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 [1].
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 [2], [3], [4], [5]. Одним из таких объектов, требовавших вмешательства человека, является золоотвал № 1 Рефтинской ГРЭС [6], [7]. Площадь данного золоотвала составляет 440 га. [8]
В 2012 году коллектив авторов Уральского государственного лесотехнического университета провели оценку видового состава живого напочвенного покрова на объектах лесной рекультивации золоотвала Рефтинской ГРЭС [6]. 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 [9]. 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 [10].
В ходе рекультивации золоотвала производилась механизированная посадка лесных культур лесопосадочной машиной ЛМД-81. Посадка производилась на заранее насыпанный слой почвогрунта толщиной 10-50 см
[7](Pinus sylvestris L.)[11][12]
Таксационная характеристика древостоев, под пологом которых изучался ЖНП, определялась по данным, собранным на пробных площадях (ПП). [13]
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
[14]
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) [13]. [15]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 [16], [17], [18], [19]. После определения все виды растений ЖНП распределялись по семействам и ценотипам: лесные, луговые, лесолуговые, лесные и луговые синантропы [20].
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.
Таксационная характеристика искусственных древостоев
| Средние | Густота текущая, тыс. шт./га | Сумма площадей сечений, м2Missing Mark : sup/га | тельная полнота | Запас древостоя, м3Missing Mark : sup/га | Класс бонитета | ||||
| 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 |
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 | ||||||||
| Pyrola rotundifolia | 0,23 | 2,12 | – | 0,16 | 1,02 | 0,73 | – | – |
| Fragaria vesca | 5,47 | 8,25 | 0,42 | 2,28 | 0,84 | 0,25 | – | 0,02 |
| Chimaphila umbellata | – | – | – | 0,40 | 0,23 | 7,27 | 2,73 | – |
| Rubus saxatilis | – | – | – | – | – | – | 1,00 | 2,75 |
| Orthilia secunda | 7,23 | 5,13 | 9,06 | 1,23 | 11,31 | 4,16 | 4,72 | 0,05 |
| Vaccinium myrtillus | 0,06 | – | – | – | – | – | – | – |
| Stellaria nemorum | – | – | 0,12 | – | – | – | – | – |
| Carex pilosa | 1,50 | 26,63 | – | – | – | – | – | – |
| Aegopodium podagraria | – | – | – | – | – | – | – | 1,03 |
| Луговой ценотип | ||||||||
| Cirsium arvense | 3,02 | 1,66 | – | 0,06 | – | – | – | – |
| Trifolium pratense | 38,81 | 12,42 | 6,81 | 2,27 | 0,01 | 3,73 | 4,33 | – |
| Poa pratensis | 11,61 | 38,57 | 8,62 | 4,25 | 1,25 | 2,34 | 0,87 | 0,10 |
| Vicia cracca | 4,82 | 22,28 | 0,26 | 1,48 | – | 0,37 | 0,64 | – |
| Trifolium repens | – | 1,60 | 1,72 | 2,04 | 1,02 | – | – | 0,14 |
| Achillea millefollum | 4,88 | 0,20 | – | 1,30 | 0,33 | – | – | – |
| Lathyrus odoratus | 1,94 | 5,73 | 5,53 | 8,13 | 0,05 | 2,05 | 0,17 | 0,60 |
| Лесолуговой ценотип | ||||||||
| Solidago virgaurea | – | 4,18 | – | 1,22 | – | 0,24 | – | – |
| Trifolium lupinaster | 19,48 | 0,26 | 7,25 | – | 1,34 | – | 0,01 | – |
| Leucanthemum vulgare | – | – | – | – | 0,02 | – | – | – |
| Galium verum | 4,86 | – | – | – | – | – | – | – |
| Hieracium umbellatum | 17,21 | 11,54 | 16,16 | 4,26 | – | 0,95 | – | – |
| Viola odorata | 1,49 | – | – | 0,12 | 0,41 | 0,52 | 0,12 | 0,75 |
| Синантропный ценотип | ||||||||
| Heracleum sphondylium | – | – | – | – | – | – | – | 0,14 |
| Chamaenerion angustifolium | 7,37 | 23,52 | 7,88 | 0,69 | 7,28 | 1,21 | – | – |
| Tussilago farfara | – | – | 3,24 | 0,14 | – | – | – | – |
| Taraxacum officinale | 2,42 | 0,68 | – | 0,08 | – | – | – | – |
| Tanacetum vulgare | 0,54 | 3,02 | – | 0,19 | 0,82 | 0,87 | – | – |
| Plantago major | – | 0,80 | – | – | – | – | – | – |
| Artemisia vulgaris | 1,96 | 1,45 | 4,66 | 2,90 | – | – | – | – |
| Crepis micrantha | – | 1,91 | – | – | – | – | – | – |
| Прибрежный ценотип | ||||||||
| Phragmites australis | 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 (
Наибольшее распространение по исследуемому участку имеют виды из семейства:
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
Распределение количества видов живого напочвенного покрова по ценотипам
Распределение фитомассы живого напочвенного покрова по ценотипам
[6] [6]
Соотношение надземной фитомассы ЖНП и его
проективно покрыти
Надземная фитомасса и среднее проективное покрытие живого напочвенного покрова
Данные рисунка 3 свидетельствуют, что надземная фитомасса и проективное покрытие ЖНП уменьшаются с увеличением возраста лесных культур. Это объясняется тем, что при увеличении возраста насаждения, растет показатель относительной полноты лесных культур (как и сомкнутость крон), что приводит к сокращению количества солнечного света, проникающего под полог древостоев. Показатели проективного покрытия живого напочвенного покрова находятся в пределах от 5,1 до 31,0%.
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 [6].
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
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.