ЛЕСОВЕДЕНИЕ, 2012, № 1, с. 14-21
ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
ПОЧВЕННО-КЛИМАТИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ ПРОДУКТИВНОСТИ ДУБА СЕВЕРНОГО ПРИ ЕГО ИНТРОДУКЦИИ
© 2012 г. А. Б. Беляев, Д. И. Щеглов
Воронежский государственный университет 394006 Воронеж, Университетская пл., 1 E-mail: dpoch@mail.ru Поступила в редакцию 20.06.2011 г.
Для выявления почвенно-климатических факторов роста и продуктивности дуба северного использован информационно-логический анализ. Предложена модель экологических условий роста дуба северного на европейской части РФ.
Интродукция, дуб северный (бореальный, красный), статистическая обработка, информационный анализ, коэффициент эффективности передачи информации (КЭПИ), бонитет, ранги факторов, листовая диагностика.
Одним из способов улучшения качественного состава и разнообразия лесов, повышения их продуктивности является интродукция быстрорастущих и хозяйственно-ценных древесных пород в лесное хозяйство страны [11, 17, 18]. Одной из перспективных древесных пород, обладающих этими качествами, является дуб северный (бореальный, красный) (Quercus borealis Mich. f.; Q. rubra).
Дуб северный естественно произрастает в Северной Америке. Распространен он в зоне широколиственных лесов юго-восточных штатов Канады и в восточных штатах США (между 32° и 43° с.ш.). На север заходит дальше других американских дубов, за исключением крупноплодного. В Аппалачских горах он поднимается до 1600 м над уровнем моря, на западе доходит до прерий [23]. В пределах своего естественного ареала дуб северный обычно достигает 21-27 м высоты и 0.6-0.9 м в диаметре. В оптимальных условиях в возрасте спелости его высота достигает 49 и 1.5 м в диаметре. Дуб северный имеет шатровид-ную крону. Листья с острыми лопастями, осенью ярко-красные. Шаровидные желуди созревают на второй год. Весьма декоративный.
В естественном ареале произрастает при количестве осадков от 762 мм на северо-западе до 2032 мм на юге Аппалачских гор. Средняя годовая температура воздуха колеблется от 4.4°С в северной части ареала до 15.6°С в южной. Период вегетации 100-220 дней. Сумма эффективных
температур (более +10°С) на севере ареала 2000°, на юге - 6500°. Абсолютный минимум температуры, который выдерживает дуб северный, - 38°.
В Западную Европу дуб северный был инт-родуцирован в конце XVII в., как декоративное дерево. В настоящее время встречается в лесных культурах государств Прибалтики, Беларуси, Украины. На территории РФ растет в Калининградской области, на Северном Кавказе, в Центрально-Черноземном регионе.
Известно, что дуб черешчатый в первые годы жизни растет медленно, довольно требователен к плодородию почвы, имеет много вредителей и болезней. Дуб северный, напротив, является наиболее быстрорастущим из долговечных пород, морозостоек, малотребователен к почвенному плодородию, почти не уступает по качеству древесины дубу черешчатому [5, 7, 8, 14, 19].
Дуб северный является важной в хозяйственном и декоративном строительстве древесной породой. Его древесина розоватой текстуры теплых тонов применяется при производстве мебели, для внутренней отделки помещений, изготовления строительных деталей, столбов, фанеры, рудничного леса, при строительстве вагонов и в других хозяйственных целях.
На родине дуб северный наиболее успешно растет на почвах различного гранулометрического состава - от суглинистых (кроме тяжелосуглинистых) до песчаных, но плохо переносит известко-
вые почвы и слишком высокий уровень грунтовых вод. Его насаждения произрастают даже на галечниковых речных наносах, почвах, сформировавшихся на выветрившемся граните, гнейсе и на кислых кварцевых порфиритах [10, 23].
Дуб северный уже давно представляет большой интерес для специалистов, однако его изучение проводилось неравномерно в пределах отдельных природных регионов. Нами предпринята попытка комплексного изучения роста и продуктивности насаждений дуба северного в различных почвенно-климатических условиях европейской территории РФ и сопредельных государств по единой программе и методике, что было сделано впервые [12]. Для более широкого внедрения дуба северного в насаждения необходимо прежде всего изучить его экологические условия в местах первичной интродукции, что было осуществлено при участии авторов в составе комплексных экспедиций Центрального НИИ лесной генетики и селекции в 1972-1991 гг.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
В полевых условиях исследовались насаждения дуба северного, других интродуцированных и местных лесообразующих пород. Наряду с таксационными показателями на экспериментальных пробных площадях изучался почвенный покров в соответствии с требованиями к проведению биогеоценологических исследований [15], собирались данные по основным климатическим показателям в местах произрастания интроду-центов. Всего было заложено более 100 пробных площадей, в том числе около 20 - в насаждениях дуба северного. Исследования проводились в Калининградской, Липецкой и Пензенской областях России, Закарпатской, Ивано-Франковской, Киевской, Львовской областях Украины, Брестской и Минской областях Беларуси.
Основные физические, химические и физико-химические показатели определялись по общепринятым методикам [1, 6]. Для установления влияния почвенных факторов на продуктивность дуба северного были рассчитаны средневзвешенные показатели для горизонтов А, А + АВ(В), корнеобитаемого слоя (КОС), толщи 0-100 см и почвенного профиля в целом. В ряде случаев (для валового гумуса, обменных катионов, подвижных форм фосфора и калия) определялись их запасы в пересчете на 1 гектар (т га-1 и кг га -1). Кроме того, для оценки продуктивности насаждений в зависимости от условий почвенного питания был использован метод листовой диагностики с отбором листьев из средней части кроны
10-12 деревьев с наиболее освещенной южной стороны [21, 24]. Полученные смешанные образцы высушивались при t = 60 °С, размалывались до размера 0.5 мм, и в них определялось содержание азота, фосфора, калия мокрым озолением [13] со спектрофотометрированием в конце эксперимента. В результате рассчитывалось соотношение элементов для различных классов бонитета насаждений.
Полевой и лабораторный материал был проанализирован с помощью методов статистического и информационного анализа [9, 16]. Каждый из почвенных и климатических показателей (факторов) оценивался по коэффициенту эффективности передачи информации (КЭПИ) к изученному явлению, за показатель которого был взят средний прирост по запасу в чистых культурах при полноте 1.0. Для установления связей между почвенно-климатическими показателями и продуктивностью составлены таблицы условных распределений. Предварительно значения показателей ранжировались.
Величина шага в каждом случае определялась природой признака, числом наблюдений, максимальными и минимальными значениями в пределах доверительных границ, рассчитанных статистическим методом. Средний прирост по запасу, колеблющийся в исследуемых насаждениях от 4.5 до 10.2 м3 га-1 год-1, разбивали на три группы: < 7, 7-9 и > 9. Экологические факторы также разбивали на три группы. Для каждого состояния (ранга) факторов выделяли специфические ранги приростов и определяли, при каком состоянии фактора средний прирост будет наивысшим, средним или наименьшим. Всего было отобрано 20 почвенных и климатических показателей (факторов) и составлено 56 таблиц условных распределений.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Полевые исследования почвенного покрова под насаждениями дуба северного свидетельствуют, что он произрастает в широком диапазоне почвенных разностей, представленных черноземами выщелоченными, темно-серыми лесными, бурыми лесными, дерново-подзолистыми и песчаными почвами различного уровня плодородия (табл. 1), т.е. в типах условий произрастания В, С, D, но при достаточной обеспеченности влагой (от свежих почв до влажных: В2-3, С2-3, D2-3).
В местах обследованных насаждений дуба северного количество осадков за год 499-752 мм, за вегетацию 267-559 мм. Относительная влажность 51-78%, сумма активных температур выше
Таблица 1. Физические и физико-химические показатели почвы под насаждениями дуба северного
Горизонт, слой почвы Мощность, см Плотность сложения, г • см~3 Порозность, % Физическая глина, % рН солевой Гумус, % Обменные катионы, м/моль Степень насыщенности основаниями, % Подвижные, кг га 1
Р2О5 К20
А 10-37 0.84-1.39 45.3-67 6.4-58.8 3.1-6.1 1.0-7.4 1.5-44.7 10-92 2.0-120 50-740
А+АВ(В) 33-128 1.08-1.58 41.6-60 7.4-57.8 3.6-5.7 0.4-5.9 0.8-43.5 11-91 3.0-1050 130-2300
КОС 50-240 1.26-1.66 40-56.6 7.4-57.0 3.6-5.6 0.2-4.7 0.8-41.5 11-92 5.0-5000 130-4700
0-100 - 1.30-1.62 41.6-50.6 6.2-57.2 3.5-5.7 - - - 5.0-1700 200-3000
Профиль 79-240 1.35-1.66 40-46.8 6.2-59.1 3.6-6.0 0.2-2.9 1.4-41.5 32-92 5.0-5000 500-4700
Запасы в слое - - - - - 30.7-51 3.7-98.5 Не рассчи- Не рассчи- Не рассчи-
0-100, т га"1 тывалась тывались тывались
Примечания. Указаны пределы (тш-тах) средневзвешенных значений.
Таблица 2. Статистические показатели почвенно-климатических условий в местах произрастания дуба северного*
Показатель п М а т V Р М± tpm
Почвенные факторы в КОС
Мощность КОС 15 107 55.7 14.4 52.1 13.4 81.6-137.7
Порозность, % 13 46.2 3.6 1.0 7.9 2.2 44.4-48.4
Содержание физической глины, % 14 25.1 15.1 4.0 60.0 16.0 18.0-33.8
Плотность сложения, г/см3 16 1.47 0.11 0.03 7.6 1.9 1.41-1.51
рН 15 4.15 0.49 0.13 11.8 3.1 3.93-4.42
Гумус, % 15 1.06 0.98 0.24 92.5 22.6 0.55-1.57
Сумма Са + Mg, ммоль 14 7.41 6.1 1.63 82.5 22.0 4.53-10.93
Степень насыщенности основаниями, % 14 45.0 19.8 5.3 44.0 11.7 35.6-56.4
Р205, кг га-1 14 710 1.35 0.36 190.0 50.7 70-1490
К20, кг га-1 14 1440 1.40 0.37 97.2 25.7 790-2240
Климатические факторы
Осадки за год, мм 17 652 86.0 20.9 13.2 3.2 608-696
Осадки за вегетационный период, мм 17 438 124.1 30.1 28.3 6.9 375-502
Относительная влажность воздуха, % 17 69 8.0 1.94 11.6 2.8 64.9-73.1
ГТК 17 1.45 0.21 0.05 14.5 3.6 1.34-1.56
Вегетационный период, дни 17 156 8.3 2.02 5.3 1.3 152-160
Безморозный период, дни 17 161 7.3 1.77 4.5 1.1 157-165
Сумма t> 10 °С 17 2357 231.2 56.1 9.8 2.4 2239-2475
Среднегодо
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.