Повышение устойчивости лесов в зоне подтопления Чебоксарского водохранилища
Покупка
Издательство:
Поволжский государственный технологический университет
Год издания: 2016
Кол-во страниц: 204
Дополнительно
Вид издания:
Монография
Уровень образования:
ВО - Магистратура
ISBN: 978-5-8158-1743-2
Артикул: 786584.01.99
Доступ онлайн
В корзину
Представлены результаты исследований изменения экологоресурсного потенциала насаждений в зависимости от подзон подтопления Чебоксарского водохранилища. Выявленные изменения таксационных и лесопатологических характеристик, установленные закономерности формирования случайного отпада, а также коэффициенты жизнеспособности, стабильности состояния, агрессивности, вирулентности и патогенности патологических факторов и др., определенные для каждой из выделенных зон подтопления, послужили основанием для установления способов повышения устойчивости и защитных свойств подтопленных лесов, что необходимо для ведения лесного хозяйства в условиях избыточного абиотического воздействия.
Для исследователей, научных работников, преподавателей, аспирантов и студентов лесохозяйственного и экологического профилей.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Магистратура
- 05.04.06: Экология и природопользование
- 20.04.02: Природообустройство и водопользование
- 35.04.01: Лесное дело
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
А. В. Захаров И. А. Алексеев ПОВЫШЕНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ ЛЕСОВ В ЗОНЕ ПОДТОПЛЕНИЯ ЧЕБОКСАРСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА Монография Йошкар-Ола ПГТУ 2016
УДК 630*4 ББК 43.4 З 38 Р е ц е н з е н т ы : профессор кафедры лесоводства и лесных культур Ижевской государственной сельскохозяйственной академии, д-р с.-х. наук А. К. Касимов; зав. кафедрой лесного хозяйства Ульяновского государственного университета, д-р биол. наук, профессор Б. П. Чураков; д-р биол. наук, главный научный сотрудник Государственного национального заповедника «Большая Кокшага» Ю. П. Демаков Захаров, А. В. З 38 Повышение устойчивости лесов в зоне подтопления Чебоксарского водохранилища: монография / А. В. Захаров, И. А. Алексеев. – Йошкар-Ола: Поволжский государственный технологический университет, 2016. – 204 с. ISBN 978-5-8158-1743-2 Представлены результаты исследований изменения эколого- ресурсного потенциала насаждений в зависимости от подзон подтопления Чебоксарского водохранилища. Выявленные изменения таксационных и лесопатологических характеристик, установленные закономерности формирования случайного отпада, а также коэффициенты жизнеспособности, стабильности состояния, агрессивности, вирулентности и патогенности патологических факторов и др., определенные для каждой из выделенных зон подтопления, послужили основанием для установления способов повышения устойчивости и защитных свойств подтопленных лесов, что необходимо для ведения лесного хозяйства в условиях избыточного абиотического воздействия. Для исследователей, научных работников, преподавателей, аспирантов и студентов лесохозяйственного и экологического профилей. УДК 630*4 ББК 43.4 ISBN 978-5-8158-1743-2 © Захаров А. В., Алексеев И. А., 2016 © Поволжский государственный технологический университет, 2016
ОГЛАВЛЕНИЕ Предисловие ................................................................................................. 4 Введение ....................................................................................................... 5 1. ИЗУЧЕНИЕ ПОДТОПЛЕННЫХ ЛЕСОВ: СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПЕРСПЕКТИВЫ ИССЛЕДОВАНИЯ .......................... 8 2. ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЯ ........... 21 3. МЕТОДИКА И ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ............................ 32 3.1. Методика исследования ........................................................... 32 3.2. Объекты исследования ............................................................. 43 4. ЛЕСОВОДСТВЕННОЕ И ЛЕСОПАТОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЯ ВЫДЕЛЕНИЯ ПОДЗОН ПОДТОПЛЕНИЯ ...... 45 5. ЛЕСОПАТОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОДТОПЛЕННЫХ ЛЕСОВ .................................................................. 63 5.1. Взаимосвязь возникновения случайного отпада с диаметрами основных пород островной части Чебоксарского водохранилища ............................................... 63 5.2. Зависимость распространения дереворазрушающих грибов основных древесных пород в прибрежной зоне Чебоксарского водохранилища согласно градиенту подтопления ............................................ 70 5.3. Влияние подтопления на жизнеспособность и потери древесного запаса насаждений ................................................ 80 6. ОБОСНОВАНИЕ ЛЕСОХОЗЯЙСТВЕННЫХ МЕРОПРИЯТИЙ В ПОДТОПЛЕННЫХ ЛЕСАХ НА ОСНОВЕ ПРОГНОЗА.................................................................... 101 6.1. Параметры ухудшения качества древесины и накопления фитомассы подтопленных насаждений ......... 102 6.2. Экологические показатели в системе «водохранилище – лес – среда обитания» и их использование в устойчивом управлении лесами ....... 106 6.3. Выбор способов рубок и возобновления .............................. 117 Заключение ............................................................................................... 124 Список сокращений и условных обозначений ...................................... 126 Глоссарий ................................................................................................. 129 Библиографический список .................................................................... 133 Приложения .............................................................................................. 148
ПРЕДИСЛОВИЕ Настоящая монография представляет собой результат исследования ак- туальной проблемы таксационно-лесопатологической оценки подтоплен- ных водохранилищем Чебоксарской ГЭС лесов, с выделением подзон под- топления, установлением показателей экологических характеристик насаж- дений и на их основе поиска путей повышения устойчивости последних. Актуальность темы определена необходимостью улучшения санитарно- лесоводственных характеристик подтопленных лесов водохранилищем Чебоксарской ГЭС, повышения их адаптативных свойств, т.к. отсутствие в них какой-либо хозяйственной деятельности приводит к их разрушению. Впервые подзонально, применительно к региону Верхней Волги для Республики Марий Эл выявлены изменения геоботанических, лесовод- ственных и лесопатологических характеристик растительности согласно градиенту ее подтопления. Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и практических рекомендаций обеспечиваются представительностью и репрезентативностью фактического материала, собранного за много- летний период экологического и лесопатологического мониторинга на стационарных объектах подтопленных Чебоксарским водохранилищем лесов, в т.ч. в рамках проекта экологического мониторинга кафедры управления природопользованием и лесозащиты ПГТУ. Практическая значимость результатов исследования заключается в возможности дальнейшего использования разработанной авторами ти- пологии подзон подтопления и обоснованных способов создания устой- чивых насаждений при стратегическом планировании ведения лесного хозяйства. Это позволит сократить затраты на проведение лесопатоло- гических обследований, обеспечит устойчивость естественных и искус- ственно создаваемых насаждений. Прикладное значение результатов работы состоит также в том, что они могут быть использованы в учебном процессе при изучении дисци- плин «Лесоведение» и «Лесоводство», а также при назначении систем защиты леса, лесной таксации, в лесовозобновлении при выборе спосо- бов создания лесных культур и при селекционных исследованиях. Авторы выражают глубокую благодарность за консультации, по- мощь в проведении исследований и ценные советы директору филиала ФБУ «Рослесозащита»-«ЦЗЛ Республики Марий Эл» А. Е. Самосудову, д-ру биол. наук, проф. Ю. П. Демакову, зав. кафедрой экологии, почво- ведения и природопользования ПГТУ канд. с.-х. наук, доц. Е. А. Гонча- рову и доцентам этой кафедры канд. с.-х. наук И. П. Курненковой и Н. А. Гаврицковой.
ВВЕДЕНИЕ Строительство крупных гидроэлектростанций на равнинных реках с густо заселёнными берегами сильно затрагивает социальную и природ- ную среды. Образование мелководий и подтопления левобережной ча- сти на больших площадях, при существующем уровне водохранилища, вызвали у экологов и общественности опасения за дальнейшее ухудше- ние гидрографической ситуации. Многолетние наблюдения и сравнения результатов исследований указывают на то, что Чебоксарское водохра- нилище является мощным антропогенным фактором, влияющим на лесоводственные и экологические характеристики ландшафта Ветлужско- Унженской низины и Марийского низменного Заволжья. Непредсказуемо происходит процесс берегоразрушения, изымаются из хозяйственного оборота земельные и лесные угодья, выявляются оползневые процессы. Подтопление вызывает изменение состава древостоев и ухудшение их санитарного состояния. Следует отметить, что ранее не были в достаточной мере изучены: ход разрушения древостоев, адаптация пород к изменившимся влажностным условиям почвы, дез- интегрирующие факторы, экологические и другие показатели изменения природного ландшафта. В связи с неполной готовностью зоны затопления и незавершенными работами по защите земель и населенных пунктов, директивными органами по соглашению с субъектами Федерации было решено заполнить в 1981 году Чебоксарское водохранилище на 2-3 года до промежуточной отметки 63,0 м. Однако по ряду причин Чебоксарский гидроузел в течение 25 лет продолжает работать при промежуточной отметке 63,0 м. Строительство ни одного из 19-ти объектов инженерных защит в зоне Чебоксарского водохранилища полностью не завершено (в т.ч. и для отметки 63,0 м), Чебоксарский гидроузел не сдан в постоянную экс- плуатацию, а финансирование работ по обустройству зоны водохрани- лища прекращено (Лесной план РМЭ, 2008). Управление водохранили- ща (филиал ОАО «ГидроОГК») не занимается берегоукреплением, по- садкой берегоукрепляющих насаждений, берегоочисткой, защитой бе- регов от оврагообразования и проведением лесозащитных мероприятий в прибрежной зоне. Следует отметить, что в проекте довоенного строи- тельства Чебоксарской ГЭС работы здесь были запланированы до уров- ня 61-й отметки. Несмотря на то, что указанная проблема мониторинга состояния подтопленных лесов находится в поле зрения учёных и специалистов, эти исследования всё же основываются на разовых наблюдениях, они не
выявляют лесоводственных закономерностей и эколого-лесопатологи- ческих характеристик по единой методике. Зачастую при оценке влияния водохранилищ на леса не берутся во внимание такие важные показатели, как случайный отпад (бурелом, ветровал, снеголом) и изменение классификационного положения дере- воразрушающих грибов и вредных насекомых, а зоны подтопления определяются по одному уровню грунтовых вод, без учёта лесовод- ственных, геоботанических и лесопатологических характеристик. Целью данного исследования является выявление по выделенным подзонам следующих закономерностей: изменения экологических свойств насаждений; их состава и санитарного состояния; разрушения и адаптации древесных пород; других экологических, технических и хозяйственных характери- стик, необходимых для разработки способов повышения устойчивости и защитных свойств подтопленных лесов. Для реализации цели исследования были поставлены и последова- тельно решались следующие задачи: 1) выявление динамики таксационных и лесопатологических харак- теристик по данным длительных наблюдений на стационарных трансек- тах, заложенных в начале проведения экологического мониторинга МарГТУ; 2) выявление закономерностей формирования случайного отпада, вызванного неблагоприятными атмосферными явлениями (ветровал, бурелом, снеголом, снеговал), определение коэффициентов жизнеспо- собности, биоразноообразия, стабильности состояния, агрессивности, вирулентности и патогенности патологических факторов; 3) установление закономерностей изменения параметров депониро- вания, эмиссии углерода и ежегодного выделения кислорода как одних из показателей рекреации в связи с включением в проект строительства ЧГЭС баз и домов отдыха в Левобережье; 4) обоснование способов повышения устойчивости и защитных свойств подтопленных лесов. Впервые для региона выявлены изменения лесоводственных, геобо- танических и лесопатологических характеристик согласно градиенту подтопления. Для каждой подзоны установлены следующие показатели: потеря запаса древесины, фаутность, коэффициент депонирования, эмиссия углерода,
ежегодное выделение кислорода, полевая агрессивность, вирулентность и патогенность патологических факторов, коэффициент биологического разнообразия, распространение вредителей и болезней леса, прирост очагов усыхания и др. Полученные данные сравнивались с показателями неподтопленных лесов соответствующего состава и возраста. Определялись технический, хозяйственный и экологический ущербы по подзонам подтопления. По тенденциям изменения патологических характеристик обосновывались необходимые лесоводственные и лесозащитные мероприятия.
1 ИЗУЧЕНИЕ ПОДТОПЛЕННЫХ ЛЕСОВ: состояние вопроса и перспективы исследования Исследования подтопленных лесов в нашей стране стали проводить- ся с середины ХХ века [31, 36, 6, 59, 92, 95, 46, 42, 74, 75, 116, 35]. При экологическом мониторинге состояния биосферы рассматривались сле- дующие вопросы: слежение за динамикой уровня грунтовых вод; заражённость загрязняющими веществами; развитие синезелёных водорослей; бактериальное загрязнение; абразивные процессы береговой линии; изменение почвообразовательных процессов; социальные последствия негативного влияния затопления земель. Данные мониторинга часто относились к одногодичным или к ко- ротким по срокам наблюдениям. Характеристики объектов слежения были весьма поверхностны и не позволяли выявлять многие закономер- ности негативных изменений. Почти все авторы (например, М. А. Бур- лакова, В. М. Сердюкова, С. Л. Вендров, А. Б. Авакян, К. Н. Дьяконов) отмечали ухудшение качества питьевой воды на расстоянии от 500 м до 15 км от водохранилища [42, 47]. При оценке изменения категорий санитарного состояния использовалось 7 групп: от здоровых до старого сухостоя, что исключало влияние различных факторов на образование отпада [109]. Случайный отпад при оценке подтопленных лесов русскими исследователями не фиксировался, хотя имеются работы XIX века [183]. По данным Э. П. Емельяновой, выявились такие негативные явления в почвообразовательном процессе, как снижение водопоглоща- емости почв, концентрация верховодки и выход её на дневную поверхность, ход длительности испарения, которые, по данным А. А. Роде (1937), ухудшают санитарное состояние лесов [133].
По наблюдениям экологов, за первые десять лет эксплуатации электростанции уровень грунтовых вод от Новосибирского водохранилища поднялся: в нижней части у плотины на 10-15 метров, в средней – 5-10 метров, в верховье – несущественно. Этот подъем, как отмечают Н. Я. Вострякова, Н. А. Воскобойникова, И. К. Невечеря, Т. А. Орлова, более всего происходил в трещиноватых породах, галечниках и крупнозернистых песках, медленнее – в суглинках и глинах [58]. При наполне- нии глубоководного (100 м) Красноярского водохранилища через 2 года уровень грунтовых вод поднялся на 17 метров, через 10 лет (в 1975 го- ду) – до 60-65 метров [36]. К. А. Кудинов констатирует, что в районе Дарвинского заповедника по берегу Рыбинского водохранилища уро- вень грунтовых вод за 10 лет эксплуатации поднялся в среднем на 8 метров [94]. По данным С. Х. Будыка, превышение глубины созданного водохранилища над прежними бытовыми уровнями до подпора опреде- ляет величину подъёма уровня грунтовых вод [41]. На этом фоне только незаконченностью объекта можно объяснить за- явление проектировщиков в отношении подъема уровня Нижнекамского водохранилища о том, что с подъемом уровня воды «режим подтопления уменьшается» (Экологическое обоснование подъема уровня Нижне- Камского водохранилища, ОАО «Волгаэнергопроект-Самара, 2005). Од- нако исследователи уровня подъема воды не уделили достаточного вни- мания тому, что на этот показатель влияет наличие или отсутствие водо- растворимых материнских почвообразующих литогенных пород. А. Г. Емельянов выделяет четыре фактора, наиболее усиливающих негативное воздействие на почвообразовательный процесс, состояние растительности, состояние жилых и хозяйственных строений [74, 75]. Это уровень водохранилища, морфология берега, гидрогеология и лито- логия, климат. Хотя Г. Н. Петров выделяет 116 факторов, усиливающих отрицательное воздействие подтопления на объекты суши, и потому большинство авторов считает, что для планирования мероприятий по борьбе с подтоплением (и вообще с отрицательным влиянием водохра- нилищ на экологические характеристики) важным является выделение защитных зон до нескольких десятков километров [116]. В. С. Писанов [158] и С. Г. Шурыгин [118] утверждают, что подня- тие уровня воды до 1,2 м приводит к оглеению и заболачиванию почв, особенно пониженных участков. Это связано с тем, что водопроницае- мость подзолистых почв даже при слабом развитии глинозема снижает- ся в 3-5 раз, а при сильном – в 50-100 раз [48, 70]. Оглеенная почва, та-
ким образом, легко заболачивается верховодкой, поддерживаемой увлажненным снизу глеевым горизонтом. Нередко при этом образуются мелководные висячие озера, не иссякающие в умеренных широтах в течение всего лета [62]. Выделение подзон подтопления не носило ком- плексного характера, учитывали зачастую лишь УГВ и местоположение относительно водохранилища [48, 33, 75, 54]. Отмечалось увеличение содержания в корнеобитаемом слое почвы хлорно-кальциевых соединений, загрязняющих биологически активных веществ (БАВ), пестицидов. По данным В. А. Арефьевой, наблюдаются гниль сосущих и мелких проводящих корней, а также снижение жизне- способности деревьев [31]. В связи с подтоплением в 3,5 км от Саратов- ского водохранилища черноземные почвы из-за появления в верхних слоях высокого содержания натрия превратились в солонцовые (галозе- мы) почвы. Но исследователями не выявлены закономерности измене- ния заболевания деревьев в длительном периоде развития. При оценке вреда лесам от подтопления исследователи привыкли сравнивать с устойчивостью к весеннему затоплению. Считается, что сосна выдерживает временное затопление от 15 до 25 дней, дуб – 45 дней, тополь – 70 дней, кустарниковые ивы – до 120 дней. По данным Л. Н. Куражковского, совсем не выносят затопления молодняки сосны, дуба, липы и берёзы [95]. Однако исследователи не всегда увязывают эти сроки выносливости с возникающими впоследствии болезнями. В подтопленных лесах адаптация древесных пород происходит весьма болезненно. Поэтому В. И. Власенко, В. П. Воротников и др. отмечают развитие гнилей древесных пород [51, 57, 79], в частности сильное поражение ильмовых пород голландской болезнью [42], очагов стволовых вредителей [131, 30]. Но, говоря о поражении сосновых ле- сов корневой губкой, из-за трудностей её диагностирования авторы приводят противоречивые данные [20-22]. Мало изученной остаётся и островная часть водохранилищ [175]. На большом протяжении от берега водохранилища многие авторы констатируют уменьшение годичного прироста деревьев по диаметру [32, 136, 37, 80], в том числе и с учётом типов леса [121], а также отме- чают и временное его увеличение. Например, на второй надпойменной террасе Чебоксарского водохранилища (на 7 м выше уровня воды в Волге) в заболоченных древостоях в первые 4-5 лет после создания во- дохранилища наблюдалось увеличение прироста. По данным С. Г. Шу-
рыгина, влияние подтопления на рост заболоченных сосняков на второй террасе уменьшается по мере удаления от Волги [158]. В основном проекте строительства ЧГЭС (рассчитанного на 68-ю отметку), принятом в 1978 году, было записано, что строительство улучшит качество воды благодаря глубоководности, создадутся благо- приятные условия для рекреационных целей, при этом не учитывались уже выявившиеся к этому времени негативные процессы от подтопле- ния по Левобережьям Куйбышевского, Верхневолжского, Горьковского, Саратовского и Сталинградского водохранилищ. Обследования указан- ных берегов ГЭС, проведенные одним из авторов настоящей работы, показали, что в Левобережье подтопление заходит вглубь на большое расстояние и оно, сложенное песками, быстро разрушается образивны- ми процессами, а в Правобережье были выявлены оползневые процессы в районе Ульяновска. Недостаточность по длительности исследований ксилотрофной па- разитной микобиоты явилась основанием для некоторых авторов утверждать, что подтопление уровня I стадии способствует улучшению условий роста деревьев. При этом забывается, что стабильное повыше- ние уровня грунтовых вод стимулирует почвенное испарение и способ- ствует формированию капиллярной каймы на более высоком уровне. Это изменяет условия роста ксерофильных форм, или у адаптированных форм способствует откладыванию широких годичных колец. С увели- чением ширины годичных колец увеличиваются условия поражаемости корневой губкой [10, 12, 21]. Распределение очагов усыхания по катего- риям, типам зарастания, характеру поражения, динамике отпада, разви- тию фаутности никем не изучалось ввиду того, что вопросами подтоп- ления занимались лишь гидрологи и лесоводы, малознакомые с фитопа- тологическими проблемами в подтопленных лесах [15, 21]. Согласно исследованиям В. С. Писанова, с позиции динамической типологии И. С. Мелехова, произошла существенная трансформация типов леса [122-124]. Исходный тип-этап лиственничник лишайниково- зеленомошный через 30 лет в условиях влияния подтопления превра- тился в лиственнично-еловый чернично-зеленомошный тип-этап. Ско- рость происшедшей смены следует считать значительной. Ель же очень незначительно снизила темп прироста по высоте и диаметру, зато темпы изменения запаса и текущего прироста оказались гораздо выше, а темпы накопления отпада ниже, чем в эталонном древостое. А по данным
Доступ онлайн
В корзину