Characteristics of the Living Ground Cover under the Canopy of Artificial Pine Forests Growing on the Reclaimed Ash Dump of Reftinskaya GRES
Characteristics of the Living Ground Cover under the Canopy of Artificial Pine Forests Growing on the Reclaimed Ash Dump of Reftinskaya GRES
Abstract
The article presents the results of studies of living ground cover growing under the canopy of Scots pine (Pinus sylvestris L.) crops created at the reclaimed ash dump No. 1 of the Reftinskaya GRES. The taxational characteristics of eight sites of forest crops aged 20-31 years are given; the species composition, aboveground phytomass and the projective cover degree of living ground cover are analyzed. It is indicated to which phytocenoses the species of living ground cover belong. The results of this study are compared with the results of a study conducted in 2012. In 2022, 31 species of living ground cover were recorded in the study area. This is 12 fewer than it was recorded ten years ago, while only 16 matching species were recorded. The following species are most often found under the canopy of artificial pine forests: meadow bluegrass (Poa pratensis L.), sidebells wintergreen (Orthilia secunda L. House), sweet pea (Lathyrus odoratus (L.)), red clover (Trifolium pratense L.), wild strawberry (Fragaria vesca (L.)), fireweed (Chamaenerion angustifolium L.), tufted vetch (Vicia cracca L.), and wood violet (Viola odorata (L.)). The aboveground phytomass of the living ground cover under the canopy of the studied pine forests varies from 5.6 to 175.1 kg/ha. With increasing age of forest crops, the aboveground phytomass and the projective cover degree of the living ground cover under their canopy decrease. At the same time, there is a decrease in the proportion of phytomass of meadow species and an increase in the proportion of forest species. The total number of species also decreases with increasing age of forest crops.
1. Введение
Ввиду различных требований к лесорастительным условиям живой напочвенный покров (ЖНП) выступает в роли индикатора состояния лесорастительных условий, оказывает значительное влияние на свойства почвы в лесу, микроклимат. Влиянию ЖНП также подвержены процессы возобновления леса и развития корневых систем растений. Особенно важно уделять внимание данному компоненту лесных насаждений в условиях, когда ведется лесохозяйственная рекультивация нарушенных земель, так как его характеристика может предопределить требуемые лесохозяйственные мероприятия .
В связи с тем, что на некоторых видах нарушенных земель процесс восстановления растительности может затягиваться на десятилетия, бывают ситуации, когда без вмешательства человека обойтись нельзя , , , . Одним из таких объектов, требовавших вмешательства человека, является золоотвал № 1 Рефтинской ГРЭС , . Площадь данного золоотвала составляет 440 га. Его рекультивация длилась с 1992 по 2011 гг.
.В 2012 году коллектив авторов Уральского государственного лесотехнического университета провели оценку видового состава живого напочвенного покрова на объектах лесной рекультивации золоотвала Рефтинской ГРЭС . В нашем исследовании мы предприняли попытку осуществить повторные исследования данного вопроса спустя десять лет.
Цель исследования – изучение видового разнообразия и надземной фитомассы живого напочвенного покрова под пологом лесных культур сосны, произрастающих на золоотвале №1 Рефтинской ГРЭС.
2. Методы и принципы исследования
Объектом исследований является живой напочвенный покров под пологом лесных культур сосны, произрастающих на золоотвале №1 Рефтинской ГРЭС. Под термином живой напочвенный покров (ЖНП) мы понимаем совокупность травянистых растений, полукустарников, кустарничков, мхов и лишайников, произрастающих на покрытых и не покрытых лесом землях . Однако в настоящем исследовании изучались виды, относящиеся к травянистым растениям, полукустарникам и кустарничкам. Мхи и лишайники в рамках данной работы не изучались.
Рефтинский золоотвал № 1 находится на территории ГКУ СО «Сухоложское лесничество». Лесничество расположено в таежной лесорастительной зоне, Средне-Уральского таежного лесного района .
В ходе рекультивации золоотвала производилась механизированная посадка лесных культур лесопосадочной машиной ЛМД-81. Посадка производилась на заранее насыпанный слой почвогрунта толщиной 10-50 см
. Посадочный материал имел возраст 2-4 года. Преимущественно садили сосну обыкновенную (Pinus sylvestris L.), но были и эксперименты с другими древесными и кустарниковыми породами , .Таксационная характеристика древостоев, под пологом которых изучался ЖНП, определялась по данным, собранным на пробных площадях (ПП). Размеры пробных площадей составляли от 0,21 до 0,30 га и подбирались таким образом, чтобы охватить достаточное количество деревьев при определенном диаметре
. ПП отграничивались в натуре визирными линиями и закреплялись по углам столбами, выкрашенными в красный цвет. Координаты местонахождения ПП фиксировались туристическим GPS-навигатором Garmin eTrex Touch 25.На пробных площадях производился сплошной перечет деревьев. Диаметры замерялись на высоте 1,3 м. Для каждого элемента леса измерялись высоты (не менее 20 деревьев). Средняя высота определялась графически по графику высот. Высота измерялась с точностью до 0,1 м с помощью высотомера SUUNTO PM-5/1520 PC. Средний возраст элементов леса определялся по данным лесоустройства и уточнялся при помощи возрастного бурава. Керны брались у 10 деревьев каждого элемента леса, после чего высчитывался среднее арифметическое значение. Для определения запаса древостоя использовались таблицы объемов стволов в коре различных пород
. Местонахождение и описание исследуемых лесных культур представлено в таблице 1. В связи с тем, что координаты пробных площадей не были зафиксированы при предыдущем исследовании, места закладки ПП в нашем исследовании отличаются. Это могло оказать влияние на результаты исследования.Таблица 1 - Местонахождение и описание объектов исследования
№ ПП | № квартала | № выдела | Координаты GPS | Год посадки | Средний шаг посадки, м | Ширина междурядий, м | Густота посадки, тыс. шт./га |
Р11 | 107 | 29 | 57°07.523´ с.ш. 061°45.994´ в.д. | 2005 | 0,60 | 3,0 | 5,6 |
Р10 | 107 | 25 | 57°7.624´ с.ш. 061°45.897´ в.д. | 2003 | 0,75 | 6,5 | 2,0 |
Р5 | 107 | 20 | 57°06.864´ с.ш. 061°44.239´ в.д. | 2001 | 0,90 | 2,6 | 4,2 |
Р7 | 107 | 13 | 57°06.883´ с.ш. 061°45.430´ в.д. | 1999 | 0,64 | 3,2 | 4,9 |
Р3 | 107 | 6 | 57°06.825´с.ш. 061°43.925´в.д. | 1998 | 0,67 | 2,3 | 6,5 |
Р13 | 107 | 3 | 57°07.614´ с.ш. 061°44.953´ в.д. | 1997 | 0,75 | 3,4 | 3,9 |
Р9 | 107 | 4 | 57°07.686´ с.ш. 061°45.939´ в.д. | 1996 | 0,55 | 3,3 | 5,5 |
Р1 | 107 | 8 | 57°06.667´ с.ш. 061°43.827´ в.д. | 1992 | 0,70 | 3,3 | 4,3 |
Для изучения состояния ЖНП на каждой пробной площади закладывалось не менее 20 учетных площадок размером 0,5×0,5 м (0,25 м2) . Проективное покрытие определялось для отдельных видов визуально
. Для определения фитомассы ЖНП все растения на учетных площадках срезались на уровне поверхности почвы. Срезанная масса ЖНП упаковывалась в пакеты и маркировалась. В лабораторных условиях, срезанный на каждой учетной площадке, живой напочвенный покров разбирался по видам и взвешивался. Затем каждая навеска высушивалась при температуре 105°С до постоянной массы и взвешивалась повторно для определения фитомассы в абсолютно сухом состоянии.Виды растений устанавливались с помощью определителей , , , . После определения все виды растений ЖНП распределялись по семействам и ценотипам: лесные, луговые, лесолуговые, лесные и луговые синантропы .
3. Основные результаты
В таблице 2 представлена таксационная характеристика искусственных древостоев, под пологом которых проводилось исследование живого напочвенного покрова. Надземная фитомасса ЖНП в абсолютно сухом виде под пологом исследуемых сосняков приведена в таблице 3.
Таблица 2 - Таксационная характеристика искусственных древостоев
№ ПП
| Элемент леса
| Средние | Густота текущая, тыс. шт./га | Сумма площадей сечений, м2/га | Относи тельная полнота | Запас древостоя, м3/га | Класс бонитета | ||
Возраст биологический, лет
| Высота, м
| Диаметр, см
| |||||||
Р11 | 10С | 20 | 8,2 | 8,0 | 3,2 | 16 | 0,7 | 62 | II |
Р10 | 10С | 22 | 11,7 | 11,7 | 1,6 | 17 | 0,6 | 99 | Ia |
+Ос | 15 | 9,0 | 4,5 | 0,04 | 0,1 | 0 | 0,3 | ||
Р5 | 10С | 24 | 11,0 | 10,7 | 2,7 | 25 | 0,8 | 151 | Ia |
Р7 | 10С | 26 | 11,5 | 9,5 | 3,9 | 28 | 0,8 | 175 | I |
Р3 | 10С | 27 | 10,3 | 10,4 | 3,0 | 26 | 0,9 | 151 | II |
Р13 | 10С | 26 | 10,5 | 8,6 | 3,7 | 21 | 0,7 | 127 | II |
+Ос | 20 | 8,9 | 6,0 | 0,1 | 0,2 | 0 | 1 | ||
Р9 | 10С | 27 | 12,5 | 11,0 | 2,9 | 28 | 0,8 | 186 | I |
+Ос | 25 | 7,0 | 5,3 | 0,1 | 0,1 | 0 | 0,5 | ||
Р1 | 10С | 31 | 14,6 | 13,4 | 2,6 | 37 | 1,0 | 273 | Ia |
+Б | 25 | 12,3 | 8,8 | 0,02 | 0,1 | 0 | 1 | ||
Таблица 3 - Надземная фитомасса ЖНП в абсолютно сухом виде под пологом исследуемых сосняков
Вид живого напочвенного покрова | № пробной площади | |||||||
Р11 | Р10 | Р5 | Р7 | Р3 | Р13 | Р9 | Р1 | |
Лесной ценотип | ||||||||
Грушанка круглолистная (Pyrola rotundifolia (L.)), кг/га | 0,23 | 2,12 | – | 0,16 | 1,02 | 0,73 | – | – |
Земляника лесная (Fragaria vesca (L.)), кг/га | 5,47 | 8,25 | 0,42 | 2,28 | 0,84 | 0,25 | – | 0,02 |
Зимолюбка зонтичная (Chimaphila umbellata (L.)), кг/га | – | – | – | 0,40 | 0,23 | 7,27 | 2,73 | – |
Костяника обыкновенная (Rubus saxatilis (L.)), кг/га | – | – | – | – | – | – | 1,00 | 2,75 |
Ортилия однобокая (Orthilia secunda (L.) House), кг/га | 7,23 | 5,13 | 9,06 | 1,23 | 11,31 | 4,16 | 4,72 | 0,05 |
Черника обыкновенная (Vaccinium myrtillus (L.)), кг/га | 0,06 | – | – | – | – | – | – | – |
Звездчатка дубравная (Stellaria nemorum (L.)), кг/га | – | – | 0,12 | – | – | – | – | – |
Осока волосистая (Carex pilosa (L.)), кг/га | 1,50 | 26,63 | – | – | – | – | – | – |
Сныть обыкновенная (Aegopodium podagraria (L.)), кг/га | – | – | – | – | – | – | – | 1,03 |
Луговой ценотип | ||||||||
Бодяк полевой (Cirsium arvense (L.)), кг/га | 3,02 | 1,66 | – | 0,06 | – | – | – | – |
Клевер луговой (Trifolium pratense (L.)), кг/га | 38,81 | 12,42 | 6,81 | 2,27 | 0,01 | 3,73 | 4,33 | – |
Мятлик луговой (Poa pratensis (L.)), кг/га | 11,61 | 38,57 | 8,62 | 4,25 | 1,25 | 2,34 | 0,87 | 0,10 |
Горошек мышиный (Vicia cracca (L.)), кг/га | 4,82 | 22,28 | 0,26 | 1,48 | – | 0,37 | 0,64 | – |
Клевер ползучий (Trifolium repens (L.) C. Presl), кг/га | – | 1,60 | 1,72 | 2,04 | 1,02 | – | – | 0,14 |
Тысячелистник обыкновенный (Achillea millefollum (L.)), кг/га | 4,88 | 0,20 | – | 1,30 | 0,33 | – | – | – |
Чина душистая (Lathyrus odoratus (L.)), кг/га | 1,94 | 5,73 | 5,53 | 8,13 | 0,05 | 2,05 | 0,17 | 0,60 |
Лесолуговой ценотип | ||||||||
Золотарник обыкновенный (Solidago virgaurea (L.)), кг/га | – | 4,18 | – | 1,22 | – | 0,24 | – | – |
Клевер люпиновидный (Trifolium lupinaster (L.)), кг/га | 19,48 | 0,26 | 7,25 | – | 1,34 | – | 0,01 | – |
Нивяник обыкновенный (Leucanthemum vulgare (L.)), кг/га | – | – | – | – | 0,02 | – | – | – |
Подмаренник настоящий (Galium verum (L.)), кг/га | 4,86 | – | – | – | – | – | – | – |
Ястребинка зонтичная (Hieracium umbellatum (L.)), кг/га | 17,21 | 11,54 | 16,16 | 4,26 | – | 0,95 | – | – |
Фиалка душистая (Viola odorata (L.)), кг/га | 1,49 | – | – | 0,12 | 0,41 | 0,52 | 0,12 | 0,75 |
Синантропный ценотип | ||||||||
Борщевик обыкновенный (Heracleum sphondylium (L.)), кг/га | – | – | – | – | – | – | – | 0,14 |
Иван-чай узколистный (Chamaenerion angustifolium (L.)), кг/га | 7,37 | 23,52 | 7,88 | 0,69 | 7,28 | 1,21 | – | – |
Мать-и-мачеха обыкновенная (Tussilago farfara (L.)), кг/га | – | – | 3,24 | 0,14 | – | – | – | – |
Одуванчик лекарственный (Taraxacum officinale (L.)), кг/га | 2,42 | 0,68 | – | 0,08 | – | – | – | – |
Пижма обыкновенная (Tanacetum vulgare (L.)), кг/га | 0,54 | 3,02 | – | 0,19 | 0,82 | 0,87 | – | – |
Подорожник большой (Plantago major (L.)), кг/га | – | 0,80 | – | – | – | – | – | – |
Полынь обыкновенная (Artemisia vulgaris (L.)), кг/га | 1,96 | 1,45 | 4,66 | 2,90 | – | – | – | – |
Скерда мелкоцветковая (Crepis micrantha (L.)), кг/га | – | 1,91 | – | – | – | – | – | – |
Прибрежный ценотип | ||||||||
Тростник обыкновенный (Phragmites australis (L.)), кг/га | 11,54 | 3,14 | 1,73 | 4,30 | 0,42 | – | – | – |
Итого на ПП, кг/га | 146,44 | 175,09 | 73,46 | 37,50 | 26,35 | 24,69 | 14,58 | 5,58 |
Наибольшее количество произрастающих видов, на золоотвале №1 Рефтиснкой ГРЭС, относятся к семействам бобовые (Fabaceae): Vicia cracca (L.), Trifolium pratense (L.), Lathyrus odoratus (L.), Trifolium lupinaster (L.), Trifolium repens (L.) C. Presl; астровые (Asteraceae): Cirsium arvense (L.), Hieracium umbellatum (L.), Achillea millefollum (L.), Crepis micrantha (L.), Tanacetum vulgare (L.), Taraxacum officinale (L.), Leucanthemum vulgare (L.), Tussilago farfara (L.), Solidago virgaurea (L.), Artemisia vulgaris (L.); и вересковые (Ericaceae): Pyrola rotundifolia (L.), Chimaphila umbellata (L.), Orthilia secunda (L.) House, Vaccinium myrtillus (L.).
Наибольшее распространение по исследуемому участку имеют виды из семейства: Fabaceae – Trifolium pratense L. и Vicia cracca L.; Asteraceae –Hieracium umbellatum L., Artemisia vulgaris L., Tanacetum vulgare L. и Achillea millefollum L.; Poaceae – Poa pratensis L.
Для комплексной и подробной оценки живого напочвенного покрова важно оценить распределение его видов и надземной фитомассы по ценотипам, графическое отображение наших данных представлено на рисунках 1 и 2.
Наибольшее количество видов зафиксировано на ПП Р10, что объясняется наименьшей относительной полнотой древостоя. Наименьшее количество видов наблюдается на ПП Р9 и Р1, характеризующихся наибольшими возрастом и высотой древостоев, и их высокой относительной полнотой.
Под пологом более молодых лесных культур (ПП Р11, Р10, Р5, Р7) как по количеству видов, так и по фитомассе преобладают луговые виды. Под пологом сосняков более старшего возраста (ПП Р3, Р13, Р9, Р1) по фитомассе преобладают лесные виды, что свидетельствует о том, что под данными древостоями сформировалась лесная среда.
Рисунок 1 - Распределение количества видов живого напочвенного покрова по ценотипам
Рисунок 2 - Распределение фитомассы живого напочвенного покрова по ценотипам
Соотношение надземной фитомассы ЖНП и его проективного покрытия представлены на рисунке 3.
Рисунок 3 - Надземная фитомасса и среднее проективное покрытие живого напочвенного покрова
Помимо снижения общего проективного покрытия и надземной фитомассы ЖНП в условиях недостатка солнечного света светолюбивые виды вытесняются и сменяются теневыносливыми. Этим, вероятно, и объясняются значительные изменения в видовом составе ЖНП по сравнению с данными Е. С. Залесовой с соавторами .
В целом данные полученные в ходе настоящего исследования, согласуются с результатами исследований десятилетней давности.
4. Заключение
В результате исследования были сделаны следующие выводы:
1. Всего на исследуемой территории зафиксирован 31 вид живого напочвенного покрова. Это на 12 меньше, чем было зафиксировано десять лет назад. При этом одинаковых видов зафиксировано всего 16.
2. Наиболее часто под пологом искусственных сосняков встречаются следующие виды: мятлик луговой (Poa pratensis L.), ортилия однобокая (Orthilia secunda L. House), чина душистая (Lathyrus odoratus (L.)), клевер луговой (Trifolium pratense L.), земляника лесная (Fragaria vesca (L.)), иван-чай узколистный (Chamaenerion angustifolium L.), горошек мышиный (Vicia cracca L.), фиалка душистая (Viola odorata (L.)).
3. За десятилетний период фитомасса ЖНП значительно уменьшилась с 12,8-725,4 кг/га, до 5,6-175,1 кг/га. При этом чем старше лесные культуры, тем меньше надземная фитомасса и проективное покрытие ЖНП под их пологом.
4. Под пологом более молодых лесных культур как по количеству видов, так и по фитомассе преобладают луговые виды. Под пологом сосняков более старшего возраста по фитомассе преобладают лесные виды.