«Сравнительный анализ состояния древостоев сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) и березы повислой (Betula pendula Roth) в условиях Казанского промышленного центра»

Определяющим фактором в жизни растений нельзя назвать какое-либо природное или антропогенное явление или процесс. Как правило, совокупность факторов оказывает суммарное влияние на растительный организм, причем часто наблюдаются синергизм или антагонизм при действии различных факторов. Несмотря на эти обстоятельства, мы можем выделить определенные экологические факторы в качестве основных, при этом в целом лесорастительные условия (ЛРУ) будут характеризоваться именно с точки зрения определяющего фактора, не исключая при этом менее выраженных (Рябинин, 1965; Розен, 1969; Беус, 1975; Ковалевский, 1975; Баевский, 1979; Грушко, 1979; Гудериан, 1979; Шварц, 1980; Шмальгаузен, 1983; Ковда, 1985; Загрязнение…, 1988; Князева, Курдюмов, 1994; Цветков, Цветков, 2003; Lindberg, 1954; Cox, Box, 1964; Antonovics et. al., 1971; Jansen, 1972; Barash, 1973; Zoller, 1974; Fischer, 1975; Fritz, Pennypacker, 1975; Applied…, 1976; Tazaki, Ushyima, 1977; Davis, 1980; Best, 1981; Dassler, 1981; Abrams, Allison, 1982; Adriano, 1982; Kennedy et. al., 1983; Boyle et. al., 1984; Temmerman et.al., 1984; Pacyna, Hanssen, 1984; Karlsson, 1985; Chesson, 1986; Wolters, Martens, 1987; Nriagu, 1988; Mees, Spaas, 1989; Cropp, Gabric, 2002).

Широкое распространение растительности на Земле обеспечивается экологической видоспецифичностью и рядом особенностей, непосредственно связанных с развитием. Способность же древесных растений развиваться в экстремальных ЛРУ, например, в условиях жесткой конкуренции на периферии ареала или в условиях техногенеза, определяет их потенциальные возможности к выживанию. Техногенная трансформация природных ландшафтов нередко приводит к формированию экстремальных ЛРУ, несмотря на то, что это происходит в пределах географического и экологического ареалов отдельных видов древесных растений (Таусон, 1948; Свирежев, Логофет, 1978; Василенко и др., 1985; Одум, 1986; Коршиков, 1996; Avenhaus, Hafele, 1974; Korte et. al., 1976; Pilegaard, 1978; Davis, 1980; Dovald, Semb, 1980; Smith, 1981; Dowdy, 1983; Hawrys, 1984; Perala, 1984; Arnould et. al., 1988; Bucker, Guderian, 1993; Klumpp et. al., 1998).

Для проведения комплексных лесоэкологических исследований нами были выбраны экотопы, являющиеся характерными для Среднего Поволжья, а также сопредельных территорий в целом. К таким экотопам относится - Казанский промышленные центр, представляющий собой концентрацию химических, нефтехимических и вспомогательных производств с преобладающим углеводородным типом загрязнения (Государственный…, 2010).

Цель работы – на основании анализа изменений ряда эколого-физиологических и лесобиологических показателей березы повислой (Betula pendula Roth) и сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) охарактеризовать особенности их адаптации к техногенным условиям Казанского промышленного центра и разработать критерии оценки состояния древостоев по изменениям наиболее значимых параметров.

Достижению поставленной цели способствовало решение следующих задач:

1. На основании анализа литературных источников определить наиболее информативные эколого-физиологические параметры древесных растений и разработать схемы научно-исследовательских работ;

2. Оценить изменения количества и соотношения пигментов фотосинтеза в ассимиляционных органах при развитии растений в экстремальных лесорастительных условиях;

3. Охарактеризовать изменения водного режима (интенсивности транспирации, водного дефицита и содержания свободной воды) ассимиляционных органов древесных растений;

4. Изучить особенности повреждений и ростовых процессов листьев, хвои, побегов и стволов древесных растений;

5. Определить относительное жизненное состояние, плодоношение и естественное возобновление сосновых и березовых насаждений Казанского промышленного центра.

Научная новизна диссертационной работы заключается в том, что для Казанского промышленного центра автором впервые проведен комплексный анализ состояния основных лесообразующих древесных пород России – сосны обыкновенной и березы бородавчатой. Использование классических лесобиологических методов исследования, применяемых в практике лесного хозяйства, в сочетании с современными эколого-физиологическими методами позволили получить уникальные характеристики древостоев и определить степень негативного влияния комплекса предприятий нефтехимической промышленности и автомобильного транспорта на лесные экосистемы региона.

Практическая значимость исследований состоит в том, что полученные и проанализированные характеристики древостоев позволяют разработать систему экспресс-анализа учета и состояния лесонасаждений. Комплексный всесторонний анализ насаждений позволяет не только оценивать текущее состояние древостоев, но и прогнозировать их развитие в будущем, определяя возможности выполнения средостабилизирующих биосферных функций на определенной территории. Предложенные методы оценки состояния лесных экосистем и созданная сеть пробных площадей могут стать основой для проведения многолетних мониторинговых исследований.

Материалы, представленные в настоящей диссертационной работе могут использоваться в учебном процессе в ССУЗах и ВУЗах общебиологического и лесохозяйственного профилей при подготовке и чтении курсов «Дендрология», «Экологическая физиология растений», «Охрана окружающей среды», «Рекультивация техногенно нарушенных земель», «Общая экология», «Региональная экология», «Введение в промышленную транспортную экологию» и т.д. Следует отметить, что материалы, представленные в работе, частично используются при чтении некоторых курсов на естественно-географическом факультете БГПУ им. М. Акмуллы.

Апробация работы. В период выполнения работ с 2006 по 2010 гг. результаты исследований докладывались на Всероссийской научно-практической конференции «Экология в высшей школе: синтез науки и образования» (г. Челябинск), Международной научной конференции, посвященной 100-летию со дня рождения член-корреспондента АН СССР П.И. Лапина (г. Москва), Всероссийской научно-практической конференции «Современные проблемы качества природной и техногенной среды» (г. Тамбов), Региональной научно-практической конференции «Уральский регион Республики Башкортостан: человек, природа, общество» (г. Сибай), Международной научно-практической конференции «Природоресурсный потенциал, экология и устойчивое развитие регионов России» (г. Пенза) и Всероссийской конференции с участием зарубежных ученых «Проблемы изучения и сохранения растительного мира Евразии» (г. Иркутск).

Организация исследований. Работа выполнялась в Научно-образовательном экологическом центре при ГОУ ВПО Башкирский государственный педагогический университет им. М. Акмуллы в период с 2006 по 2010 годы. Исследования проводились в рамках выполнения проектов «Восстановление и формирование лесных экосистем в критических ландшафтах Башкортостана» (грант РФФИ №08-04-97017-р; грант АН РБ №40/35-П) и НИР №1.4.09 по тематическому плану МОН РФ проведения фундаментальных исследований «Адаптация древесных растений и экологическое обоснование лесовосстановления нарушенных ландшафтов».

На защиту выносятся следующие положения:

1. Состояние хлорофилл-белкового комплекса и параметры водного режима являются наиболее информативными при характеристике степени деградации растений сосны обыкновенной и березы бородавчатой в условиях антропогенно трансформированной среды.

2. Изменения анатомо-морфологических и физиологических параметров древесных растений в условиях анропогенного воздействия представляют собой сопряженные процессы, направленные на выживание.

3. Видовые особенности листопадных древесных растений (на примере березы бородавчатой) являются основой для более успешного выживания в условиях техногенеза по сравнению с «вечнозелеными» растениями.

Публикации. Основные результаты исследований изложены в 10 научных публикациях, в том числе в 2 статьях в журналах, рекомендованных ВАК России.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 129 страницах и включает введение, 4 главы, выводы, список литературы, включающий 218 наименований, в том числе 22 на иностранных языках и 5 приложений, содержит 3 таблицы и 73 рисунка.

Благодарности. Автор выражает искреннюю благодарность своим научным руководителям – доктору биологических наук, профессору Кулагину А.А. и кандидату биологических наук – Ямалееву Р.Х. Особые слова благодарности автор хотел бы высказать коллегам из БГПУ им. М. Акмуллы – д.г.н., профессору Р.Ш. Кашапову, д.б.н., профессору Г.А. Зайцеву, к.б.н. И.М. Гатину, к.б.н., доц. Хисамову Р.Р. за помощь при проведении исследований. Слова искренней благодарности за всестороннюю помощь и моральную поддержку хотелось бы высказать своим родным и близким, которые помогали в период подготовки диссертационной работы.

Климат

Климат Среднего Поволжья умеренно континентальный, что обусловлено его географическим положением в глубине материка. Несмотря на значительную площадь и большую протяженность с запада на восток, климат однороден, в связи, с чем в дальнейшем климатические факторы будут характеризоваться данными метеостанции Казань (опорная), в районе которой располагались опытные участки.

Климат рассматриваемого района по температурным условиям делится на два резко выраженных периода: холодный – с отрицательными температурами и снежным покровом и теплый.

Начало холодного периода, характеризующееся переходом средней суточной температуры через 00С, приходится на 28 октября (Колобов, 1968). Окончанием холодного периода является дата устойчивого перехода среднесуточной температуры через 00С в сторону плюсовых температур; в описываемом районе она приходится на 5 - 10 апреля. Длительность периода с отрицательными температурами составляет 163 дня. Переход среднесуточных температур через - 50С проходит осенью 17 ноября, весной – 24 марта. Продолжительность периода с температурами ниже –50С составляет 128 дней. Переход среднесуточных температур через –100С проходит соответственно 8 декабря и 7 марта. Продолжительность этого периода – 90 дней. Единого устойчивого периода со среднесуточными температурами ниже –150С не образуется. Средне число дней за весь зимний период с температурами ниже –150С составляет 26, с температурами ниже –200С и 250С соответственно 15 и 5 дней. Самыми холодными месяцами являются январь и февраль. Абсолютный минимум температур доходит до – 520С.

Высота снежного покрова, достигающая максимума во второй декаде марта, составляет 45-60 см на защищенных площадках и 30-40 см на открытых местах. Средняя глубина промерзания в почве – 105 см, максимальная – 150 см. Снежный покров сходит, в среднем, 9 апреля. Число дней в году с устойчивым снежным покровом составляет 141-164. Средняя дата появления снежного покрова 24 октября -1 ноября; средняя дата разрушения устойчивого снежного покрова 7-18 апреля.

Переход среднесуточных температур через 00 весной проходит, в среднем 8 апреля. Продолжительность периода со среднесуточными температурами 00С и выше составляет 196-208 дней. Сумма положительных среднесуточных температур воздуха за период с температурой выше 00С составляет 2420-2640 0С. Переход среднесуточных температур через +50С происходит: весной 21 апреля, осенью 9 октября. Продолжительность этого периода - 170 дней; сумма среднесуточных температур составляет 2430 0С. Период со среднесуточными температурами свыше 10 0С длится 133 дня, с 7 мая по 18 сентября. Сумма среднесуточных температур за это время составляет 2160 0С. Продолжительность периода со среднесуточными температурами свыше 15 0С равняется 88 дням, с 31 мая по 28 августа. Сумма среднесуточных температур за этот период составляет 1590 0С. Самым теплым месяцем является июль, среднемесячная температура которого равняется 19 0С. Абсолютный максимум температур достигает +38 0С. Радиационный баланс 28,2 ккал/см2 в год; гидротермический коэффициент 0,77-1,49 (Переведенцев и др., 2008).

Среднегодовое количество осадков в Среднем Поволжье колеблется от 411 до 495 мм, а по станции Казань (опорная) составляет 472 мм, из которых 257 мм выпадает за вегетационный период, май-сентябрь, за теплый период (апрель-октябрь) выпадает 300-330 мм, за холодный (ноябрь-март) 130-160 мм. Число дней с осадками в году около 150-160. Отклонения сумм осадков от средней многолетней величины в отдельные годы бывают весьма значительными. В сторону максимума они доходят до 160-180%, в сторону минимума – до 50-60%. Наибольшие месячные суммы осадков падают на июнь, июль и август (таблица 1.1), на долю которых в общей сложности приходится 168 мм или почти 36% их годового количества.

Отклонения месячных сумм осадков от средней многолетней величины также весьма значительны, достигая трехкратного увеличения или снижаясь до 0. Наиболее часто повторяющимися засухами являются весенне-летние (май- июнь), вероятность которых, по Колобову Н.В. (1968), составляет около 10%. Большое значение в общем, балансе влаги имеют твердые осадки, в виде снега, которые во многих случаях значительно смягчают отрицательное действие весенне-летних и особенно весенних засух. Так, средние многолетние запасы воды в снеге составляют 110-150 мм с превышением этих цифр в многоснежные и снижением в малоснежные зимы примерно в два раза. Средние весенние влагозапасы в почве превышают наименьшую (полевую) влагоемкость, но значительно ниже полной влагоемкости. Уже к середине мая запасы влаги в почве понижаются до полевой влагоемкости, продолжая снижаться до второй декады июля, когда наблюдается наиболее низкий уровень запасов продуктивной почвенной влаги (Переведенцев и др., 2008).

Таблица 1.1

Краткая характеристика климатических условий Среднего Поволжья по станции Казань Опорная (Колобов, 1983; Переведенцев и др., 2008).

Месяцы Температура воздуха, 0С Количество осадков, мм Относительная влажность воздуха, % Скорость ветра, м/с

Средняя многолетняя Абсолютная

Max. Min.

Январь -13,5 4 -47 28 84 4,8

Февраль -12,9 4 -40 23 81 4,6

Март -7,0 11 -32 28 80 4,7

Апрель 3,3 30 -21 28 73 4,1

Май 12,1 33 -8 37 62 4,4

Июнь 16,9 37 -3 50 62 3,7

Июль 19,0 38 3 59 68 3,4

Август 17,1 37 0 51 71 3,5

Сентябрь 10,7 35 -7 47 75 4,0

Октябрь 3,2 23 -25 45 81 4,5

Ноябрь -4,7 15 -38 37 84 4,5

Декабрь -11,8 6 -42 33 85 4,8

Средняя за год 2,8 38 -47 466 76 4,2

Существенным показателем характеристики климата является влажность воздуха. По данным Н.В. Колобова (1962), наибольшая сухость воздуха за вегетационный период наблюдается в мае. В этом месяце число дней с относительной влажностью менее 30% (в дневные часы) составляет 6-8, а в июне, июле и августе только по 3-4 в месяц. Средняя влажность воздуха за летний период составляет: в утренние часы 75-80%, днем – 50-55% (Переведенцев и др., 2008).

Преобладающим направлением ветра на всей территории Среднего Поволжья является юго-западное, вероятность которого 20-30%. Затем следуют южное и западное, каждое с вероятностью 15-20%. Средняя годовая скорость ветра 3-5 м/сек. Наиболее сильные ветры (средняя скорость 4,8 м/сек) приходится на зиму (ноябрь- март), наиболее слабые (3,6 м/сек) – на лето (июнь- август).

К неблагоприятным проявлениям климата, кроме засухи и низких зимних температур, относятся и весенне-летние заморозки. Майские и даже июньские заморозки бывают в отдельные годы настолько интенсивными, что повреждают даже аборигенную древесную растительность. Самая поздняя дата весенних заморозков отмечена 11 июня. Вероятность заморозков в воздухе с температурой ниже –10С составляет: в апреле 56%, в первой декаде мая – 36%, во второй и третьей декадах – 12%, в июне – 4%. Средняя дата первых осенних заморозков в воздухе приходится на 27 сентября. Самая ранняя дата отмечена 10 августа.

В общем, несмотря на перечисленные неблагоприятные проявления, климат рассматриваемого района (таблица 1.1) вполне благоприятен для выращивания сосны обыкновенной и березы повислой в культурах.

Рельеф, геология, почвы и гидрология

Поверхность Среднего Поволжья, на которой находится Республика Татарстан, представляет собой, в основном, равнину. Площадь Республики составляет 68 тыс. кв. км (Переведенцев и др., 2008).

Рельеф Поволжья неоднороден и представляет собой возвышенную равнину, возвышенные ее части находятся на периферии, а в центре ее субширотно с юга-запада на северо-восток и с ответвлением на северо-запад протянулась низменная равнина - это широкие долины Волги и Камы. Наибольших высот над уровнем моря рельеф достигает на юго-востоке, где находится северо-западная часть Бугульминско-Белебеевской возвышенности с высотами 240-380 м. абс. На севере отроги этой возвышенности доходят до р. Кама и постепенно переходит в Западное Закамье с высотами 50-100 м абс (Переведенцев и др., 2008).

В геоморфологическом отношении территория Республики характеризуется развитием поверхностей выравнивания разного возраста, определяющих ярусность рельефа. Самая древняя, олигоцен-миоценовая, и высокая (300-340 м) поверхность выражена только в пределах Бугульминско-Белебеевской возвышенности, отдельные останцовые холмы и гряды ее достигают 370-380 м абс. Средняя, плиоценовая, эрозионно-денудационная поверхность с высотами 200-220 м образует главные водоразделы в Предкамье и Предволжье, в Восточном Закамье служит переходной ступенью от высокого плато к низким равнинам. Нижняя плиоцен-плейстоценовая поверхность с высотами 150-160 м распространена более и ли менее широкой полосой вдоль долин всех крупных и средних рек. Аккумулятивные поверхности - это комплекс надпойменных террас долин Волги, Камы и их притоков (Переведенцев и др., 2008).

Установлено, что древнейшими из находящихся на территории Республики образований являются метаморфизированные породы кристаллического фундамента Русской платформы. Перекрывающими их констатированы и изучены породы так называемой Бавлинской свиты, образования среднего и верхнего девона, каменноугольной и пермской систем, юрских и меловых отложений, палеогенового и неогенового времени и четвертичных отложений (Переведенцев и др., 2008).

На территории Республики Татарстан протекает два периода почвообразования - подзолистый и дерновый. Ареал распространения первого ограничен подзоной южной тайги. На остальной территории протекает дерновый процесс, охватывающий несколько стадий почвообразования. В связи с этим в таксономическом отношении почвенный покров Республики чрезвычайно пестр. Преобладающим типом здесь являются черноземы, составляющие 40,6% общей площади, причем большая их часть расположена в районах Закамья, меньшая в Юго-западном Предволжье. Это наиболее гумусированные, богатые элементами минерального питания, имеющие зернистую структуру и обладающие наибольшим плодородием почвы Республики. Вторым по распространенности типом почв в Татарстане являются серые лесные почвы, имеющие распространение на 30,7 % его территории. Наиболее типичны они для районов Предкамья, Восточного Закамья и Высокого Предволжья. По мнению Тюрина (1939) происхождение этого типа в Татарстане связано с наложением дернового процесса на подзолистый в результате вырубки леса. Следующим по распространенности является дерново-подзолистый тип, составляющий до 7 % почвенного покрова. Чаще всего они занимают водораздельные плато и верхние части склонов, покрытых лессовидными и делювиальными глинами и суглинками, поэтому их механический состав чаще всего пылевато-глинистый и суглинистый. Все эти почвы кислые, содержат мало гумуса (Переведенцев и др., 2008).

По надпойменным террасам рек Волги, Камы, Ика, Меши, Вятки и др. Встречаются значительные участки легких почв, образовавшихся на дюнных всхолмлениях древнеаллювиальных песков. Почвообразующими материнскими породами Среднего Поволжья являются коренные пермские образования, четвертичные и современные отложения. Почвы довольно разнообразны, при этом на севере и западе преобладают серые лесные и дерново-подзолистые, а на юге – черноземы (выщелоченные, обыкновенные, карбонатные). Крупные массивы пойменных (аллювиальных) почв встречаются в долинах рек Камы, Белой, Вятки, Ик, Шешмы и других (Переведенцев и др., 2008).

Дерново-подзолистые и светло-серые лесные почвы занимают водораздельные плато и верхние части склонов, покрытых лессовидными и делювиальными глинами и суглинками, поэтому их механический состав чаще всего пылевато-глинистый и суглинистый. Все эти почвы кислые, малогумусные (Переведенцев и др., 2008).

Выщелоченные черноземы наиболее богаты перегноем, запасами подвижных питательных элементов, имеют зернистую структуру и являются наиболее плодородными почвами.

Значительные площади занимают серые и темно-серые лесные почвы. Последние по своему характеру приближаются к черноземам. Серые почвы занимают по своим показателям промежуточное положение между светло- и темно-серыми.

По надпойменным террасам рек Волги, Камы, Ика, Меши, Вятки и др. встречаются значительные участки легких почв, образовавшихся на дюнных всхолмлениях древнеаллювиальных песков. Они образуются в результате развития древесной растительности на корбанатных породах и их элювии.

Возвышенности расположены в правобережьи реки Волги «Услонские горы» - 223 м над уровнем моря и на Волжско-Вятском водоразделе, отдельные высоты до 260 м. Высшие точки описываемого района находятся в юго-восточной его части – Бугульминско - Белебеевская возвышенность, значительная часть которой имеет высоту не ниже 300 м, а наивысшие точки достигают высоты 365-380 м над уровнем моря (Колобов, 1962).

Среднее Поволжье характеризуется довольно густой речной сетью. По ее территории протекают крупнейшие реки Европейской части России: Волга, Кама, Белая, Вятка. Помимо их насчитывается свыше ста малых рек общей протяженностью около 6000 км, при этом бассейн Камы занимает около 65% территории Татарстана, бассейн Волги – около 35%. На территорию Татарстана приходится и около половины (2,9 тыс. км2) площади Куйбышевского водохранилища (Быков, 1959; Переведенцев и др., 2008).

Растительность

По территории Среднего Поволжья проходит граница двух растительных зон: лесной и лесостепной. Северная часть ограниченная долинами рек Волги и Камы, расположена в южной подзоне смешанных лесов. Правобережная часть Волги и территория к югу от долины Камы относится к зоне лесостепи.

В составе растительного покрова Республики Татарстан выделяются южная тайга и лесостепь. К северу от р. Камы и востоку от р. Волги простирается южная тайга, характеризующаяся распространением смешанных широколиственных и хвойных лесов. Предволжье и Закамье входят в подзону лесостепи с характерным чередованием участков широколиственного леса с участками луговой степи. Вторые и третьи речные террасы, сложенные древнеаллювиальными песками, заняты сосновыми лесами. В настоящее время на большой площади первоначальная растительность уничтожена. Большое влияние на растительность оказало произошедшее в связи с созданием Куйбышевского водохранилища затопление пойм Волги и Камы, а также развитие промышленности, сельского хозяйства, нефтедобычи. Вследствие вырубки широколиственных и хвойных лесов возникли мелколиственные леса, березняки и осинники, заросли кустарника, формации лугов и др. Видное место занимают растительные формации поймы больших и малых рек. Видовой состав лесов довольно разнообразен. Из общей лесопокрытой площади, составляющей 985,7 тыс. га, более 26% занимают насаждения с преобладанием осины, почти такую же площадь занимают дубовые леса. Около 16% площади приходится на долю липовых насаждений. Немного меньше, около 14% занимают березняки. Сосновые насаждения занимают немногим более 10%. Около 2% лесопокрытой площади приходится на долю пихты и ели и примерно такую же площадь занимают насаждения клена и ильмовых. Более 1% занято под ольшаниками. Республика Татарстан своей северной границей примыкает к южной границе ареала лиственницы; в Марийской республике она уже произрастает как местная порода. Сравнивая требования лиственницы к климатическим и почвенным условиям с условиями, которые имеются в Татарстане, можно сказать, что Татарстан располагает всеми возможностями для разведения лиственницы на всей территории республики и на всех почвах, исключая пески, которых сравнительно мало. Это самая перспективная порода для реконструкции насаждений и поднятия производительности лесов Татарии (Переведенцев и др., 2008).

Предкамье является наиболее облесенным. В основном это смешанные и елово-пихтовые, с примесью лиственных пород леса. Облесенность Предволжья небольшая. Леса в значительной мере вырублены. Они сохранились главным образом на возвышенных местах вдоль правого берега Волги. В Западном Закамье крупный лесной массив лиственных пород расположен в междуречье Большого и Малого Черемшана. Встречаются небольшие пятна лесов и на остальной части территории. В Восточном Закамье наиболее облесенными являются возвышенные места Шугуровского и Бугульминского плато. Из преобладающих широколиственных пород распространены липа, вяз, дуб, береза, осина. Общая площадь лиственничных лесов только в Российской федерации составляет около 264 млн. га, или свыше 40%покрытой лесом площади. Громадный ареал и чрезвычайное разнообразие гидрологических, географических и почвенно-грунтовых условий произрастания лиственницы определили большое разнообразие ее видов и экотипов. Из 20 описанных видов рода Larix наибольшее хозяйственное значение имеют 4 вида: лиственница Сукачева (L. sukaczewii Dyl.), лиственница сибирская (L. sibirica Ledеb), лиственница даурская (L. dahurica Turcz.) и лиственница европейская (L. decidua Mill.). Однако ареал лиственницы, произрастающей в естественном состоянии, ограничивается Дальним Востоком, Западной и Восточной Сибирью, и только лиственница Сукачева является лесообразующей породой на Урале и в некоторых районах Северо-востока Европейской части России. В связи со слабым освоением лиственницы в районах Сибири и Дальнего Востока большое значение приобретает создание насаждений из этой породы в порядке интродукции в лесном фонде европейской части России, где имеется большая потребность в лиственничной древесине и есть хорошие возможности ее транспортировки сухопутными видами транспорта. Благодаря быстрому росту, высоким качествам древесины, устойчивости против засухи, морозов, грибковых повреждений, насекомых, загрязнения воздуха и многим другим положительным качествам лиственница давно и успешно культивируется за пределами своего естественного ареала. Особенно широко разводятся лиственница Сукачева и лиственница европейская. Республика Татарстан своей северной границей примыкает к южной границе ареала лиственницы; в Марийской республике она уже произрастает как местная порода. Сравнивая требования лиственницы к климатическим и почвенным условиям с условиями, которые имеются в Татарстане, можно сказать, что Татарстан располагает всеми возможностями для разведения лиственницы на всей территории республики и на всех почвах, исключая пески, которых сравнительно мало. Это самая перспективная порода для реконструкции насаждений и поднятия производительности лесов Татарии (Мгебров, 1970; Переведенцев и др., 2008).

Кроме лесных ассоциаций, в Татарстане встречаются заросли степных кустарников, возникшие на месте уничтоженного человеком леса, ольшаники в условиях заболоченных почв низин, дубовые леса пойм больших рек, ассоциация тополевиков в прирусловых поймах больших рек и другие. Травяные ассоциации Республики в основном представлены лугами, а степи имеют отчетливо выраженный луговой характер, поэтому правильнее говорить об остепненных лугах. Все луга Татарстана носят вторичный характер: они возникли на месте уничтоженного человеком леса. Кроме естественных растительных сообществ огромную долю территории Республики занимают агрофитоценозы. Площади, занятые под посевы возрастают с севера на юг. По данным гос. отчета (2002) распаханность территории составляет 345 тыс. га, а площадь под культурными растениями 321 тыс.га.

Краткая метеорологическая характеристика

вегетационных периодов 2007-2009 гг.

Вегетационные периоды наступали 10-28 апреля, т.е. в среднем в период среднемноголетнего срока. Май и особенно апрель отличались очень теплой погодой с дефицитом осадков (таблица 1.2).

В июне стояла очень холодная и дождливая погода. Особенно рекордным оказался период с 10 июня по 11 июля, когда была холодная погода, дождь отмечен в течение 25 дней. Июль и август характеризовались довольно теплой погодой, с количеством осадков, практически равным среднемноголетней норме. В сентябре было несколько теплее обычного со значительным дефицитом осадков. В целом же погодные условия вегетационного периода почти соответствовали норме. Такой режим погоды оказался достаточно благоприятным для роста и развития растений в культуре. Отдельные периоды лета способствовали отпаду от солнечных ожогов и опала корневой шейки, в целом погода была средней для развития инфекционного полегания. Частые дожди в июне и начале июля в ряде случаев привели посевы к вымоканию.

Метеорологические условия рассматриваемого района позволяют успешно выращивать лесные культуры сосны и березы на территории Среднего Поволжья. Однако влияние недостаточного увлажнения или наоборот чрезмерного избытка осадков, поздневесенних или ранних осенних заморозков в период вегетации в отдельные годы приводит к ослаблению выращиваемых насаждений и, как следствие, большему поражению их болезнями.

Таблица 1.2.

Метеорологическая характеристика вегетационных периодов 2007-2009 гг. по данным УГМС РТ (метеостанция Казань - Опорная)

Показатели Год Месяцы Период

IV V VI VII VIII IX V-IX

Среднемесячная температура воздуха, 0С 2007 4,8 13,6 13,0 20,5 18,9 11,9 15,6

2008 1,4 13,4 16,7 20,6 18,8 13,1 16,5

2009 3,8 16,3 16,4 18,9 18,1 13,1 14,4

Отклонения от нормы, 0С 2007 +2,1 +1,2 -4,0 +1,4 +1,4 +0,7 +0,2

2008 -1,7 +0,3 -0,4 +1,1 +1,5 +1,9 +0,9

2009 +0,7 +3,2 -0,7 -0,6 +0,8 +1,9 +0,9

Сумма осадков, мм 2007 - 27,5 102,6 68,0 59,4 22,6 280,1

2008 - 37,8 77,2 92,2 18,8 58,8 284,6

2009 - 30,6 122,6 61,0 19,2 25,2 258,6

В % к норме 2007 - 65,5 163,0 98,5 92,8 45,2 97,2

2008 - 102,2 105,8 131,4 27,2 113,1 94,6

2009 - 82,7 167,9 87,1 27,8 48,5 85,9

Гидротермический коэффициент (по Селянинову) 2007 - 0,65 2,63 1,07 1,01 0,63 1,17

2008 - 0,91 1,54 1,44 0,32 1,49 1,12

2009 - 0,61 2,49 1,04 0,34 0,64 1,02

2. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

2.1. Древесно-кустарниковая растительность в городе.

Загрязнение окружающей среды, особенно атмосферы, является для крупных промышленных городов основной проблемой, которая возникает не только в результате высокой концентрации промышленного производства, но, в последнее время, и резкого увеличения количества автотранспорта (Государственный доклад …, 2010). В г. Казань данная обстановка обостряется еще и тем, что здесь располагаются крупные заводы. Негативное влияние оказывает также относительно малая площадь, в связи с расположением города на «полуострове», ограниченной реками Волга и Казанка. Данное обстоятельство отражается и на современной архитектуре: вплотную прилегающие здания с узкими переулками, узкие дороги. Такие условия сказываются и на создании санитарно-защитных зон, которые в основном произрастают около промышленных, не используемых для строительства, территориях, по берегам рек.

Прилегающие к Казанскому промышленному центру (КПЦ) леса испытывают мощнейшее антропогенное влияние: рекреационное, техногенное и хозяйственное, которое меняет ход естественных процессов развития и ослабляет их устойчивость. Лесные насаждения обладают высокой газоочищающей и газопоглотительной способностью, улавливают значительное количество пыли. Многие растения могут усваивать из атмосферы алканы и ароматические углеводороды, карбонильные соединения, эфиры и эфирные масла (Конашова, 2004). Наиболее эффективны в улучшении городской среды лесопарки и пригородные леса. Немаловажна роль садов, парков, скверов и посадок деревьев вдоль улиц (Хайретдинов и др., 1981).

Санитарно-гигиеническая роль леса огромна, однако проблема состоит в том, что не все леса «работают» одинаково продуктивно. Процессы естественного возобновления и роста древостоя являются главным фактором нормального функционирования лесных массивов, а его нарушение влечет за собой преобразование всего биоценоза, типологическую смену сообществ. Оздоровительная эффективность лесов зависит от видового и возрастного состава, их лесоводственных характеристик, биологической продуктивности, возобновимости, интенсивности и культуры ведения лесного хозяйства в них. Правильно сформированная система зеленых насаждений работает в несколько раз эффективнее, очищая городской воздух от пыли и газов на больших пространствах (Конашева, 2004).

В условиях КПЦ часто отдельные факторы (критические значения) экологического характера, оказывают подавляющее воздействие на живые организмы. При таких обстоятельствах в наиболее сложном положении оказываются древесные растения, неспособные к активному перемещению и поиску наилучших, оптимальных условий обитания. В сложившихся условиях, для снижения антропогенного пресса и улучшения экологической обстановки, создаются санитарно-защитные насаждения, представленные древесной растительностью искусственного, и отчасти, естественного происхождения, остаточного характера. В связи с этим становится необходимым подбор древесных пород, наиболее приспособленных, т.е. устойчивых, к воздействию загрязняющих веществ и загазованности, распространенных на данной территории.

Лесообразующие древесные растения на территории г. Казани в недавнем прошлом были представлены в основном дубом черешчатым и липой мелколистной (Яхимович и др., 1965; Немкова и др., 1968; Турикешев, 2000). Но с появлением человека происходит изменение видового состава леса. Данные изменения направлены на использование более быстрорастущих и отвечающих изменяющимся экологическим условиям видов деревьев. Таким образом, в лесах искусственного происхождения КПЦ появляются лиственница Сукачева, сосна обыкновенная, береза повислая и тополь бальзамический, которые встречаются на всей площади санитарно-защитной зоны (СЗЗ) КПЦ, произрастающие в основном на техногенно трансформированных ландшафтах. Данные искусственные насаждения были посажены с учетом дальнейшего естественного развития, т.е. искусственные насаждения в результате самовозобновления, должны были обеспечить непрерывность, а значит устойчивость существования основной породы. В ходе проведения исследований определяется, что естественное возобновление происходит, но не в том направлении, в котором планировалось при посадке. В монокультурах созданных в одно время, независимо от загрязнения окружающей среды, в подпологовом возобновлении нет преобладающих видов, а представлено довольно обильное видовое многообразие. Лидирующие позиции занимают совершенно другие виды древесных растений, наиболее приспособленные для произрастания в данных экологических условиях, но менее ценные для улучшения экологической и эстетической обстановки урбосреды.

Доминирование в искусственных насаждениях сосны, березы и тополя основано на экологической эффективности данных пород в условиях окружающей среды промышленно развитых регионов. Лесонасаждения, образованные данными лесообразующими видами деревьев, отличаются более лучшими показателями роста, семяобразования, пыле- и газоустойчивости. Кроме того, они являются древесными породами умеренного климатического пояса, лесной и лесостепной растительных зон, дающие наилучшие результаты роста в сравнении с другими видами деревьев (Мамаев, 1969; Коропачинский, 1983; Растения в экстремальных условиях., 1983; Кулагин, 1985; Алексеев, 1987; Определитель…, 1989; Устойчивость…, 1991; Сергейчик, 1994; Взаимодействия…, 1995; Коршиков, 1996; Головко, 1999; Кулагин, 2006; Бухарина, 2009).

Техногенное загрязнение для древесных растений является сильным стрессовым фактором, действие которого особенно выражено в регионах с большой концентрацией индустриальных объектов, в частности, в г. Казань. Одним из наиболее серьезных последствий, разрушающих лесные экосистемы в результате загрязнения окружающей среды, может быть деградация сложившихся в течение длительного времени лесонасаждений, что в последующем может уменьшить их способность к адаптации в изменяющихся условиях среды. В этой связи получение всесторонней информации о состоянии растений в субпопуляциях основных лесообразователей, дает возможность рассмотрения их устойчивости и непрерывности развития под воздействием техногенного загрязнения и на сегодняшний день является актуальной задачей.

Современные лесонасаждения КПЦ в основном искусственного происхождения представлены наиболее газоустойчивыми представителями из «ассортиментами» лесообразующих древесных растений, возраст которых колеблется в пределах 50-60 лет. В настоящее время, на территории КПЦ, складывается сложная ситуация, в связи с наступлением критического возраста и снижением экологической эффективности данных лесонасаждений. Старение и отсутствие естественного возобновления основного насаждения – одни из важнейших проблем современного «зеленого строительства». Искусственные насаждения рассматриваются как объекты разового пользования (Хайретдинов и др., 1981). Распространяется этот постулат и на защитные лесные насаждения. Создание постоянных и устойчивых санитарно-защитных насаждений, способных сохранять долговечность и возобновляться, в условиях крупных промышленных центров, является основной задачей крупных городов. Целесообразность создания самовозобновляющихся (устойчивых) лесонасаждений обусловлена необходимостью создания эффективно функцинирующего фитофильтра, непрерывно поглощающего пылевидные и газообразные частицы, поступающие в окружающую среду с выбросами промышленных предприятий и автотранспорта. Наличие благонадежного подроста, способного заменить верхний полог при соответствующих мерах, содействующих естественному возобновлению, дает надежду на постоянство пользования городскими лесами.