Гидролесомелиорация, охрана и рациональное использование болот в Республике Марий Эл

Актуальность темы

Республика Марий Эл относится к регионам с развитой промышленностью и сельским хозяйством, которые оказывают существенное, часто негативное воздействие на природные комплексы. Одним из основных антропогенных факторов, сильно влияющим на окружающую среду, особенно, на растительные и животные сообщества, является осушение и освоение болот.

В связи с наличием в республике значительных площадей болот и заболоченных земель в лесохозяйственной практике большое внимание уделяется гидролесомелиорации, как мероприятию, способному за короткий срок увеличить лесосырьевые запасы и создать условия для постоянного лесопользования. Кроме того, болота осушаются и с целью расширения площадей для увеличения продукции сельскохозяйственного производства и получения топлива, что в совокупности порождает ряд хозяйственных и экологических проблем. В результате, к настоящему времени полностью выработано 103 торфяных месторождения, 35 болот затоплено Куйбышевским и Чебоксарским водохранилищами, 15 — выгорело при стихийных пожарах, 3 — застроены. В настоящее время торфяной фонд республики состоит из 372 болот общей площадью 98 236 га. Практически в последние десятилетия утрачено более 150 болот.

Возросшие темпы использования болот и изменение их под влиянием хозяйственной деятельности остро и безотлагательно ставят вопрос о необходимости охраны болот, о сохранении их в естественном состоянии. Учитывая невозможность сохранения всех болот и высокие скорости воздействия на них при современных технических возможностях, необходимо срочно решать вопрос об оптимальном соотношении осушенных и неосушенных земель, т.к. для каждого региона существует определенный экологический предел мелиоративных мероприятий, который обеспечивает сохранение сбалансированного экологического равновесия в природе.

Актуальным является обоснование доли оставляемых вне мелиорации площадей в регионах с разными физико-географическими и экономическими условиями, однако, таких критериев, как и оценок средоухудшающих последствий гидролесомелиорации нет. Недостаточно изучено и влияние гидролесомелиорации болот на окружающую природную среду.

Цель работы. Определить место и роль болот в природном комплексе Республики Марий Эл, обосновать пределы их освоения для хозяйственных нужд, изучить влияние гидролесомелиорации на рост и производительность древостоев на низинном болоте, определить ее эффективность.

Задачи исследований:

1. Определить оптимальный размер сохранения болот в естественном состоянии в Республике Марий Эл.

2. Наметить размеры пользования болотами для добычи торфа и их рекультивации на 1996;2000 годы.

3. Изучить влияние гидролесомелиорации на производительность, санитарное состояние древостоев и качество древесины ели на низинном болоте в зависимости от интенсивности осушения и состояния мелиоративной сети.

4. Проанализировать влияние различной интенсивности осушения и состояния мелиоративной сети на ход роста древостоя ели, расположенного во втором ярусе.

5. Определить лесоводственную, техническую и хозяйственную эффективность осушения и на основе полученных данных произвести оценку эффективности осушения на примере осушенного низинного болота «Лебе-дань».

Научная новизна работы. 1. Впервые в Республике Марий Эл проведена балльная оценка природоохранных функций торфоболот, на основании которой определен оптимальный размер сохранения болотных территорий в естественном состоянии.

2. Дана функциональная классификация торфяного фонда республики, четко распределившая его по направлениям использования. В охраняемом фонде выделены особо охраняемые природные территории (ООПТ).

3. Выявлена высокая эффективность гидролесомелиорации на низинном болоте и ее снижение от вторичного заболачивания.

4. Впервые исследовано влияние интенсивности осушения и состояния мелиоративной сети на рост, производительность древостоя и основные физико-механические свойства древесины ели, произрастающей во втором ярусе на низинном болоте.

5. Изучены происходящие в процессе гидролесомелиорации изменения в структуре лесных сообществ и выявлена смена консортов. Обоснована необходимость лесоводственного поддержания смены сосны елью.

6. Впервые по унифицированной методике установлены зараженность деревьев ели и других пород болезнями и вредителями, определены наличный, свежий и годичный отпады по причинам образования, прирост разрушения осушенного соснового древостоя по площади, прогнозные характеристики пород.

7. Оценен в доверительный срок (через 25 лет) эффект капитального ремонта, проведенного на каналах 60-летней давности осушения. Определен последующий вид проведения ремонта.

Практическая значимость и реализация результатов исследований:

1. Обоснована необходимость дифференцированного подхода при оценке социального и экологического значения болот при проектировании лесо-осушительных работ.

2. Теоретически обоснована на примере болотной системы «Лебедань» необходимость своевременной смены консорты, в частности сосны елью и практической реализацией доказана экологическая и хозяйственная ее целесообразность.

3. Разработана и применена унифицированная методика оценки эффективности осушения и ухода за осушительными каналами.

4. Автором подготовлено, а Правительством республики принято постановление «Об охране и рациональном использовании торфоболот в Республике Марий Эл» от 27.06.1996 г. № 231, в котором закреплен перечень болот, оставляемых в естественном состоянии, находящихся в резерве, намеченных для эксплуатации и рекультивации уже выработанных торфяников.

5. Изучены и даны функциональные оценки всем, имеющимся площадью более 10 га, болотам республики с учетом их значимости в глобальном, экосистемном, популяционном и социальном планах.

6. Натурные объекты на осушительной болотной системе «Лебедань» используются в качестве учебных объектов для студентов лесохозяйственно-го и мелиоративного профиля вузов республик Марий Эл, Татарстан и Нижегородской области.

Обоснованность выводов и достоверность результатов исследований обеспечена проведением 25-летних регулярных исследований болотной системы «Лебедань», где после проведения капитального ремонта автором было заложено 28 постоянных пробных площадей, срублено и обработано 195 модельных деревьев, а также большим материалом, собранным по болотам республики. Достоверность выводов подтверждается использованием современных методов математической статистики.

Личное участие автора. Автор определил и сформулировал цель, задачи и программу исследований, непосредственно участвовал в сборе и обработке полевых и опытных материалов, самостоятельно выполнил их анализ, сделал выводы и предложения.

На защиту выносятся:

1. результаты исследований влияния интенсивности осушения и состояния мелиоративной сети на рост и производительность древостоев, произрастающих на осушенном низинном болоте;

2. результаты исследований основных физико-механических свойств древесины ели, произрастающей во втором ярусе;

3. санитарное состояние и показатели фаутности урочища «Лебедань» в зависимости от интенсивности осушения и ухода за каналами;

4. оценка эффективности гидролесомелиорации с многопараметровым вычислением технических и хозяйственных эффектов по унифицированным методикам;

5. обоснование оптимального размера сохранения в естественном состоянии болот в республике;

Апробация и публикация материалов. Результаты исследований изложены в публикациях автора и докладывались на международных, всероссийских и республиканских конференциях и совещаниях, касающихся вопросов гидролесомелиорации и охраны болот в Кирове (1995), Н. Новгороде (1996), Санкт-Петербурге (1996,1997), Йошкар-Оле (1996, 1997), Вологде (1998), Москве (1996, 1999). По материалам диссертации опубликовано 11 работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов и предложений производству, списка литературы и 7 приложений. В диссертации 202 страницы, включая 52 таблицы и 44 рисунка, список литературы имеет 145 наименований, из них 10 — иностранных авторов. Приложения в виде отдельного тома на 261 странице.

Выводы и предложения.

1. Общая площадь гидролесомелиоративного фонда в Республике Марий Эл составляет 160,4 тыс.га. Площадь торфяно-болотных почв, на которых произрастают леса, равна 113,3 тыс.га. Из них низинные болота занимают 49,1% площади, переходные — 27,4%, верховые — 23,5%. Таким образом, 76,5% болотных почв являются потенциально богатыми, и их осушение должно дать высокий лесоводственный эффект.

2. Осушенная площадь — 17,8 тыс. га, что составляет 12% от гидролесомелиоративного фонда. Однако в полной мере судить о лесоводственной эффективности гидромелиорации в республике преждевременно, так как прошел относительно малый период — 13−27 лет с момента основного осушения.

3. Осушение низинного болота «Лебедань» дало высокий лесоводственный эффект. Он проявился не только в увеличении стволовой массы, а также в хорошем естественном лесовозобновлении. К настоящему времени еловый подрост превратился во второй ярус под пологом соснового древостоя.

4. Одновременно за 80 летний период после осушения, благодаря хорошему разложению, торфяные почвы достигли значительного плодородия (зольность — 13,3%о, гумус — 12,4%), обеспечивая высокую продуктивность второму ярусу. Заметна тенденция: чем выше влажность почв, тем ниже содержание питательных веществ, которые также уменьшаются с увеличением глубины, а с увеличением проточности возрастают.

5. Установлено, что основными причинами повреждений каналов на низинном болоте являются: деформация и зарастание откосов, заиление, завал канала деревьями. Наименьшие. отклонения от проектных размеров наблюдаются на рабочих каналах расположенных в верхней части осушительной сетинаибольшие — в устье магистрального канала и на неработающих каналах.

6. Деформация, зарастание и заиление увеличиваются по длине каналов, причем, чем больше протяженность канала, тем быстрее он заиливается к устью.

7. Заилившееся устье магистрального канала и бобровые плотины являются причинами вторичного заболачивания в урочище «Лебедань» .

8. Выявлены 4 основных фактора, определяющих состояние древостоев на осушенном болоте: возраст, полнота, УГВ и богатство торфяных почв.

9. Возраст древостоев I яруса (в основном, сосна) уменьшается от окрайки болота к центру. Второй ярус (в основном, ель) возник после осушения болота. Возраст второго яруса также уменьшается от окрайки болота к центру, а в межканальном пространстве — с удалением от канала. Отмечается общая тенденция уменьшения возраста второго яруса с уменьшением первого, и наоборот.

10. Полнота первого яруса около каналов значительно меньше, чем в межканальном пространстве как при работающих, так и при неработающих каналах, что объясняется большим вывалом более высоких деревьев в приканальной полосе: полнота второго яруса от степени осушения менее дифференцирована, но в обоих случаях больше в приканальной полосе. Наблюдается общая тенденция уменьшения полноты, как в первом, так и во втором ярусе в связи с вторичным заболачиванием.

11. Сосновые древостой У-УП классов возраста стали развиваться по II и III классам бонитета, тогда как в семидесятых годах развивались по 1-П классам бонитета, причем в связи с вывалом деревьев в приканальной полосе запасы первого яруса в межканальном пространстве стали больше. Средние таксационные показатели второго яруса (ели) лучше в приканальной полосе, причем эта тенденция сохраняется как на работающих, так и неработающих каналах.

12. Растущие запасы ели I и II ярусов по мере удаления от неработающих каналов возрастают до 55 м, а затем плавно уменьшаются, согласно полученному уравнению параболы первого порядка у = 85,9 + 22,36х — 2,093×2. Зависимость растущего запаса ели с расстоянием при работающих каналах выразилась логарифмической кривой по уравнению у = 221,7 + 18,59х — 234,15к^. Здесь запасы растущей части ели по мере удаления от канала уменьшаются в соответствии с повышением уровня грунтовых вод.

13. Вторичное заболачивание существенно влияет на производительность, уменьшая ее по первому ярусу на 40,0%, второму — 56,2% и в целом по насаждению на 54,5%).

14. Средние показатели базисной плотности, пределов прочности на сжатие вдоль волокон и статический изгиб древесины ели близки по данным параметрам к показателям ели выросшей в центральных районах Европейской части России на дренированных почвах и соответственно равны (355,6— 365,0 кг/м3, 40,8−44,5 Мпа, 78,3−79,5 МПа).

15. Интенсивность осушения и состояние мелиоративной сети влияют на плотность древесины ели. Худшие показатели плотности древесины вдоль рабоЛ тающих осушителей (344,6 кг/м), по сравнению с межканальным пространством, объясняются лучшим ростом ели в связи с более благоприятными почвенными условиями. Вторичное заболачивание уменьшает производительность елового древостоя на 12%> и увеличивает плотность древесины на 0,17% (345,2 кг/м3).

16. Пределы прочности древесины ели при сжатии вдоль волокон и статическом изгибе изменяются по ходу роста, в зависимости от состояния мелиоративной сети. Здесь можно выделить три периода: по мере заиливания канала они увеличиваются, затем, после капитального ремонта, проведенного в 1972 году, быстро уменьшаются, но с началом вторичного заболачивания это падение замедляется.

17. Содержание поздней древесины прямолинейно взаимосвязано с ее плотностью и с увеличением заиливания канала растет, после проведенного ремонта древостой стал расти лучше, что привело к уменьшению содержания процента поздней древесины.

18. История длительной работы системы осушительных каналов сложного в экотипическом отношении (сочетание застойных и проточных вод, замкнутых низин и грив) лесоболотного массива «Лебедань» представляет ценность для оценки эффективности по разным параметрам, включая лесоводствен-ную, древесиноведческую и лесозащитную.

19. За 80 лет после осушения сосняки и березняки осоково-сфагновые и травя-но-болотные IV и V классов бонитета сменились елово-сосновым лесом кисличного и страусникового торфяного осушенного типов П-Ш классов бонитета, причем, в основном II класс бонитета при работающих, а III класс — при неработающих каналах.

20. В результате улучшения гидрогеологических свойств почвы и бурно протекающих нитрификационных процессов улучшилось почвенное плодородие, что привело к повышению производительности леса от 100 до 500 м3/га, способствовало развитию автотрофных растений, а отсюда — биоразнообразия, признака устойчивости.

21. Отставание гетеротрофной утилизации продуктов автотрофного метаболизма является характерным свойством осушенных лесов: в урочище «Лебедань» почти половина запаса лежит на земле в полуразлагающемся состоянии. В результате создались условия для успешного роста ели, которая достигла уровня запаса осушенной сосны.

22. Ветровал сосны, ели и березы за последние 20−30 лет сплошь захламил урочище, что резко усилило деятельность консументов и редуцентов в экосистеме. Все это идет, в первую очередь, на пользу продуцентной деятельности ели, которая наиболее обеспечена естественным возобновлением.

23. Достигнутый первоначальным осушением эффект, если не ухаживать за каналами, можно растерять. Но максимальный эффект осушения наступит лишь тогда, когда продуцентная часть консорты достигнет уровня устойчивости за счет развития смешанного леса. В настоящее время, к сожалению, лиственная примесь еще не представлена достаточным для этого уровня.

24. Такой подход к оценке эффективности осушения потребовал применения новых параметров, таких как определение наличного, свежего годичного и текущего отпадов, условной фаутности — как интегрированных показателей интенсивности консументной деятельности облигатных паразитов, факультативных сапрофитов и паразитов.

25. Сосна при неработающих каналах на всех расстояниях от них показывает очень высокую фаутность — уровень трехкратного разрушения над созиданием. После ремонта при работающих каналах разрушение древесины сосны на корню несколько уменьшилось, но еще остается высоким за счет увеличения поражения сосновой губкой.

26. Ель в приканальной полосе заметно улучшила свой рост, но больше стала вываливаться ветром. Работающие каналы уменьшили фаутность ели в 1,5 раза. Наименьшей фаутность ели оказалось в межканальном пространстве, а наибольшей — при неработающих каналах.

27. Годичный отпад ели I и II при неработающих каналах оказался наибольшим около канала и в середине межканального пространства. Связь между расстоянием еловой части насаждения от канала и годичным отпадом выражалась уравнением у = 2,90 + 0,338х — 3,675 к^, а при работающих каналах объем годичного суммарного отпада ели увеличивается от канала к середине межканального пространства, достигая максимума на расстоянии 70−100 м, согласно уравнению параболы второго порядка у = 1,0507 + 0,524х — 0,031×2.

28. Связь текущего патологического отпада ели при неработающих каналах, в зависимости от расстояния, выражалась логарифмической кривой у = 3,87 + 0,227х-4,4151о§ х, и его средние размеры превышали размеры нормального годичного отпада в 2,2−6,8 раза. При работающих каналах связь соответствовала логарифмической кривой по уравнению у = 2,43 -504х + 4,5776^х, достигая максимума на расстоянии 20−70 м от канала и превышая нормальный отпад при естественном изреживании леса в 3,24,0 раза.

29. В числе дезинтеграторов древесины сосны при работающих каналах были: стволовая ядровая пестрая ситовая гниль от сосновой губки и рак-серянка соответственно 15,4 и 8,5% при неработающих — гниль от сосновой губки, (21,6%>), рак-серянка (15,4%), белая гниль от опенка (6,2%") и бурая гниль от столбового гриба.

30. На ели с увеличением возраста (старше 80 лет) заметно повышалось поражение ядровой пестрой ситовой гнилью от еловой губки ослабленные и отмирающие деревья быстро разрушались такими дереворазрушителями как: окаймленным и еловым трутовиками, и еловым трутовичком.

31. Ель в первом ярусе при работающих каналах была поражена только бурой гнилью (0,9%), при неработающих — пестрой ситовой гнилью (2,5%) и бурой (4,0%). Во втором ярусе при работающих каналах ель была поражена пестрой ситовой гнилью (0,6%), и бурой гнилью (0,6%) и заболон-ной мелкой ситовой гнилью (3,0%), при неработающих соответственно 4,0%, 4,0% и 2,7%.

32. При неработающих каналах у сосны, ели и березы встречалось больше пороков древесины 1, 4, 6, 7 групп по ГОСТ 2140–81, чем при работающих каналах. Все это обусловило более высокую фаутность сосны при неработающих каналах (174,9 дм3/м3), чем при работающих (102,3 дм3/м3). Для ели эти значения соответственно составили 69,7 и 44,1 дм3/м3, то есть ель отличается лучшей качественной характеристикой древесины.

33. Для более детальной оценки санитарного состояния деревьев учитывалось также распространение и других внешних признаков ослабленного состояния как суховершинность, многовершинность, ажурная крона, однобокая крона, мелкохвойность, усыхание нижних ветвей кроны, приподнятость корневых лап, смолоистечение, категории состояния деревьев по «Санитарным правилам в лесах РФ» (1992). Все эти отклонения также вошли в условную фаутность.

34. Годичные и текущие отпады соизмерялись с сырорастущими деревьями по коэффициентам отпада, а по последним такой важный параметр как прирост диффузного очагового усыхания по площади. Данный параметр при неработающих каналах был выше — 654,7 м2/га, чем при работающих (378,0 м2/га).

35. Все параметры ослабленного состояния деревьев использовались для составления прогнозной характеристики, которые при работающих каналах были в 1,58 раза выше, чем при неработающих. Все эти данные говорят о необходимости периодического проведения ухода за каналами и, особенно, в первые 2−4 десятилетия после осушения.

36. Определена оптимальная площадь сохранения торфоболот в естественном состоянии, которая равна 43 519 га, что составляет 44% от их общей площади или 1,86%о территории республики.

37. Оценка состояния осушительных каналов показала, что мелиоративная система урочища требует проведения текущего ремонта с восстановлением переходов через каналы и разборкой бобровых плотин.

38. В Республике Марий Эл на низинных болотах естественное возобновление после осушения следует ориентировать на ель, дающую очень высокий лесоводственный эффект, или проводить реконструкцию лиственных молод-няков с посадкой крупномерной ели.

39. Исследование основных физико-механических свойств древесины ели, произрастающей во втором ярусе под пологом соснового древостоя, показали, что в результате осушения низинного болота сформировалось высокопродуктивное двухъярусное насаждение с достаточно высоким качеством древесины ели, которую в первую очередь следует направить для изготовления дек музыкальных инструментов (выборочно), основную массу — на Марийский целлюлозно-бумажный комбинат для производства бумаги, т. к. у ели более длинные волокна и меньше смолы, чем у сосны, а также на тарную стружку для упаковки пищевых продуктов.

40. Фитопатологические исследования показали, что технические и хозяйственные эффективности осушения, вычисленные по разным параметрам, постоянно уменьшаются с увеличением возраста осушенных древостоев сосны и ели. Поэтому следующей задачей исследователей этого уникального урочища является разработка системы рубок главного пользования с максимальным сохранением мелиоративной роли каналов.

41. В результате исследований подготовлено, а Правительством республики принято постановление «Об охране и рациональном использовании торфо-болот в Республике Марий Эл» от 27.06.96 г. № 231. Данное постановление является программой охраны и освоения торфяников, которая поставила существенные ограничения на стихийном и бесконтрольном пользовании этими ресурсами в текущем пятилетии. Далее, до 1.01.2001 года необходимо провести инвентаризацию болот, внести соответствующие изменения в их список и подготовить проект постановления «Об охране и рациональном использовании торфоболот в Республике Марий Эл в 2001;2005 годах и на перспективу до 2010 года».