[ 2
ВВЕДЕНИЕ (общая характеристика работы)
Актуальность темы. В лесной зоне России и в том числе на её Северо-Западе были
осушены открытые и слабо облесённые торфяные болота. На многих из них произрастают
сосновые насаждения естественного и искусственного происхождения разного возраста и
различной продуктивности, но вопросы их мелиорации и рационального использования в лесохозяйственных и иных (для разработки торфа и охраны болотных экосистем) целях ещё не до конца обоснованы. Необходимо учитывать и то, что болота продолжают расти вверх, увеличивая толщу торфяной залежи (ТЗ) с неуклонным постепенным обеднением её верхнего слоя, и вширь, подтопляя леса на некоторых сопредельных суходолах, что может привести к снижению их производительности.
Связь работы с научными программами. Диссертационная работа подготовлена в 2008-2011 гг. в процессе исследований по теме плана Рослесхоза Министерства сельского хозяйства по базовому проекту 38 (42) «Осушение».
Цель исследований – обоснование рационального хозяйственного использования торфяных болот на землях лесного фонда для увеличения покрытой лесом площади и для добычи торфа на примере наиболее распространённых на Северо-Западе РФ болотных урочищ трёх классов: класса замкнутых и сточных впадин, класса пологих склонов и класса логов.
Задачи исследований:
1) уточнение производительности сосновых насаждений естественного и искусственного происхождения, сформировавшихся на длительно осушаемых открытых и слабо облесённых торфяных болотах (болотных урочищах) различных классов;
2) выявление влияния болот с низкими суходолами на рост сосновых насаждений на границе «болото – лес на суходоле» в связи с заболачиванием и осушением;
3) обоснование разделения торфяных болот по видам хозяйственного использования (для выращивания леса, добычи торфа) с учётом их охраны.
Научная новизна:
1) определены средние расчётные запасы сосновых насаждений естественного и искусственного происхождения в возрасте 60 лет, сформировавшихся на открытых торфяных болотах различного типа в результате длительного (до 50-115 лет) их осушения;
2) прослежено влияние 40-летнего наступления болота на низкий суходол и 30-летнего его осушения на примере сосновых насаждений, подтверждающее целесообразность прокладки оградительных каналов по границе «болото – лес на суходоле»;
3) обосновано разделение торфяных болот по видам хозяйственного использования с учётом мощности торфа (менее 1 м для выращивания леса и более 1 м для торфяной промышленности) и его трофности.
Практическая значимость.
Выполненные исследования позволяют более обоснованно:
1) производить выбор объектов гидролесомелиорации при осушении торфяных болот с целью реального увеличения покрытой лесом площади с обеспечением производительности насаждений на уровне не ниже I-III классов бонитета;
2) размещать каналы лесоосушительной сети на местности с учётом фациальной структуры болотных урочищ и формы сеток линий стекания болотных вод и предотвращения наступления болот на низкие суходолы;
3) выделять среди торфяных болот на землях лесного фонда лесохозяйственный и промышленный болотный фонды с учётом охраны наиболее ценных болотных угодий.
Обоснованность выводов. Обеспечена анализом результатов собственных исследований на 10 длительно осушаемых болотных урочищах с 24 болотными фациями, 67 постоянными пробными площадями (ПП) и 95 таксационными учётами на них в Ленинградской и Новгородской областях с использованием материалов ранее полученных на них другими авторами – аспирантами и сотрудниками СПбНИИЛХ и Финляндского государственного НИИ леса по общепринятым в лесной таксации и гидролесомелиорации методикам. Дополнительно были привлечены опубликованные материалы СПбНИИЛХ по данной проблеме для Псковской области массивов.
Личный вклад. Автор составил программу, методику и подобрал часть новых объектов исследований, участвовал в сборе полевых материалов, выполнил комплексный анализ собранных данных и разработал рекомендации для производства.
Предмет защиты:
1) таксационные показатели сосновых насаждений различного происхождения в возрасте 60 лет, возникших после оптимального осушения торфяных болот;
2) рекомендации по размещению каналов осушительной сети при осушении торфяных болот в лесохозяйственных целях с учётом их фациальной структуры и предотвращения наступления болот на низкие суходолы.
3) разделение торфяных болот в лесном фонде на две категории по видам хозяйственного использования: лесохозяйственный и промышленный болотный фонды.
Апробация. По теме диссертации опубликовано 13 работ, в том числе 6 в журналах «Лесное хозяйство» (2010), «Вестник МАНЭБ» (2010, 2011), «Мелиорация и водное хозяйство» (2011), в «Известих Санкт-Петербургского лесотехнического университета (2011), 1 в материалах международной конференции «Белые ночи» (г. Великий Новгород, 2011), 5 в материалах симпозиумов, конференций и совещаний с международным участием (г. Великий Новгород – г. Валдай, 2010; г. Тихвин Ленинградской области, 2011) и всероссийской научно-практической конференции (Санкт-Петербург – пос. Лисино-Корпус, 2011) и 1 в трудах СПбНИИЛХ (2010). В большинстве работ, подготовленных с соавторами, вклад соискателя является основным.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и списка использованных источников с 187 наименованиями, из них 12 зарубежных. Содержит 157 страниц текста, 32 рисунка, 31 таблицу и 2 приложения.
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА
Открытые и слабо облесённые торфяные болота в лесном фонде России и на её СевероЗападе (Ленинградская, Новгородская и Псковская области) занимают соответственно не менее 109,5 и 1,4 млн га (Сабо, Иванов, Шатилло, 1981). Из них было осушено в лесохозяйственных целях, начиная с 1775 года, около 1,2 и 0,2 млн га (Константинов, 2000; Константинов, Порошин, 2007), а площадь начатых разработкой и выработанных для добычи торфяных месторождений достигает 0,25-0,3 млн га (Кузьмин, 1997; Киселёв и др., 1999).С точки зрения возможного влияния осушения и освоения торфяных болот на изменение климата Земли (Алексеев и др., 1994; Боч и др., 1994), эти цифры не очень велики. Однако для ведения хозяйства и охраны земель в отдельных субъектах РФ они имеют определённое значение, что было рассмотрено на примере Ленинградской области (Константинов, Безпалько, Великанов и др., 2004).
Лесоводственную эффективность осушительной мелиорации торфяных болот в районе исследований изучали учёные СПбГЛТУ (Б.В.Бабиков), СПбНИИЛХ (М.М.Елпатьевский, В.К.Константинов, А.А.Книзе, В.Г.Рубцов) и их аспиранты. Результаты этих работ изложены в монографиях (Елпатьевский и др.,1978; Рубцов, Книзе, 1981; Пахучий, 1985; Константинов и др., 1995; Леса земли Новгородской, 1998; Красильников, 1998; Смирнов, Грязькин, 2003;
Бабиков, 2004; Мелиоративно-болотные стационары России, 2006; Константинов, Порошин, 2007; в практических руководствах и в ряде других публикаций (Бабиков, 1994, 1997; Ахти и др., 2004). Эти исследования проводились преимущественно в сосновых насаждениях, которые наиболее (42,8%) распространены в мелиоративном фонде Северо-Запада и представляют больший интерес для ведения лесного хозяйства и лесоэксплуатации.
Материалы исследований СПбНИИЛХ были обобщены с использованием биогеоценотической классификации заболоченных лесов и болот, рекомендованной «Основными положениями по гидролесомелиорации» (1995) и отражены в работе В.К.Константинова и А.А.Порошина (2007) на примере сосняков, произрастающих на оптимально осушенных болотах – болотных урочищах двух классов: класса замкнутых и сточных впадин и класса пологих склонов.
В этой работе, вслед за С.А. Стекольниковым (2006), биогеоценотическая классификация переувлажнённых лесов Н.И. Пьявченко (1985) объединена с ландшафтногенетической или ландшафтно-геоморфологической классификацией болотных урочищ Е.А.Галкиной (1959) в «ландшафтно-типологическую» классификацию с устранением в ней излишней детализации (Стекольников выделил 5 групп отзывчивости болот на осушение).
В ландшафтно-типологической классификации лесоводственная эффективность осушения земель рассмотрена по группам типов условий местопроизрастания (ТУМ) и типов болот для трёх групп: болотно-разнотравная (низинные), травяно-сфагновая (переходные) и сфагновая (верховые).
Особенностью ландшафтно-типологической классификации является то, что в ней сделана попытка учесть зависимость лесоводственного эффекта осушения от положения отдельно взятой болотной фации (с которой биогеоценоз имеет много общего) в границах болотного урочищ – болотного или лесоболотного массива. Отметим, что экологическому значению некоторых ландшафтных признаков большое значение придаётся в работах Д.М.Киреева (2007; и др.).
В итоге была определена расчётная производительность 40-летних естественных насаждений и культур сосны, возникших на болотах после их оптимального осушения (Стекольников, 2006), и расчётная производительность сосняков на торфяных почвах естественного происхождения, мелиорированных в разном возрасте, через 50 лет их оптимального осушения. В первом случае расчётные запасы насаждений естественного происхождения составили 325-35 м3га, а во втором – 250-150 м3га. В возрасте 50 лет такие запасы могут соответствовать ходу роста нормальных сосновых насаждений I-III классов бонитета Ленинградской области при полноте 1,0.
Всё это указывает на большую эффективность осушения безлесных болот, но установленные показатели нуждаются в уточнении по ряду причин. Во-первых, в обобщающих работах, указанных выше, и др. (Чикалюк, 2008), допущено объединение результатов, полученных при осушении открытых болот и уже покрытых лесом разного возраста. Во-вторых, не были охвачены исследованиями болотные урочища класса логов. В-третьих, появилась возможность определить расчётные запасы сосняков, возникших на осушаемых болотах, для возраста лет, что представляет интерес для перехода на сокращённый оборот рубки. И, в-четвертых, не достаточно освещена лесоводственная эффективность лесокультурного освоения осушаемых болот.
Охране болот посвящено много работ (Боч, Смагин, 1993; Красная книга природы Ленинградской области, 1999; и др.), но из поля зрения выпали вопросы охраны естественно дренированных земель – суходолов от подтопления и поглощения их агрессивно наступающими торфяными болотами. Одни (М.С.Боч, Ф.З.Глебов, Г.А.Елина, В.Н.Кирюшкин, О.Л.Лисс, Н.И.Пьявченко и др.) убеждены, что разрастание болот в настоящее время затормозилось или практически прекратилось, другие (Л,И.Инишева; С.М.Новиков; и др.) считают, что масштабы заболачивания ещё велики (Корчагин и Нейштадт, 1966) и даже не компенсировались объёмами осушительных работ (Кузьмин, 1997).
Изучалось влияние осушения болот на рост леса на сопредельных суходолах. Выявлено в ряде условий снижение прироста суходольных лесов на границе с осушаемыми болотами (Смоляк, 1970;.; Сабо, 1976; Ушаков, 1979), но влияние это было не существенным (Корепанов и др., 1978; Рубцов и др., 1981; Sawicki, 1971).
Заметим, что упомянутые работы, сделаны без учёта прилегания болот к осушаемым землям, ландшафтной классификации болотных урочищ Е.А.Галкиной (1959) – К.Е. Иванова (1975) или относятся к песчаным суходолам с выраженными коренными берегами (Бойко и др., 1971; Сабо, 1976; Корепанов и др., 1978).
Для дальнейшего изучения этого вопроса, исходя из классификации болотных урочищ, следует обратить внимание на болотные массивы с низкими суходолами.
При одинаковой зольности торфа одни и те же болота могут отвечать требованиям торфяной промышленности и лесного хозяйства. Необходимо разделить болота на категории, отвечающие интересам этих двух отраслей народного хозяйства, и уточнить границу выделения промышленной торфяной залежи, которая в среднем принималась равной 0,7 м и, на наш взгляд, может быть увеличена.
Из состояния вопроса вытекает основная цель исследования – дать рекомендации по рациональному хозяйственному использованию торфяных болот на землях лесного фонда Северо-Запада РФ, тем более, что прекращённые в 90-х годах прошлого века работы по их гидролесомелиорации и для добычи торфа имеют перспективу для возрождения.
2. ПРОГРАММА, МЕТОДИКА, ОБЪЕКТЫ И ОБЪЁМ ИССЛЕДОВАНИЙ
Для достижения намеченной цели сформулированы три задачи диссертационной работы, предусматривающие:первая - уточнение производительности и других таксационных характеристик сосновых насаждений естественного и искусственного происхождения, сформировавшихся на длительно (до 50-115 лет) оптимально осушаемых болотных урочищах различных классов.
До мелиорации они были показаны лесоустройством открытыми болотами или болотными лесам низкой (на уровне V-Va классов бонитета) производительности. Основное внимание было уделено болотным урочищам и фациям с переходно-низинными, переходными и верхово-переходными ТЗ с простым и сложным их строением в верхнем метровом слое, относящимися по лесорастительным условиям к двум группам: ТУМ II (травяно-сфагновой с переходными болотами мезотрофного атмосферно-грунтового питания) и ТУМ III (сфагновой с верховыми и верхово-переходными болотами олиготрофного питания с зольностью торфа выше 2-4 %);
вторая – выявление влияния болот с низкими суходолами на рост сосновых насаждений на границе «болото – лес на суходоле» в связи с заболачиванием и осушением земель;
третья – обоснование разделения основе лесоводственно-мелиоративных изысканий торфяных болот по видам хозяйственного использования (для выращивания леса, добычи торфа) с учётом их охраны.
Основные исследования проводились на постоянных пробных площадях (ПП), заложенных СПбНИИЛХ, Финляндским НИИ, начиная с 30-60 гг. прошлого века, и соискателем, на опытных и опытно-производственных объектах.
При закладке ПП и производстве таксационных перечётов с отбором модельных средних ступеней древостоя использовали общепринятые методики (Елпатьевский, 1971; Рубцов, Книзе, 1977; Третьяков, Горский, Самойлович, 1952; Ананьев, 1999; и др.) с оценкой типов леса (болот) до и после осушения в соответствии с «Основными положениями по гидролесомелиорации» (1995) и по В.Н.Федорчуку с соавторами (1986, 2002, 2005). Для древостоев определяли общий, текущий и за период осушения классы бонитета и дополнительное накопление запаса (ДНЗ), по В.Г.Рубцову и А.А.Книзе (1981).
ПП размещались как единично, так и сериями (рис. 1) с гидрологическими скважинами для наблюдения за положением и динамикой уровня почвенно-грунтовых вод (УГВ), по С.Э.Вомперскому (1964), и почвенными разрезами.
При выборе мест закладки ПП использовали данные по опытным объектам, разновременные лесоустроительные планы, аэрофотоснимки (АФС) и топокарты масштабов 1: – 1:25000, проекты лесоосушения и разработки торфяных месторождений, а также материалы торфяного фонда по Ленинградской и Новгородской областям (1963; 1950).
Во всех случаях ПП привязывали к исходным до осушения болотным фациям с определением положения их границ на территории конкретного болотного урочища с учётом горизонталей рельефа местности, растительного покрова, характеристик ТЗ, водного питания и подстилающих торф грунтов (Киреев, 2007; и др.).
Рис. 1. Пример размещения ПП, заложенных автором в сосновых насаждениях на: а) переходном торфянике (7а) и песчаном острове (8а) – объект «Тосно»; б) окрайке верхового торфяника с верховой (1), верхово-переходной (2) и переходной (3) ТЗ – объект «Шапки». Прямые линии – О богатстве лесорастительных условий судили по анализам почв, выполненных в почвенных лабораториях СПбНИИЛХ и Гипроторфразведки. Образцы торфа для определения зольности, кислотности, степени разложения и ботанического состава торфа отбирались послойно через 10 см до глубины 0,5-1,0 м.
На степень дренированности земель на участках с ПП указывали наблюдения за положением уровня грунтовых вод (УГВ), имевшиеся за ряд лет в СПбНИИЛХ, и наши замеры на год учёта, которые сопоставлялись с требуемой нормой осушения (Определение норм осушения…, 1989; Рекомендации по практической гидролесомелиорации, 2006). При этом учитывалось положение ПП на межканальной полосе, густота осушительной сети, глубина и техническое состояние каналов (Константинов, 1979; Основные положения по гидролесомелиорации, 1995).
Для разделения земель торфяного фонда на категории по хозяйственному их использованию и для охраны дополнительно привлекали литературные данные по этим вопросам и материалы лесоустройства.
Всего в общей сложности на 10 болотных урочищах (рис. 2) с 24 болотными фациями в Ленинградской и в Новгородской областях было исследовано 67 ПП с 95 учётами на них.
Автор принимал непосредственное участие при последних учётах на 23 постоянных ПП на из 10 выше названных болотных урочищах. Кроме того, для решения поставленных вопросов привлекались материалы по другим объектам и ПП, имеющиеся у СПбНИИЛХ, и в том числе по Псковской области.
3. ЛЕСОВОДСТВЕННАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ДЛИТЕЛЬНОГО ОСУШЕНИЯ
ОТКРЫТЫХ И ОБЛЕСЁННЫХ СОСНОЮ ТОРФЯНЫХ БОЛОТ В СВЯЗИ С ИХ
ФАЦИАЛЬНОЙ СТРУКТУРОЙ
Торфяные болота класса замкнутых и сточных впадин наиболее распространены в таёжной зоне и в районе наших работ (Боч, Смагин, 1993; Юрковская, 1992).Исследовалась северная часть болотного массива «Ширский, мох» (рис. 3а) с 20 ПП (табл. 1), которые были заложены в разное время в кв. 69 параллельно просеке между кв.кв.
69/70. Профиль строения ТЗ резко выпуклого верхового болота по направлению этой просеки, начиная от озера, приведён на рис. 3б.
Насаждения здесь, преимущественно сосновые, возникли вслед за первоначальной мелиорацией 1896 и 1913 гг. или имели перед ней небольшой (5-35 лет) возраст. На одном участке были созданы посадки сосны с удобрением NPK и без удобрения.
Хорошо просматривается зависимость лесоводственной эффективности осушения от строения ТЗ с формированием сосняков торфяных, черничных и кисличных осушенных типа С.КТО, С.ЧЕРТО и С.КИСТО. Запасы сосняков в возрасте 100-120-140 лет возрастают от 60-170 м3/га на верховой и верхово-переходной ТЗ до 300-450 м3/га на переходно-низинной и низинной ТЗ.
I II III
Рис. 2 – Схемы фациальной структуры и строения ТЗ болотных урочищ класса замкнутых и сточных впадин (I), пологих склонов (II) и логов (III) на объектах исследования. ТЗ верховая (1), верхово-переходная (2), переходная (3), переходно-низинная (4), низинная (5) Рис. 3. Фациальная структура болотного урочища «Ширский мох» класса сточных впадин (а) и поперечный профиль строения его ТЗ с верховыми сфагновым (1), пушицево-сфагновым (2), переходным (3) и низинным (4) торфами по просеке между кв.кв. 69/70 и 77/78 с положением ПП, Зависимость лесоводственной эффективности осушения северной окрайки верхового болота «Ширский мох», сложенной торфами различной трофности в верхнем метровом слое Торфяные болота класса пологих склонов. Объектом с наиболее длительной мелиорацией является болото «Тосно» с глубокой (до 3 м) переходной и переходно-низинной ТЗ на моренном суглинке. Сейчас он представлен сосновым массивом который сформировался в результате двухэтапного осушения 1912 и 1962 гг. (рис. 4, табл. 2).Рис. 4. АФС соснового лесного массива «Тосно» на пологом склоне плоского глубокого переходного болота. Рисунок взят из (Константинов с соавторами, 2008) и дополнен нами ПП 5а, 6а, 7а и 8а. Сплошные линии – каналы 1962 г., пунктирные – каналы 1912 г.
Перед первым осушением каналами глубиною 1 м через 200-210 м болото было частично безлесным, а на большей части произрастали сосняки II класса возраста V-Va бонитета. В напочвенном покрове преобладали сфагнумы, болотные кустарнички. В 1951 году насаждения были протаксированы лесоустройством как сосняки багульниковые I-V (преимущественно II-IV) классов возраста III-IV классов бонитета.
При реконструкции мелиоративной сети в 1962 году расстояния между осушителями сократили в 2 раза путём прокладки между старыми новых каналов. Это способствовало дальнейшему улучшению лесорастительных условий и повышению производительности лесов с формированием насаждений типа С.ЧЕРТО и С.КИСТО Iа – III классов бонитета с запасами 300-580 м3/га в IV и VII классах возраста, что выше средних запасов спелых и перестойных древостоев (около 250 м3/га) на Северо-Западе России и имеет значение для других видов пользования лесом (Фролов и др., 2010).
Наибольшая производительность в сопоставимом возрасте получена в культурах сосны. Так, в одинаковых лесорастительных условиях ТУМ II с переходной ТЗ запас 35-летних культур сосны (ПП 3а) составил 308 м3/га при 404 м3/га в 65-летнем древостое (ПП 1а), возникшем после мелиорации торфяного болота естественным путём, и при 351 м3/га в 125летнем насаждении (ПП 2а), осушенном во II классе возраста.
Сравнительная производительность осушаемых сосняков на переходном торфянике Лес, возникший после осушения (ПП.1а в кв. 13), ТЗ переходная, более 1 м Примечание:1) С.ч. – С.ЧЕРТО, С.к. – С.КИСТО; 2) насаждение пострадало от ветровала Последующие через 5 лет учёты подтвердили высокую лесоводственную эффективность осушения переходных и переходно-низинных ТЗ и указывают на сближение запасов молодых и старых сосновых насаждений (сравни ПП 1а и ПП 4б в табл. 2). Это, как и то, что насаждение на ПП 2а существенно пострадало от ветровала, следует учитывать при планировании лесопользования на осушаемых болотах, сокращая возраст рубки.
Приведённые в табл. 2 результаты близки к данным, полученным в аналогичных условиях на глубоком верховом торфяном болоте класса сточных впадин «Отхожий лес» (см. табл. 1).
Торфяные болота класса логов. Наибольший интерес представляет болотное урочище «Метсола» в Линдуловском лесничестве на Карельском перешейке, осушенное финскими учёными (Lukkala, 1949) в 1930-х годах, на котором мы проводили исследования в 2010 году.
Здесь нами собран и обработан большой материал, который частично представлен в табл. 3 и на графиках (рис. 5).
Таксационная характеристика сосновых насаждений (Ахти и др., 2004) в нашей обработке и динамика УГВ на ПП в северной части торфяного болота «Метсола»
(Проект реконструкции…, 2001) класса логов в Линдуловском лесничестве Примечание: 1) за период осушения 70 лет; 2) общее количество дней замеров УГВ за 4 года Запас, м3/га Рис. 5. Графики зависимости между запасами (а) и ДНЗ (б) осушаемых сосновых и еловых насаждений на торфяном болоте «Метсола» в зависимости от положения среднего Из графиков, построенных по данным табл. 3, между запасом и ДНЗ осушаемых насаждений и положением уровня грунтовых УГВ видна чёткая зависимость. При оптимальном водном режиме, которому соответствует понижение среднего за вегетационный период УГВ на 40 см, можно рассчитывать на получение запасов древесины через 70 лет осушения в сосняках травяно-сфагновой группы ТУМ II (окрайка болота), кустарничково-сфагновой группы ТУМ III.1 (склон к срединному логу болота, торф менее 1 м) и кустарничково-сфагновой группы ТУМ III.2 (срединный лог болота, торф более 1 м), равных в V-VI классе возраста соответственно 440, 275 и 200 м3/га при величине ДНЗ порядка 4,1, 3,3 и 2,1 м3/га в год.
В табл. 4 обобщены результаты исследований на ПП с учётом различных факторов, включая положение болотной фации в болотном урочище и показана производительность осушаемых сосновых насаждений в возрасте 60 лет, произрастающих на торфяных болотах различных классов.
Зависимость производительности осушаемых сосновых естественного происхождения насаждений в возрасте 60 лет от типов торфяных залежей, отложившихся в болотных урочищах трех классов: замкнутых и сточных впадин, пологих склонов и логов Примечания: 1) Тип ТЗ: Н – низинная, ПН – переходно-низинная, П – переходная, ВП – верховопереходная, В – верховая; 2) ТЗ удобрена NPK; 3) О – Окрайка (периферийная часть болота), Св, Сс, Сн – склон верхний, средний, нижний, Л – лог Установлено, что производительность сосновых насаждений на осушаемых болотах в основном определяется качеством ТЗ в её верхнем мелиоративном слое и в меньшей степени положением болотной фации в болотном урочище. При сопоставимых лесорастительных условиях она не зависит от класса болотного урочища. Производительность культур во всех случаях превышает производительность естественных насаждениях, а внесение NPK удобрений позволяет получить высокие лесоводственные результаты даже на верховых ТЗ. Осушение верховых ТЗ без удобрения с лесоводственной точки зрения бесперспективно.
На объектах исследований выявлены некоторые закономерности размещения болотных фации в болотных урочищах и особенности строения их ТЗ:
для болот замкнутых и сточных впадин характерны фации с простыми и сложными ТЗ с нарастанием доли бедных верховых торфов в их составе с удалением от окраек, нижних и средних склонов к центральным плоским участкам с грядово-мочажинным комплексом;
на болотах пологих склонов преобладают плоские склоны с верхово-переходными и переходными ТЗ. В нижней части склонов на контакте с суходолом богатство ТЗ, которые переходят в переходно-низинные и низинные, возрастает;
богатство ТЗ на болотах класса логов может увеличиваться по направлению от осевой линии лога к их периферии и в противоположном направлении.
По нашим наблюдениям, осушение торфяных болот класса логов с выраженным проточным водным режимом должно быть рассчитано не столько на понижение УГВ до нормы осушения, сколько на ускорение поверхностного стока.
ГЛАВА 4. ВЛИЯНИЕ БОЛОТ НА ЗАБОЛАЧИВАНИЕ ЛЕСОВ,
РАЦИОНАЛЬНОЕ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ С УЧЁТОМ ТРЕБОВАНИЙ
НАРОДНОГО ХОЗЯЙСТВА И ОХРАНЫ
Влияние болот и их осушения на рост сосновых насаждений на границе «болото – лес на суходоле». Известно, что болотные урочища в III стадии развития, могут наступать на суходолы (Кузьмин, 1993). Нами изучался рост леса на границе «болото-лес на суходоле» на трех объектах с низкими и высокими суходолами. В табл. 5 рассмотрена динамика таксационных показателей сосновых насаждений на 2 ПП, заложенных на осушаемом верховом слабо выпуклом с неглубокой верхово-переходной ТЗ болоте класса сточных впадин и на прилегающем низком суходоле.Динамика таксационных показателей насаждений на низком суходоле и окрайке наступающего на него слабовыпуклого верхового болота класса сточных впадин Примечание. Данные на год осушения выделены жирным шрифтом.
Исследование моделей сосны и почвы (дерновая средне-подзолистая глееватая на моренном суглинке) показало, что насаждение на суходоле испытывало до осушения подтопление со стороны болота, а исходные условия, учитывая большое участие осины в составе, соответствовали I классу бонитета. Наступление болота на суходол привело к оглеению почвы и уменьшило прирост по высоте ко времени осушения за 40 лет с 40 до 32 см в год. Общий класс бонитета за этот же период снизился до II-го.
Осушение и прокладка канала по границе «болото лес на суходоле», выполненные лет назад, ускорили рост суходольного и болотного насаждений. Общий бонитет в обоих случаях достиг I-Iа класса. Средний прирост в высоту за 30 последних лет составил соответственно 43 и 50 см в год, а запасы насаждений выросли до 387 и 297 м3/га.
Полученные данные свидетельствуют о том, что прокладка оградительного канала остановила процесс наступления болота на суходол и улучшила рост древостоя. Осушение остальной части прежде открытого и слабо облесённого болота (Беспалько и др., 2004) позволило реально увеличить площадь лесов, которые характеризуются производительностью на уровне I-III классов бонитета.
Влияние болота на рост леса на высоком суходоле изучали на интенсивно осушаемом переходном болоте «Тосно» класса пологих склонов (см. рис. 1а и 4). В 2010 году здесь были заложены ПП 7а на болотной окрайке, примыкающей к высокому (2,5 м) песчаному острову, и ПП 8а непосредственно на этом песчаном суходоле (табл. 6).
Таксационная характеристика насаждений на плоском переходном болоте класса пологих склонов «Тосно» и сопредельном высоком суходоле в связи с осушением ПП 7а на осушаемом болоте (ТЗ переходно-низинная глубиной 1,5-0,5 м) ПП 8а на высоком (2,5 м) суходоле (почва супесчаная на суглинке) Из сопоставления таксационных характеристик насаждений на этих ПП можно заключить, что болото, как и следовало ожидать, пока не оказало никакого влияния на рост сосняка черничного на высоком суходоле, но ТЗ постепенно наползает на него по уклону, равному 0,02. Производительность лесорастительных условий сосняка на суходоле при меньшем запасе (357 м3/га в возрасте 135 лет против 394 м3/га С.КИСТО в возрасте 125 лет на осушаемом болоте) характеризуется более высоким (Ia против I) классом бонитета.
Тем самым подтверждена необходимость предусматривать при гидролесомелиоративных работах технические решения, направленные на лесохозяйственное освоение болот с богатыми ТЗ, прежде всего окраек, и препятствующие наступлению болот на суходолы.
Обоснование отнесения болот к лесохозяйственному, промышленному и охраняемому торфяному фонду. Лесное хозяйство заинтересовано в облесении части богатых открытых болот, прежде всего с неглубоким (до 0,5-1,0 м) торфом, преимущественно их окраек. На неглубоких торфяниках дно осушительных каналов можно врезать в минеральный грунт, что позволит увеличить в ряде условий их долговечность (Константинов и др., 1995;
Сабо и др., 1981). Торфяная промышленность нуждается в разработке участков болот с большими запасами глубокого (более 1,5 м) торфа различного качества (Кузьмин, Созинова, 2001). Такие участки характерны для многих выпуклых верховых торфяников (см. рис. 3) и не представляют большого интереса для выращивания леса. Задачи охраны торфяных болот, как особо ценных природных комплексов, многообразны. Они преследуют чисто утилитарные цели (например, сохранение ягодных угодий), поддерживают среду обитания ценных и редких видов флоры и фауны, их биоразнообразие, имеют научное значение для изучения ряда экологических проблем. Выбор охраняемых торфяных болот не зависит ни от глубины, ни от богатства торфа. Необходимо соблюдать лишь одно условие – доля охраняемых болот не должна превышать определённый, научно обоснованный процент от их общей площади.
Рассмотрим этот вопрос на примере Ленинградской и Новгородской областей, по которым имеются данные о распределении торфяного фонда по глубинам и качеству ТЗ, которое связано с типом преобладающей растительности (табл. 7).
Распределение площади торфяных месторождений Ленинградской и Новгородской областей по глубинам торфяной залежи и преобладающему типу растительности (Кузьмин, Созинова, 2001; Константинов, Корольчук, Кузьмин и др., 2010) площадь болот торфяного фонда (1,6 млн га), примерно на 300 тыс. га (без учёта болот на сельскохозяйственных землях) превышает их площадь, выделенную лесоустройством (1,3 млн. га). Это связано с тем, что торфяники учитывают и леса в границах торфяных месторождений – торфяных урочищ. Можно полагать, что в районе исследований площадь болот, занятая лесом, приближается к 250-300 тыс. га и, вероятно, в основном расположена на низинных (евтрофных) и переходных (мезотрофных) ТЗ глубиною не более 0,7. Таким образом, остаётся ещё не менее 100-150 тыс. га потенциально богатых торфяных болот с неглубоким торфом пригодных для выращивания сосновых лесов высокой продуктивности;
до 200 тыс. га болот как особо ценных водно-болотных угодий (при достигнутом уровне в 12%) можно перевести в статус охраняемых, а остальная площадь (около 1 млн га) будет резервом для развития торфяной промышленности.
За линию раздела между лесохозяйственной и промышленной категориями ТЗ удобно взять глубину торфа, равную 1 м, тем более, что в разные периоды за минимальную глубину промышленной ТЗ принимали от 0,5 до 1,2 м, а в последние годы даже 1,5 м (Кузьмин, Созинова, 2001).
Рекомендации по осушению торфяных болот в лесном фонде с целью расширения покрытой лесом площади. Разработка рекомендаций была направлена на решение двуединой задачи:
1) правильный выбор участков в границах болотных урочищ с лесорастительными условиями ТЗ, позволяющими после осушения выращивать на них сосновые насаждения достаточно высокой (не ниже I-III классов бонитета) производительности;
2) обоснование метода, способа осушения и размещения осушительной сети на местности, обеспечивающих создание:
– оптимального водного режима на всей мелиорируемой площади без ухудшения её водно-минерального питания с применением мелиоративной техники, позволяющей прокладывать осушительные каналы глубиною 0,5-1,0 м;
– условий для предупреждения наступления торфяных болот на сопредельные суходолы и охрану этих земель от взаимного проникновения пожаров.
Решению первой задачи посвящена глава 3 диссертации, результаты которой дают основание откорректировать и дополнить новыми показателями ранее предложенную таблицу расчётной производительности оптимально осушаемых земель (Константинов, Порошин, 2007) (см. табл. 1), но уже применительно к соснякам естественного и искусственного происхождения в более старшем (60-летнем) возрасте, сформировавшимся на открытых и слабооблесённых торфяных болотах (табл. 8).
Расчётная производительность сосняков естественного и искусственного происхождения на осушаемых торфяных болотах Ленинградской, Новгородской и Псковской областей в возрасте 60 лет (при обеспечении оптимального для роста леса водного режима) лога низинных и переходных болот с зольностью ки, склоны и лога переходных и слабовыпуклых верховых болот с зольностью торфа более 3-5% реходных и слабовыпуклых верховых болот с верховых болот с зольностью торфа более 2-4% На основании табл. 8 к мелиорации рекомендуем только те участки открытых торфяных болот, независимо от класса болотного массива, где, без удобрения можно получить лесоводственные результаты, соответствующие 1 и 2 группам лесоводственной эффективности осушения.
При решении второй задачи прежде всего необходимо учитывать форму сетки линий стекания болотных вод (рис. 2), которую можно определить путём дешифрирования АФС, примеры которого имеются в опубликованных работах (Романова, 1961; Кузьмин, 1993; и др.) и в общем виде для изучаемых нами трёх классов болотных урочищ приведены К.Е.Ивановым (1975).
Так, наш объект – болото «Ширский мох» (см. рис. 3а), находящееся в III фазе своего развития с радиально расходящейся формой сетки линий стекания болотных вод, относится к болотным урочищам класса замкнутых и сточных впадин. Пригодные для выращивания леса участки (болотные фации) располагаются здесь только на его окрайках и нижних склонах. Помимо их осушения необходимо прокладывать каналы для перехвата бедных болотных вод, стекающих с шапок болот и подтапливающих суходолы.
Равномерно-параллельная форма сетки линий стекания болотных вод характерна для болотных урочищ класса пологих склонов с плоским или слабо выпуклым рельефом во II фазе развития, к которым относятся наши объекты «Тосно» и «Шапки» (см. рис. 3 и 4). Они требует перехвата болотных вод осушителями, располагаемыми на местности под острым углом к горизонталям рельефа. Параллельно-сходящаяся и параллельная формы сетки линий стекания вод наблюдаются на болотных урочищах класса логов. Здесь осушение обычно начинается с прокладки по оси урочища магистрального канала и завершается строительством оградительных нагорных каналов на его окрайках.
Все объекты в приведённых примерах были осушены методом понижения УГВ регулирующими водный режим болот каналами глубиною около 1 м (при расстоянии между ними от до 200 м) вручную, одноковшовыми болотными экскаваторами и каналокопателями с рабочими органами фрезерного типа.
Культуры сосны на болотах создавались посадкой в целину или в пласты плужных борозд, прокладываемых навесными на болотный трактор Т-100Б плужными каналокопателями. Глубина осушителей – борозд в этом случае составляла 0,3-0,5 м, что даёт основание приравнять такой метод к методу ускорения поверхностного стока (ПС).
Анализ опубликованных работ по горимости лесов, болот и осушаемых земель (Арцыбашев, 2004; Гиряев и др., 1986; Усеня, 2002; Фуряев, 1979; Стекольников, 2006; Никонов, 2003; Щетинский, 1994; Ющенко, 2004; и др.) указывает на то, что осушение земель увеличивает опасность возникновения лесных и торфяных пожаров, а развитие транспортной инфраструктуры на лесных землях упрощает борьбу с ними.
Составной частью любой лесоосушительной системы и особенно на торфяных болотах должны быть совмещённые с каналами дороги и эксплуатационные проезды с обязательными подъездами к пожарным водоёмам и противопожарным каналам с мёртвым запасом воды, доступным и достаточным для тушения очагов возгорания.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В результате выполненных исследований с использованием опытных и опытнопроизводственных объектов и опубликованных материалов предшественников, работавших ранее на этих объектах, решен ряд вопросов научного и практического плана.1. Уточнена лесоводственная эффективность длительного (до 50-115 лет) осушения и лесокультурного освоения торфяных болот – болотных урочищ трёх классов: а) замкнутых и сточных впадин, б) пологих склонов, в) логов – и различных их частей – болотных фаций. На основе этих исследований откорректирована и дополнена новыми показателями ранее предложенная таблица расчётной производительности оптимально осушаемых земель, но уже применительно к соснякам естественного и искусственного происхождения в более старшем (60-летнем) возрасте, сформировавшимся на открытых и слабооблесённых торфяных болотах не двух, а трёх классов болотных урочищ.
2. В соответствии с табл. 8 основным критерием для выбора объектов осушения и их освоения является не болотное урочище, а богатство лесорастительных условий ТЗ. Фациальная структура болотного урочища является основой для проектирования планового положения каналов осушительной сети на местности.
3. В зависимости от богатства лесорастительных условий ТЗ в верхнем метровом слое на болотах всех изученных классов можно вырастить сосновые насаждения I-II классов бонитета с запасами в возрасте 60 лет от 350 до 250 м3/га. Максимальные запасы культур сосны в этих условиях превышают 400 м3/га. В случае обоснованной необходимости можно использовать и верховые болота, но при обязательном внесении NPK минеральных удобрений.
4. Прослежено влияние торфяных болот (болотных урочищ) различных классов на снижение производительности сосняков черничных и долгомошных на прилегающих к болотам низких суходолах с нулевыми и обратными (0,0025) уклонами поверхности и на её повышение в результате последующего осушения заболоченных насаждений на протяжении длительных (до 40, 30 и более лет) отрезков времени. Заболачивания сосняка черничного на высоком (более 2-2,5 м) песчаном суходоле не отмечено, но ТЗ постепенно наползает на него по уклону, равному 0,02. Для предотвращения наступления болот на низкие суходолы дана рекомендация по прокладке оградительных каналов по границе «болото - лес на суходоле».
5. Дано обоснование разделения торфяных болот на категории, отвечающие требованиям их рационального использования в различных целях: для лесного хозяйства, торфяной промышленности и для охраны природы. Лесному хозяйству можно рекомендовать для выращивания леса открытые и слабооблесённые участки болот с неглубоким (до 0,5-1 м) богатым торфом, преимущественно их окрайки. Торфяная промышленность нуждается в разработке участков болот с большими запасами глубокого (более 1,5 м) торфа различного качества. Такие участки характерны для многих выпуклых верховых торфяников и не представляют большого интереса для выращивания леса. За линию раздела между лесохозяйственной и промышленной категориями ТЗ удобно взять глубину торфа, равную 1 м. Выбор охраняемых торфяных болот, как особо ценных водно-болотных угодий, не зависит от глубины и от богатства торфа. Необходимо соблюдать лишь одно условие – охраняемые болота не должны превышать определённый, научно обоснованный процент от их общей площади.
6. Отнесение к лесохозяйственному фонду торфяных болот глубиною до 1 м определило возможность использования для их освоения два метода осушения: метод понижения УГВ и метод ускорения ПС. Первый метод предполагает устройство осушительных каналов глубиною около 1 м, что позволяет частично врезать их дно в минеральный грунт и тем самым в ряде условий увеличить срок службы без ремонта. При втором методе глубина каналов уменьшается в два раза, а на их устройстве вместо одноковшового экскаватора на уширенных гусеницах рекомендуется применять навесные на болотоходный трактор каналокопатели с плужными или фрезерными рабочими органами. Второй метод более экономичен в условиях торфяных болот, и его целесообразно применять при их лесокультурном освоении.
7. Составной частью любой лесоосушительной системы на торфяных болотах должны быть совмещённые с каналами дороги и эксплуатационные проезды с обязательными подъездами к пожарным водоёмам, доступным для тушения очагов возгорания, а также оградительные каналы, прокладываемые по границе «болото – лес на суходоле»
8. Всё изложенное выше позволило разработать рекомендации для решения одной из задач лесоводства – рационального использования торфяных болот путём их осушения и лесокультурного освоения, позволяющего реально увеличить покрытую лесом площадь на землях ГЛФ, которые приняты к внедрению.
По теме диссертации опубликованы следующие работы:
В изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России 1. Кудряшев А.В., Корольчук В.Ф., Сабанин А.А., Савельев О.А. Опыт осушения и лесокультурного освоения площадей в лесном фонде Тихвинского лесхоза Ленинградской области // Научно-технический журнал Вестник МАНЭБ. Т. 15. № 4, 2010. С. 38-41.
2. Константинов В.К., Корольчук В.Ф., Порошин А.А., Савельев О.А. О влиянии глубины торфа на лесоводственную эффективность осушения болот // Научно-технический журнал Вестник МАНЭБ. Т. 15. № 4, 2010. С. 49-51.
3. Константинов В.К., Корольчук В.Ф., Выродова С.А., Савельев О.А. О рациональном использовании и охране торфяных болот в лесном фонде Северо-Запада России // Научнотехнический журнал Вестник МАНЭБ. Т. 15. № 5, 2010. С. 47-50.
4. Фролов Ю.А., Сабанин А.А., Штрахов С.Н., Степченко А.А., Корольчук В.Ф. Влияние подсочки с применением биохимических стимуляторов на физико-химические свойства древесины сосны обыкновенной // Лесное хозяйство. № 6, 2010. С. 21-22.
5. Корольчук В.Ф. Сравнительная производительность естественных насаждений и культур на осушаемых торфяных болотах // Известия Санкт-Петербургского государственного лесотехнического университета, 2011. Вып. 195. С. 36-41.
6. Корольчук В.Ф., Выродова С.А., Константинов В.К. Критерии разделения торфяных болот лесного фонда по видам хозяйственного использования // Мелиорация и водное хозяйство. №6 (ноябрь-декабрь), 2011. С.28-29.
В других изданиях 7. Корольчук В.Ф., Савельев О.А. Рациональное использование и охрана переувлажнённых земель в лесном фонде Северо-Запада России. СПб: СПбНИИЛХ, 2010. 81 с.
8. Константинов В.К., Выродова С.А., Фролов Ю.А., Корольчук В.Ф., Стекольников С.А.
О лесоводственной эффективности осушения и лесокультурного освоения болот и их окраек // Лесное хозяйство и комплексное природопользование: материалы Всероссийского симпозиума с международным участием // Тр. СПбНИИЛХ. Вып. 2(22). СПб, 2010. С. 133-138.
9. Константинов В.К., Корольчук В.Ф., Савельев О.А. О рациональном использовании болот в Новгородской области // Лесное хозяйство и комплексное природопользование: материалы Всероссийского симпозиума с международным участием / Тр. СПбНИИЛХ. Вып.
2(22). СПб, 2010. С. 206-216.
10. Корольчук В.Ф. О наступлении болот на низкие суходолы и гидролесомелиорации // Материалы Международных научных чтений «Белые ночи». Россия. Великий Новгород:
МАНЭБ, 2011.С. 259-265.
11. Беленец Ю.Е., Корольчук В.Ф., Подшиваев Е.Е., Савельев О.А. Эдафические условия роста длительно осушаемых сосновых насаждений лесоболотного урочища «Метсола» // Повышение продуктивности, рациональное использование и охрана земель лесного фонда:
материалы Всероссийской научно-производственной конференции с международным участием / Тр. СПбНИИЛХ. Вып. 2(25). СПб, 2011. С. 276-280.
12. Корольчук В.Ф., Константинов В.К., Кудряшев А.В., Фролов Ю.А., Выродова С.А.
Ещё раз к вопросу о гидролесомелиорации торфяных болот // Повышение продуктивности, рациональное использование и охрана земель лесного фонда: материалы Всероссийской научно-производственной конференции с международным участием / Тр. СПбНИИЛХ. Вып.
2(25). СПб, 2011. С. 295-309.
13. Великанов Г.Б., Константинов В.К., Корольчук В.Ф., Кудряшев А.В., Фролов Ю.А., Выродова С.А. Типы торфяных залежей и рост сосновых насаждений на осушаемых болотах // Процесс почвообразования в лесных и урбанизированных экосистемах: Материалы всероссийской научной конференции. СПб: СПбГЛТУ, 2011. С. 56-60.
«