Средообразующая и защитная роль естественных лесов Нижнего Поволжья

Лес как биоценотическое растительное сообщество и формирующаяся под ним почва как биокосное естественно-историческое тело природы прошли сложный и длительный путь развития. Своеобразные условия происхождения и развития естественных лесов и почв складывались на юге ВосточноЕвропейской Русской равнины. В засушливых степных и пустынных природных зонах Нижнего Поволжья леса произрастают лишь в местоположениях с добавочным поверхностным и грунтовым увлажнением. Лесные почвы здесь мало изучены и в действующей классификации почв СССР 1977 г. [31] не приведены, что негативно влияет на изучение, картографирование почвенного покрова, разработку мероприятий по повышению продуктивности, устойчивости и охране ценных и исчезающих природных объектов.

В диссертационной работе приведены сведения о возникновении естественных лесов и почв на юге Восточно-Европейской Русской равнины, о современном состоянии изученности их в регионе Нижнего Поволжья. Изложены полевые и лабораторные материалы исследований. Разработана классификация лесных почв Нижнего Поволжья.

Исследования проводили в лаборатории почвоведения ВНИАЛМИ по заданию РАСХН 03.05 «Разработать научно обоснованные системы мероприятий агролесомелиоративного адаптивно-ландшафтного обустройства территорий, обеспечивающих предотвращение деградации и опустынивания земель, повышения плодородия почв и биоразнообразия агроландшафтов в условиях динамичности климата» в 2006;2010 гг. по заданию Комитета природных ресурсов и охраны окружающей среды Администрации Волгоградской области «Выявление и обоснование категорий почв, подлежащих особой охране» для составления Красной книги почв Волгоградской области в 2004;2010 г. г.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

Научные исследователи (по материалам www. ufolog. ru) пришли к выводу, что Земля образовалась 4,5 млрд. лет назад и лишь 2,2 млрд. лет назад на ней появились цианобактерии, способные улавливать солнечный свет и разлагать воду, в результате деятельности которых 1,9 млрд. лет назад появилась органическая жизнь на планете.

Завоевание суши многоклеточными растительными организмамипсилофитами, напоминающими плаун, началось в палеозое в силурийском периоде, а уже в девонском периоде на суше росли древнейшие представители хвощевых, плауновых, папоротниковых. Каменноугольный период — время господства древовидных папоротниковых. Каменноугольные леса образовали мощные коры выветривания, угли, органогенные палеопочвы [34]. Проявилась климатическая зональность. В последний меловой период мезозойской эры появились первые покрытосеменные растения, в том числе современные дуб, бук, береза.

Последняя, кайнозойская эра, наступила 65 млн. лет назад. В последующем усилилась климатическая зональность. С середины пермского периода преобладают хвойные растения и формируются кислые подзолистые почвы [27]. В Нижнем Поволжье вместе с иссушением и охлаждением климата от палеогена к неогену мезофильная древесная флора трансформируегся в ксерофильную. С отступлением Валдайского ледника формируются гидроморфные почвы, а в древнем голоцене (0,5−2,5 тыс. лет назад) под еловыми и естественными лесами — оподзоленные буроземы [49]. В эпоху бронзы и раннего железа (1−3 тыс. лет назад и по настоящее время) отмечается чередование аридных и гумидных условий [13, 18, 22, 70]. Смешанные леса мигрируют в понижения, а почвы эволюционируют в гидроморфные лугово-лесо-степные, аллювиальные лесные и болотно-лесные образования. Чередование периодов потепления и похолодания климата отражалось на миграции границы леса и степи, на происхождении так называемых «мокрых осиновых кустов» [52].

Высказана гипотеза [40] о формировании паркового ландшафта, мозаичности лесных и степных сообществ под влиянием миграции травоядных хоботных и копытных животных, которая нуждается в изучении, доказательствах.

Леса на Русской равнине произрастали в условиях переселения кочевых народов с востока на запад, а со второй половины XIII в. по XV в. -передвижения кочевий тюркского этноса на север [40]. Сотни тысяч овец и коз уничтожали, съедая, не только траву, но и подлесок, останавливали лесное воспроизводство. По климатическим условиям лес наступал на степь со скоростью примерно 10 м/год, а под влиянием выпаса скота движение шло в противоположном направлении со скоростью в сотни метров и даже километры в год. Северную часть лесов сожгли и распахали русские земледельцы в XIV—XVI вв. [11,30].

Существенный вклад в изучение естественных лесов и развитие лесоведения внесли отечественные ученые.

Экологию леса наиболее глубоко вскрыл один из основоположников русского научного лесоводства Г. Ф. Морозов [46]. Исходя из его учения о лесе, современной лесной биогеоценологии [60], под лесом понимается элемент ландшафта, представляющий собой большую совокупность деревьев, в своем развитии биологически взаимно связанных и взаимодействующих с окружающей их средой на территории земной поверхности [67].

Первые источники сведений о лесах Нижнего Поволжья связаны с географическими исследованиями, переселенческими экспедициями при заселении Поволжья в XVII—XIX вв. Из многочисленных исследователей растительности изучением лесов занимались И. Г. Гмелин, С. П. Крашенинников, П. С. Паллас, Н. И. Лепехин и др. В 1905 г. видные естествоиспытатели почвовед Н. А. Димо и ботаник Б. А. Келлер [14] описали южный форпост лесов России, байрачный дубовый лес в балке Чепурина.

Царицынского уезда. Их наблюдения послужили началом мониторинговых исследований [29, 33, 42].

Системное изучение лесов Нижнего Поволжья развернулось со второй половины XX в. Определены лесорастительные области: степной зоны умеренного климата и полупустыни [67]. В регионе выделены зоны лесистости:

1. Безлесные районы пустынной зоны (до 2%).

2. Малолесные районы степной и сухостепной зон (2−15%).

Показано, что лесистость малолесных юго-восточных губерний России в конце XVII в. была равна 2,4% и она в 2,4 раза понизилась к 1914 г.

Зародилась и развивалась отечественная лесоводственная типология [8, 22, 46, 60]. В соответствии с ней в работе использовали следующие таксономические единицы: тип леса, объединяющий коренной древостой и тип лесного участка, или эдатопа (местообитания). Типы леса и эдатопа уточняли по вариантам богатства питания (трофности): боры, субори, сугродки, грудыпо увлажненности (гигротопы): очень сухие, свежие. Влажные, сырые, мокрые, лесные болотапо продолжительности затопления: краткопоемные, среднепоемные, длительнопоемныепо состоянию древостоя [56]: здоровые, ослабленные, суховершинные, погибшие.

Среди древесных пород, произрастающих в Нижнем Поволжье, наиболее важное хозяйственное и природоохранное значение имеет дуб черешчатый (СНаегсш гоЬиг Ь.). Во второй половине XX в. обнаружились ощутимые признаки ухудшения состояния дубрав в связи с засухами 1950;1975 гг., гидрологическим режимом, строительством плотины на Волге, повреждениями, вызванными влиянием насекомых и болезней.

Согласно природно-климатической характеристике произрастания дубрав [23] в Нижнем Поволжье выделяют следующие лесорастительные провинции: в лесостепной и степной природных зонах Среднерусская-Приволжскаяв сухостепной зоне: Нижнедонская, Правобережно-Приволжская, Заволжская. Приведены площади, классы бонитета, запасы древесины дубрав. Так, на 1998 гг. площадь дубрав в Астраханской области равна 2,0 тыс. га [41], в.

Волгоградской области — 171,6 тыс. га, в Саратовской обл. — 223,7 тыс. га, в Республике Калмыкия — 2,4 тыс. га [23].

Среди естественных лесов в Нижнем Поволжье преобладают пойменные и преимущественно дубравы и топольники. Общая площадь бассейна рек, покрытая лесной растительностью, равна 411,3 тыс. га, в том числе Волго-Ахтубинская пойма — 247,7 тыс. га, пойма Дона — 25,8 тыс. га, пойма Хопра -86,2 тыс. га, пойма Медведицы — 41,6 тыс. га, пойма Бузулука — 9,6 тыс. га и пойма Иловли — 0,4 тыс. га [23].

Лесопокрытая площадь Волго-Ахтубинской поймы в Астраханской области равна 65,0 тыс. га, в Волгоградской обл. — 26,9 тыс. га. На первой преобладают ветляники (52,2%), меньше тополевники (20,8%), мало дубравы (2,6%) — на второй — дубравы (42,2%), меньше тополевники (25,8%) и ветляники (14,0%>). В поймах Медведицы и Дона в Волгоградской области на площади 26,8 тыс. га преобладают дубравы (31,5%), меньше чернотополевники (21,4%) и мало белотополевников (10,0%) и ветляников (11,3%) [68].

Произрастание естественных пойменных лесов находится в полной зависимости от режима и водности рек, а последние определяются климатом и антропогенной деятельностью человека. Известные гидрологи А. И. Воейков, Г. Н. Высоцкий, М. И. Львович и др. сделали прогноз уменьшения водности рек России, связанный с антропогенной деятельностью на водосборах. Распашка земель, защитное лесоразведение, орошаемое земледелие, увеличение промышленного и бытового водопользования ухудшают гидрологию территории, уменьшают сток и водность рек. Особенно губительное влияние на пойменные леса оказало строительство крупных водохранилищ в бассейне Волги и Дона. В период до искусственного зарегулирования стока рек усыхание леса носило эпизодический характер [57, 58, 68, 69]. После создания водохранилищ средний годовой расход воды на Волге у г. Волгограда уменьшился на 274−950 м3/с, на Дону у ст. Раздорской — на 192 м3/с [69]. Особенно пагубно для пойменного леса снижение расхода воды в весенне-летний паводок. Продолжительность паводков на Волго-Ахтубинской пойме сократилось вдвое. Падение уровней Волги в паводок в среднем на 2,2 м значительно ухудшило подпитывание корневых систем лесов. Сброс воды через турбины ГЭС в холодный период года вызывает заторные и зажорные явления, создает дефицит кислорода в корневых системах ветляников и тополевников в южной части Волго-Ахтубинской поймы.

По материалам лесоустройства 1960;1966 гг. за 35-летний период бонитет дубрав Волго-Ахтубинской поймы снизился с 1,5 до 2,9 класса, а в пойме Дона и его притоков — с 2,2 до 3,3 класса. Причиной гибели основных лесообразующих видов в низкобонитетных лесах является низкая влагообеспеченность почв. Малопродуктивны и недолговечны лесные культуры в поймах рек вследствие непромывного типа водного режима и засоления почв [69]. В этой связи актуально изучение водного и солевого режимов почвы под естественными пойменными лесами.

В степях Нижнего Поволжья широко распространены байрачные леса, представленные преимущественно дубравами. Площадь байрачных дубрав равна 211,95 тыс. га, в том числе в Волгоградской области — 83,46 тыс. га и в Саратовской области — 128,49 тыс. га [23]. В дубравах преобладают низкоствольные многократной генерации древостой (99,2%). Это объясняется неудовлетворительной водообеспеченностью на склонах, особенно южных экспозиций, неудачным ходом порослевого и отсутствием семенного возобновления. На протяжении более чем двух столетий здесь проводилась отрицательная селекция за счет вырубки лучших экземпляров дуба. Насаждения использовали для выпаса скота. Байрачные дубравы выполняют важные противоэрозионные, водорегулирующие и рекреационные функции.

Разнообразно и полно изучены естественные леса в степной зоне на юге Приволжской возвышенности в Саратовской области. Так, проведено геоботаническое описание естественных лесов в пределах трассы государственной лесной полосы Саратов-Камышин [48], на Сурско-Терешкинско-Медведицком водоразделе, в Большедмитриевском лесхозе Татищенского района. Предложено лесорастительное районирование.

Приволжской возвышенности [58]. Разработана классификация дубовых, липовых, березовых и сосновых лесов [1].

Многолетние исследования естественной лесной растительности и почв проведены в южной части Приволжской возвышенности в границах Саратовской обл. В. А. Болдыревым [2]. Особое внимание автор уделял влиянию экологических факторов на состав, структуру и продуктивность лесных экосистем.

Особый интерес представляют сведения о естественных лесах в тяжелых лесорастительных условиях Заволжья. Многие ученые XVIII и начала XIX вв. (Рычков, 1762- Паллас, 1773- Лепехин, 1771 и др.) сообщали о существовании в междуречье Урала и Волги древесно-кустарниковой растительности. Наиболее полные сведения о распространении деревьев и кустарников в прошлом имеются для Рын-песков и территории, расположенной к северу от Еруслана и к северо-востоку от Узеней [66]. На геометрическом плане озера Эльтон в Астраханском архиве (1795, ВУА, № 24 364) древесно-кустарни звал растительность показана вдоль впадающих в озеро речек и по балкам и также, вероятно, в лиманах и падинах. По архивным материалам, в древостой входили осина, дуб, липа, береза, вяз, ясень, яблоня, осокорь, тёрн, лох, жимолость. К середине XIX в. лесная растительность в полупустыне Заволжья почти полностью исчезла. Сохранился лишь мелкий кустарник и местами яблоня, осина, тополь [15].

Колковые леса и почвы в Нижнем Поволжье относительно мало изучены. По воззрениям видных песковедов А. Г. Гаеля и Л. Ф. Смирновой [9] на Арчедино-Донских песках Нижнего Поволжья, перевеянных в позднеледниковую фазу дефляции (18−10 тыс. лет до н. э.), почвообразование началось с раннего голоцена, когда в степной зоне существовали сосновые леса. Под лесами формировались дерново-бурые связнопесчаные среднемощные почвы. В позднем голоцене леса исчезли и под степной растительностью почвы трансформировались в дерново-степные среднемощные связнопесчаные серопесчаные [51]. В результате антропогенной дефляции с древнейших времен до наших дней дерново-степные песчаные почвы сохранились частично (10−15%), а на площади 60% развеяны на глубину 20−40 см и на 25% территории превратились в пески. Торфяно-болотные почвы в ольховых, дубовых и березовых колках погребены ярусами песчаных наносов.

Таким образом, изученность лесов и почв Нижнего Поволжья в XX в. была разносторонней и глубокой. Вместе с тем, в последние десятилетия в связи с изменением климата и интенсификацией землепользования состояние, продуктивность лесов и почв ухудшилась, в связи с чем возникла необходимость в обновлениях таксации, картографировании на современной геокосмической основе.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ.

1. Естественные нагорные, байрачные, пойменные и колковые леса в Нижнем Поволжье сохранились и произрастают только в пониженных местоположениях с добавочным поверхностным и грунтовым увлажнением. Формирующиеся под ними интразональные почвы мало изучены и не приведены в действующей и обсуждаемой классификациях.

2. Леса семенного и порослевого происхождения, различные по составу (преобладают дубравы), бонитету (П-У), и возрасту (30−350 лет). Кустарниковый полог в них изреженный, травянистый — в подтипах лесных почв отсутствует, в луговато-лесных проективное покрытие до 30%, в лугово-лесных свыше 30%.

3. Установлены существенные различия в проявлении факторов почвообразования под естественными лесами и под степной, а так же луговой растительностью.

4. На лесопокрытой территории Нижнего Поволжья 1,3 млн. га в четырех типах леса на 13 основных экотопах заложено 38 объектов исследования, составлены паспорта лесных участков и почвенных разрезов.

5. Изучено формирование биогеоценотического горизонта лесных подстилок. В строении лесной подстилки (А0) выделены слои А0', А0″, А0″ '. Общая мощность А0 в зависимости от состава, возраста древесной и кустарниковой растительности равна 2−6 см, общий запас 4 — 50 т/га.

6. Своеобразие морфологического строения лесных почв состоит в различной степени дифференциации генетических горизонтов, повышенной мощности переходного горизонта ВС и общего профиля, постепенности переходов между горизонтами, преобладания темной и серой окраски в верхних горизонтах и палевой в нижних. Отсутствие выделений водорастворимых солей. На каменистых породах и песчаных отложениях нередко формируются примитивные и укороченные почвы, а в ольшаникахмощные иловато-глеевые болотно-лесные почвы.

7. Лесные почвы характеризуются высоким уровнем залегания грунтовых вод, повышенной водопроницаемостью и влагообеспеченностью, благоприятными для произрастания древесной и луговой травянистой растительности. Они имеют преимущественно легкий гранулометрический состав и невысокую плотность сложения.

8. Лесные почвы относятся к отделу аккумулятивно-гумусовых. Содержание гумуса в гор. А песчаных почв достигает 3%, а в глинистых -11%, повышенное в гор. ВС. Они выщелоченные, легкорастворимые, не содержат токсичных водорастворимых солей, имеют нейтральную или слабокислую реакцию почвенного раствора, преобладающее содержание поглощенного кальция в комплексе, обычно не загрязнены техногенными веществами.

9.Для обсуждения, изучения и использования в производстве предложены лесо-черноземные и лесо-каштановые типы почвообразования и соответствующие почвенные таксоны для региона Нижнего Поволжья .

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ.

1. Предложить внести лесные таксоны, разработанные для региона Нижнего Поволжья, в действующую классификацию почв СССР (1977 г.) и обсуждаемую классификацию почв РФ (2004 г.).

2. Дать статус ООПТ объектам исследований и включить эталоны лесных почв в региональные Красные книги почв.