А.В. Сосна. М.: Лесная промышленность, 1979.
12. Федорков А.Л. Адаптация хвойных к стрессовым условиям Крайнего Севера. Екатеринбург: УрО РАН, 1999.
13. Шаталов В.Г. Лесные мелиорации. Волгоград: Квадрат, 1997.
Поступила в редакцию 17.01.2008
E.V. Glukhova
EVOLUTION OF COMMON PINE PLANTATIONS WITHIN SANDY AREAS
OF THE TERSKY COAST OF THE WHITE SEA
The aim of the study was to investigate the dynamics of common pine plantations growth on the hilly sands of the Tersky coast as an indicator of the effectiveness of phytoameliorations of degraded lands. Structure of cenoses and morphometric parameters were analyzed for plantations of different ages. The dynamics of principal morphometric parameters of common pine, i.e. tree height, diameters at the height of 1,3 m and near the root crown, annual increment, age of needles, etc., was analyzed in relation to the age of plantations. The dependence of these parameters and the changes in species composition on the plantation structure was also evaluated.
Key words: common pine, tree plantations, White Sea.
