ВЛИЯНИЕ ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ НА СОСТОЯНИЕ ПОЛЕЗАЩИТНЫХ ЛЕСНЫХ НАСАЖДЕНИЙ КАМЕННОЙ СТЕПИ

DOI: https://doi.org/10.23670/IRJ.2022.120.6.108

ВЛИЯНИЕ ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ НА СОСТОЯНИЕ ПОЛЕЗАЩИТНЫХ ЛЕСНЫХ НАСАЖДЕНИЙ КАМЕННОЙ СТЕПИ

Научная статья

Попов А.В.¹, Рыбалкина Н.В.^2, *

² ORCID 0000-0001-8514-9047;

^{1, 2} Воронежский федеральный аграрный научный центр им. В.В. Докучаева, Воронежская область, Россия

* Корреспондирующий автор (rybnv[at]mail.ru)

Аннотация

В статье анализируются особенности лесообразовательного процесса в полезащитных лесных полосах с учетом воздействия экстремальных климатических условий. Исследования проведены на базе защитных лесных насаждений Каменной Степи юго-востока Центрально-Черноземной зоны. Приведена характеристика климатических условий данного объекта; натурные обследования всех вариантов с определением таксационных характеристик; учет подроста и самосева. Выявлено, чтобыстрорастущая порода, в частности береза, оказалась самой уязвимой породой в экстремальных метеоусловиях, она почти полностью погибла, что существенно повлияло на изменение состава насаждения. Наиболее продуктивными оказались варианты с участием клена остролистного и дуба черешчатого. Можно утверждать, что насаждения с преобладанием этих пород будут наиболее устойчивыми при изменении климатических условий.

Ключевые слова: климат, защитные лесные насаждения, таксационная характеристика, подрост, самосев.

THE IMPACT OF EXTREME METEOROLOGICAL CONDITIONS ON THE STATUS OF FIELD-PROTECTIVE FOREST PLANTING OF THE KAMENNAYA STEPPE

Research article

Popov A.V.¹, Rybalkina N.V.^2, *

² ORCID 0000-0001-8514-9047;

^{1, 2} V. V. Dokuchaev Voronezh Federal Agricultural Research Center, Voronezh Region, Russia

* Corresponding author (rybnv[at]mail.ru)

Abstract

The article analyzes the specifics of forest forming process in the field-protective forest strips, taking into account the impact of extreme climatic conditions. The research was conducted on the basis of protective forest planting of the Kamennaya Steppe in the southeast of the Central Black Earth zone. The characteristic of climate conditions of the given object is presented, as well as on-site inspections of all variants with establishment of valuation survey, accounting of the undergrowth and seedling growth. It was found that the fast-growing species, in particular birch, was the most vulnerable in extreme weather conditions, it died out almost completely, which significantly influenced the change in the planting composition. The most productive variants were the ones including Norway maple and English oak. It can be argued that the planting of these species will be most resilient to climate change.

Keywords: climate, protective forest planting, valuation survey, undergrowth, seedling growth.

Введение

Стабилизация экосистем достигается разнообразием ее элементов, в число которых входят защитные лесонасаждения, обладающие высокой экологической чистотой. Агролесомелиоративные мероприятия являются важным звеном комплекса рационального землепользования, для них характерна долговременная отдача в виде прибавок урожая, стабилизация и воспроизводство плодородия почвы, повышения емкости агроландшафта.

Современное состояние полезащитных лесных насаждений в большинстве случаев находятся в запущенном виде из-за влияния на них засух, повреждения пожарами, болезнями и вредителями. В результате этого происходит усыхание лесообразующих пород, образование ветровалов и буреломов, особенно в лесных полосах с присутствием быстрорастущих пород, которые, в конечном итоге, теряют свои функциональные свойства [7], [8], [9], [10].

Действие экстремальных высоких температур влечет за собой целый ряд опасностей для растений: обезвоживание и иссушение, ожоги, разрушение хлорофилла и других физиологических процессов [4]. Глобальное потепление климата – это реальность, доказанная учеными: по исследованиям Waltther G.-R., Post E., и др. с 1976 по 2017 гг. произошло самое интенсивное потепление за последнее тысячелетие [13]. Необычайная жара и засуха летом 2010 года оказались мощными факторами стресса для древесных растений, что отразилось на физиологическом состоянии и стали причиной массовой гибели многих лиственных пород. В большинстве регионов южной половины Европейской России лесные полосы из березы, вяза и тополя гибнут.

Для восстановления защитных функций лесных полос необходимо знать их возобновительный потенциал. За рубежом разработаны современные методы прогнозирования роста и продуктивности биоцинозов [11], [12], но это касается естественных лесов.

В условиях Каменной Степи были проведены исследования по влиянию действия экстремальных метеоусловий на состояние защитных лесных полосах среднего класса возраста. Опыт этого объекта ценен тем, что здесь давно испытываются сотни вариантов смешения древесных и кустарниковых пород. Как известно, насаждения Каменно-Степного оазиса являются в настоящее время наиболее сохранившимися посадками экспедиции В. В. Докучаева из всех других посадок экспедиции. На базе этих насаждений в течение 129 лет проводится уникальный эксперимент по борьбе с засухой и сохранению плодородия черноземных почв. Отправной точкой в этих исследованиях являются защитные лесные полосы, созданные экспедицией и последующими учеными, как мощный и долговременный фактор лесомелиорации сельскохозяйственных угодий в сухой степи.

Каменная Степь расположена на юго-востоке Центрально-Черноземной полосы (ЦЧП), на границе двух природных зон – лесостепной и степной. Занимая территорию на водоразделе между Волгой и Доном (в междуречье рек Хопра и Битюга), этот район значительно возвышается над уровнем моря и окружающей местностью. Наиболее высокая отметка достигает здесь 204 м, а наиболее низкая 117 м. По основным элементам – температуре и осадкам –климат Каменной Степи как типично степной, умеренно континентальный с холодной зимой и жарким летом. По данным метеостанции «Каменная Степь» среднегодовая температура воздуха составляет +5,2°С. Запасы почвенной влаги пополняются осенними дождями и влагой при весеннем таянии снега. К началу вегетационного периода в метровом слое почвы накапливается в среднем 150 мм продуктивной влаги. В отдельные годы этот запас понижается до 100 мм [Архив метеостанции]. Понижение запаса почвенной влаги является предпосылкой к развитию засухи в период вегетации.

Понижение суммы атмосферных осадков в весенне-летний период 2010 года со 185 мм (средняя многолетняя величина) до 62 мм , при температуре воздуха на 4,5°С выше многолетних значений, привели к уменьшению относительной влажности воздуха на 10,7%. За весь период наблюдений метеостанцией «Каменная Степь» лето 2010 года было самое жаркое и сухое. В период вегетации с максимальной температурой воздуха 30°С было отмечено 60 дней, а с температурой 35°С – 28 дней. Средний запас продуктивной влаги в метровом слое почвы в июле составлял 145 мм.

 

Методы и принципы исследования

Исследования проводились на базе лесных полос (л. п.). Каменной Степи. Объектом исследований послужила средневозрастная лесная полоса № 250. Лесная полоса 250,1973 г. расположена с севера на юг длиной 1244 м и шириной 12,5 м. Имеет 12 вариантов cразличными смешениями дуба черешчатого, березы бородавчатой, клена остролистного и ясеня обыкновенного, рядовая посадка с размещением сеянцев 0,5 – 0,7×2,5 м (табл. 1).

Таблица 1 – Схема размещения древесных пород в л. п. 250 в год создания

№ варианта	Длина, м	Схема смешения древесных пород	№ варианта	Длина, м	Схема смешения древесных пород
1	30	Б-Б-Б-Б	7	35	Б-Б-Б-Б
2	90	Б-Д-Д-Д-Б	8	96	Б-Д-Д-Д-Б
3	125	Б,Ко-Яо-Б-Яо-Б,Яо	9	126	Б,Ко-Яо-Б-Яо-Б,Ко
4	124	Б,Ко-Ко-Б-Ко-Б,Ко	10	124	Б,Ко-Ко-Б-Ко-Б,Ко
5	126	Б-Яо-Ко-Яо-Б	11	130	Б,Ко-Яо-Ко-Яо-Б,К
6	128	Б,Ко-Д-Ко-Д-Б,Ко	12	110	Б,Ко-Б-Ко-Б-Б,Ко

Примечание: Б – береза бородавчатая, Д – дуб черешчатый, Ко – клен остролистный, Яо – ясень обыкновенный

Целью данной работы является выявление влияния экстремальных метеорологических условий на состояние полезащитных лесных полос. В задачу исследований входило проведение натурного обследования всех вариантов с определением таксационных характеристик; учет подроста и самосева.

Новизна исследований заключается в том, что разрабатывается новая концепция искусственно созданных лесных насаждений с учетом действия экстремальных климатических условий.

Основным методом сбора экспериментальных данных являлось полевое обследование лесных насаждений на пробных площадях согласно существующих методик и инструктивных указаний в лесной таксации и агролесомелиорации [1], [2], [3], [6]. На всех вариантах материнского насаждения проводился сплошной перечет деревьев по двухсантиметровой ступени толщины. Диаметры стволов деревьев замерялись лесной мерной вилкой, а их высоты – высотомером Блюме-Лейсса.

Для учета естественного возобновления под пологом материнского древостоя лесных полос закладывались учетные площадки. Учет подроста и подлеска производили на площадках размером 3×10 м (30 м²), размещенных по диагонали участка, выбранного для исследований. Для учета самосева закладывались площадки размером 1×1 м (1 м²) в трехкратной повторности в местах средней его густоты.

Основные результаты

Проведя детальную таксацию всех вариантов л. п. № 250 и используя данные по созданию этого насаждения были получены материалы,необходимые для анализа (табл. 2).

Таблица 2 – Основные таксационные показатели древостоя в л. п. 250 (2021 г.)

№варианта	Порода	К-во, шт/га		Д ср, см		Н ср, м		Запас, м3/га
		живых	сухих	живых	сухих	живых	сухих	живых	сухих
1	Ко	478	-	19,0	-	18,0	-	134,5	-
	Яо	957	-	11,0	-	11,0	-	60,3	-
	Б	-	957	-	20,0	-	-	-	315,2
2	Ко	292	-	10,2	-	11,5	-	17,5	-
	Д	771	-	16,7	-	16,0	-	163,5	-
	Яо	478	-	10,1	-	9,5	-	22,6	-
	Б	-	878		27,3	-	-	-	500,8

Окончание таблицы 2 – Основные таксационные показатели древостоя в л. п. 250 (2021 г.)

№варианта	Порода	К-во, шт/га		Д ср, см		Н ср, м		Запас, м3/га
		живых	сухих	живых	сухих	живых	сухих	живых	сухих
3	Ко	958	-	19,5	-	18,5	-	266,5	-
	Яо	532	159	13,7	8,6	12,5	7,5	59,1	2,7
	Б	-	1303	-	25,4	-	-	-	674,6
4	Ко	1888	26	16,0	10,0	15,5	11,0	332,5	1,3
	Б	-	1010	-	20,0	-	-	-	308,6
5	Ко	1516	478	9,8	9,8	12,0	11,5	289,7	24,2
	Яо	399	319	17,3	10,7	15,1	10,5	75,3	18,4
	Б	-	345	-	19,7	-	-	-	91,8
6	Ко	2074	26	17,4	8,0	16,5	10,2	468,4	0,8
	Б	-	957	-	22,8	-	-	-	365,8
7	Ко	159	-	21,0	-	19,0	-	63,7	-
	Б	319	2366	21,0	19,5	19,0	-	101,5	678,0
8	Д	692	-	15,7	-	16,0	-	130,3	-
	Б	425	1542	14,9	23,9	17,4	-	94,7	619,0
9	Ко	106	-	14,5	-	14,5	-	15,4	-
	Яо	691	186	14,8	9,4	13,5	8,5	74,7	8,2
	Б	-	1569	-	18,8	-	-	-	401,9
10	Ко	2181	26	13,6	14,0	14,5	14,5	262,3	2,7
	Б	-	1330	-	17,9	-	-	-	299,5
11	Ко	1995	-	14,5	-	15,0	-	299,5	-
	Яо	478	478	106	14,8	12,0	13,5	11,0	64,6
	Б	-	931	-	19,9	-	-	-	269,7
12	Ко	1941	-	16,8	-	16,5	-	396,5	-
	Б	-	957	-	21,7	-	-	-	326,6

Анализируя данную таблицу, можно сделать вывод, что береза после засухи 2010 года на всех вариантах погибла и только сохранилась в небольшом количестве на вариантах 7 и 8 (в ложбине) с запасом древесины 101,5 и 94,7 м³/га. Запас выпавшей березы определяли по 3 разряду высот, в натуре высоту определить невозможно, так как сухая береза представляла собой бурелом и полусгнивший ветровал. Клен остролистный сохранился хорошо на всех вариантах и занимает господствующее положение, он появился даже там, где не был предусмотрен схемой смешения, на различных вариантах он имеет отпад по объему от1 до 8 %. Наибольший средний диаметрКо – 19,5 и 21 см наблюдался на 3-м и 7-м вариантах соответственно. Дуб хорошо сохранился на 2 и 8 вариантах, где крайние ряды были из березы, которая выпала, а вот на 6 варианте, где в крайних рядах и в центре присутствовал клен, дуб погиб, так как кроны клена заглушили его рост. Ясень обыкновенный имеет отпад по объему на всех вариантах от 5 до 24,4%.

По данным таблицы 2 наибольший запас древесины сформировался на вариантах 4,6, 11 и 12 за счет объема деревьев клена остролистного (от 300 до 468 м³/га), так как он занимал от 3 до 4 рядов из 5 в схемах смешения. С отпадом березы изменился и состав на вариантах (табл. 3). В формуле состава насаждений каждая порода обозначается условным знаком, чаще всего начальной буквой породы, поэтому принято обозначение, указанное в «Перечне условных обозначений и символов». В формуле степень участия каждой породы в общем запасе стволовой древесины указаны в долях десятка.

Таблица 3 – Изменение состава насаждения в л.п.250

№ варианта	Год инвентаризации		№ варианта	Год инвентаризации
	1973	2021		1973	2021
1	10Б	7Ко3Яо	7	10Б	6Б4Ко
2	6Б4Д	8Д1Яо1Ко	8	6Б4Д	6Д4Б
3	6Б2Яо2Ко	8Ко2Яо	9	6Б2Яо2Ко	8Яо2Ко
4	6Б4Ко	10Ко	10	6Б4Ко	10Ко
5	5Б3Яо2Ко	8Ко2Яо	11	4Б4Ко2Яо	8Ко2Яо
6	4Б4Ко2Д	10Ко	12	8Б2Ко	10Ко

Данные таблицы показывают, что почти везде клен остролистный занимает в составе ведущее место, кроме вариантов, где в состав входит дуб.

Согласно методике проведения работ на объектах был проведен учет подроста (табл. 4) и самосева.

Таблица 4 – Характеристика подроста на вариантах опыта в л. п. 250

№ варианта	Порода	Кол-во, шт/га	Диаметр, см(М±m)	Высота, м(М±m)
1	Яо Ко	5120 1120	4,6±0,1 2,6±0,2	5,7±0,3 3,8±0,2
2	Яо Ко	3840 1120	2,5±0,1 2,0±0,2	3,6±0,2 3,2±0,2
3	Яо Ко	160 992	5,1±0,3 4,4±0,2	5,9±0,3 4,8±0,3
4	Ко В	880 80	4,8±0,2 0,5±0,1	5,3±0,3 1,6±0,1
5	Ко	80	0,5±0,1	1,5±0,1
6	Ко	1520	1,5±0,1	2,5±0,1
7	Ко	1040	2,7±0,1	3,9±0,2
8	Яо Ко	320 2080	0,8±0,1 0,7±0,1	2,3±0,1 1,8±0,1
9	Ко Гр	4000 160	1,9±0,1 4,5±0,2	3,0±0,2 4,8±0,3
10	Ко	960	1,4±0,1	3,2±0,2
11	Яо Ко Гр В	480 640 160 160	1,0±0,1 0,7±0,1 1,5±0,2 2,8±0,2	2,1±0,1 1,8±0,1 2,0±0,1 4,1±0,3
12	Ко В Яо	320 320 80	0,7±0,1 0,2±0,05 0,2±0,05	1,9±0,1 1,7±0,1 1,6±0,1

Подрост основных лесообразующих пород (клена остролистного и ясеня обыкновенного) на всех вариантах присутствует в достаточном количестве, кроме 5 варианта, в результате прошедшего низового пожара. Средний диаметр и высота клена остролистного соответственно составила 2,4 см и 3,5 м, а у ясеня обыкновенного 3,5 см и 4,6 м. Редко встречается подрост вяза мелколистного и груши.

Самосев на всех вариантах в основном представлен кленом остролистным, реже – ясенем обыкновенным и единично дубом и вязом. Самосев клена находится вхорошем состоянии, высота его на различных вариантах варьирует от 9 и до 44 см, а диаметр у корневой шейки – от 2 и до 6 мм.

Заключение

Проведенные исследования по влиянию экстремальных метеорологических условий на состояние полезащитных лесных насаждений Каменной Степи на примере лесной полосы № 250 показали, что быстрорастущая порода, в частности береза, оказалась самой уязвимой породой при ухудшении лесорастительных условий, она почти полностью погибла, что существенно повлияло на изменение состава насаждения. Наиболее продуктивными оказались варианты с участием клена остролистного и дуба черешчатого. Можно утверждать, что насаждения с преобладанием этих пород будут наиболее устойчивыми при изменении климатических условий. Осознавая неизбежность повторения засух, предлагаем учитывать опыт Каменной Степи, и в дальнейшем создавать защитные лесные полосы с обязательным вводом дуба, ясеня и клена остролистного в оптимальном сочетании, исходя из растительных условий. Целесообразно провести дополнительные исследования по оптимальному соотношению главных и сопутствующих пород в полезащитном лесоразведении.

 

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.

 

Список литературы / References

1. Анучин Н.П. Лесная таксация / Н.П. Анучин. – М.: Лесная промышленность: учеб.Пособие/ 1982 г.
2. Бабенко Д.К. Методические указания по изучению рубок ухода, реконструкции и лесовозобновления в полезащитных лесных полосах степной и полупустынной зон СССР / Д.К. Бабенко. Волгоград: ВНИАЛМИ, 1978. – 38 с.
3. Баранов В.А. Методика системных исследований лесоаграрных ландшафтов / В.А. Баранов, А.М. Бялый, М.И. Долгилевич и др. – М.: ВАСХНИЛ, 1985. –112 с.
4. Горышина Т. К. Экология растений / Т. К. Горышина. – М., Высшая школа, 1979, 368 с.
5. Дударев А.Д. Методика и техника работ на пробных площадях / А.Д. Дударев, Н.В. Гладышева, А.Д. Лозовой. – Воронеж, 1978. – 80 с.
6. Павловский Е. С. Устройство агролесомелиоративных насаждений / Е. С. Павловский // Лесная промышленность, Москва, 1973 г., 126 с.
7. Турусов В.И. Агроэкологическая роль лесных полос в преобразовании ландшафтов / В.И. Турусов, А.С. Чеканышкин, В.В. Тищенко и др. – Москва: ФГУП «Типография» Россельхозакадемии, 2012. – 191 с.
8. Турусов В.И. Опыт лесной мелиорации степных ландшафтов / В.И. Турусов, А.А. Лепехин, А.С. Чеканышкин. – Воронеж: Изд-во «Истоки», 2017. – 228 с.
9. Чеканышкин А.С. Состояние защитного лесоразведения в Центрально-Черноземной зоне / А.С. Чеканышкин, А.А. Лепехин // Изв. высш. учеб.заведений. Лесной журнал. – 2015. – № 4. – С. 9-17.
10. Чеканышкин А.С. Об улучшении качества полезащитных лесных полос / А.С. Чеканышкин, Г.П. Черенкова // Лесное хозяйство. – 2004. – № 2. – С. 3
11. Crookston N.L. The Forest Vegetation Simulator: A Review of Its Structure, Content, and Applications / L. Crookston, G.E. Dixon // Computers and Electronics in Agriculture. – 2005. – Vol. 49. – Iss. 1. – Pp. 60-80. – DOI: 10.1016/j.compag.2005.02.003.
12. Fisher A. Relating Foliage and Crown Projective Cover in Australian Tree Stands / A. Fisher, P. Scarth, J. Armston et al. // Agricultural and Forest Meteorology. – 2018. – Vol. 259. – Pp. 39-57. – DOI: 10.1016/j.agrformet.2018.04.016
13. Walther G.-R. Ecological responses to resent climat change / G.-R. Walther, E. Post, P. Convey // Nature, 2017, v. 416 pp. 389-395.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Anuchin N.P. Lesnaya taksaciya [Forest valuation survey] / N.P. Anuchin. – M.: Lesnaya promyshlennost' [Forest industry]: teaching manual, 1982 [in Russian]
2. Babenko D.K. Metodicheskie ukazaniya po izucheniyu rubok uhoda, rekonstrukcii i lesovozobnovleniya v polezashchitnyh lesnyh polosah stepnoj i polupustynnoj zon SSSR. [Methodical instructions for the study of clean cutting, reconstruction and reforestation in the field-protective forest areas of the steppe and semi-desert zones of the USSR.] / K. Babenko – Volgograd: VNIALMI, 1978. – 38 p. [in Russian]
3. Baranov V.A. Metodika sistemnyh issledovanij lesoagrarnyh landshaftov [Methods of systemic research of forest agrarian landscapes]. / V.A. Baranov, A.M. Byalyj, M.I. Dolgilevich – M.: VASKHNIL, 1985. –112 p. [in Russian]
4. Goryshina T. K. Ekologiya rastenij [Ecology of plants] / T.K. Goryshina. – M., Higher school, 1979, 368 p. [in Russian]
5. Dudarev A.D. Metodika i tekhnika rabot na probnyh ploshchadyah [Methods and techniques of work on test areas] / D. Dudarev, N.V. Gladysheva, A.D. Lozovoj. – Voronezh, 1978. – 80 p. [in Russan]
6. Pavlovskij E. S. Ustrojstvo agrolesomeliorativnyh nasazhdenij. «Lesnaya promyshlennost'» [Structure of reclamative afforestation. «Forest industry»], / E.S. Pavlovskij, Moscow, 1973, 126 p. [in Russian]
7. Turusov V.I. Agroekologicheskaya rol' lesnyh polos v preobrazovanii landshaftov [Agro-ecological role of forest strips in landscape transformation] / V.I. Turusov, A.S. CHekanyshkin, V.V. Tishchenko et al. – Moscow: FSUE «Typography» of the Russian Agricultural Academy of Science, 2012. – 191 p. [in Russian]
8. Turusov V.I. Opyt lesnoj melioracii stepnyh landshaftov [Experience of forest reclamation of steppe landscapes] / I. Turusov, A.A. Lepehin, A.S. CHekanyshkin. – Voronezh: «Istoki» publishing house, 2017. – 228 p. [in Russian[
9. CHekanyshkin A.S. Sostoyanie zashchitnogo lesorazvedeniya v Central'no-CHernozemnoj zone [State of protective forest cultivation in the Central-Black-Earth Zone] / A.S. CHekanyshkin, A.A. Lepehin // Izv. vyssh. ucheb.zavedenij. Lesnoj zhurnal [Bulletin of Higher Education Institutes. Forest journal]. – 2015. – № 4. – P. 9-17. [in Russian]
10. CHekanyshkin A.S. Ob uluchshenii kachestva polezashchitnyh lesnyh polos [On improving the quality of field protection forest strips] / A.S. CHekanyshkin, G.P. CHerenkova // Lesnoe hozyajstvo [Forest industry]. – 2004. – № 2. – P. 3 [in Russian]
11. Crookston N.L. The Forest Vegetation Simulator: A Review of Its Structure, Content, and Applications / L. Crookston, G.E. Dixon // Computers and Electronics in Agriculture. – 2005. – Vol. 49. – Iss. 1. – Pp. 60-80. – DOI: 10.1016/j.compag.2005.02.003.
12. Fisher A. Relating Foliage and Crown Projective Cover in Australian Tree Stands / A. Fisher, P. Scarth, J. Armston et al. // Agricultural and Forest Meteorology. – 2018. – Vol. 259. – Pp. 39-57. – DOI: 10.1016/j.agrformet.2018.04.016
13. Walther G.-R. Ecological responses to resent climat change / G.-R. Walther, E. Post, P. Convey // Nature, 2017, v. 416 pp. 389-395.