Russian Federation
631.445.124
The lowland swamps of the Russian Federation are mainly located on lands of the State Forest Fund. After peat collection with rotary cultivator, it is quite logical to use these depleted areas to plant artificial coniferous forest stands on them, for example Scots pine (Pinus sylvestris). The most favorable environment for this forest crop is low-deposit and well-drained areas with high-ash residual woody-grassy peats, underlain by light rocks. The stock of commercial wood in 40–50-year-old stands reaches 360–415 m3/ha. Areas with high peat reserves and low-ash grassy-moss species on residual peat have formed a sparse, stunted, extremely depressed forest stand in conditions of stagnant water regime. At the similar age, the timber stock does not exceed 0.1–0.2 m3/ha. All this situation must be taken into account when carrying out large-scale forest-planting operations on depleted peatlands.
depleted peatlands, soil fertility, soil moisture, secondary forest stands, peat properties, water regime, Scots pine, timber stock
Введение
Первые разработки торфяных залежей в России были организованы еще в начале XVIII в. по инициативе Петра I. За всю историю использовалось несколько десятков способов торфодобывания. Среди них – резно-ручной, наливной, рамочно-формовочный, машинно-резной, элеваторный, багерный, экскаваторный, гидравлический, фрезерно-формовочный и др. В 20-х гг. прошлого столетия вводится принципиально новый способ – послойно-фрезерный. В настоящее время эта технология считается наиболее распространенной, поскольку полностью механизирована [1, 2]. В зависимости от мощности залежи и физических свойств торфа весь процесс протекает от 20 до 30 лет. По окончании добычи на выходе остаются внешне ровные, слегка вогнутые к центру прямоугольной формы производственные карты.
Главная почвенно-мелиоративная особенность выбывших площадей – высокая горизонтально-пространственная почвенная пестрота профиля, обусловленная различной мощностью остаточного торфа (0–1,5 м) и крайне неоднородным водным режимом: от десуктивно-выпотного до периодически промывного и застойного [3].
Практика дальнейшего применения выработанных торфяников в производстве чаще всего базируется на использовании их в кормопроизводстве либо лесном хозяйстве при создании так называемых «вторичных» древостоев. Наиболее широкое распространение лесовосстановительные технологии получили в 70–80-х гг. прошлого столетия на выработках в Нижегородской, Брянской, Ярославской, Московской и Кировской областях. При восстановлении кустарниково-древесных фитоценозов использовались: смородина черная (Ribes nigrum), малина лесная (Rubus idaeus), тополь бальзамический (Populus balsamifera), вяз обыкновенный (Ulmus laevis), береза пушистая (Betula pubescens) и повислая (Betula pendula), ольха черная (Alnus glutinosa), тополь канадский (Populus canadensis), кедр сибирский (Pinus sibirica), лиственница сибирская (Larix sibirica), дуб обыкновенный (Quercus robur), ель сибирская (Picea obovata) и сосна обыкновенная. В плане приживаемости и динамики формирования биомассы выделялись посадки ели и сосны, высаженные в весенний период [4–8].
Материалы и методы
Объекты исследований – выработанные низинные торфомассивы «Гадовское» и «Зенгинское» Кировской области. Торфодобыча осуществляли послойно-фрезерным способом в период с 1936 по 1965 г., т. е. около 30 лет. По мере выхода отработанных площадей из-под торфодобычи на обоих торфомассивах производили высадку саженцев-двухлеток сосны обыкновенной. Посадку проводили Оричевским межлесхозом вручную под меч Колесова. Следует отметить, что при посадочных работах не всегда учитывали степень сработки залежи и состояние водного режима участков. В результате приживаемость саженцев и динамика их дальнейшего развития очень сильно отличались даже в границах одной производственной площади. На некоторых крайне переувлажненных участках с величиной остаточного торфа более 0,7–1,5 м саженцы погибали практически сразу.
На момент последнего обследования залесенной территории возраст сохранившегося древостоя сосны составлял 40–50 лет. Доля лесопокрытой территории
в структуре образовавшихся лесолуговых постболотных агроландшафтов составила более 30 %.
Чтобы установить влияние выработанной торфяной почвы как среды обитания на состояние древостоев сосны обыкновенной и других внедрившихся видов, на каждом торфомассиве оборудованы постоянные мониторинговые участки и контрольные площадки от 2–3 соток до 5–10 га. Таксацию древостоя осуществляли глазомерно и перечислительно с использованием таксационных инструментов на временных пробных площадях прямоугольной формы и различного размера, в зависимости от густоты древостоя, с оборудованием на них учетных площадок (10 м2 каждая) для таксации подроста и подлеска. Участки отличаются мощностью остаточного слоя торфа, типом водного режима и местом расположения в ландшафте.
Для сравнительной оценки из всего количества мониторинговых площадок на залесенной территории было выбрано четыре ключевых участка.
Участок 1. Почва: торфянисто-глеевая остаточная (дегроторфозем остаточно оглеенный); мощность остаточной залежи – 20–30 см; по ботаническому составу торф травянисто-древесный, высокозольный (15 %). Подстилающая порода: среднезернистые аллювиально-делювиальные пески.
Участок 2. Почва: торфяная среднемощная остаточная. Торф осоковый, среднеразложившийся (20–30 %), низкозольный (5–8 %), с повышенной влагоемкостью (510–540 %).
Участок 3. По водно-физическим и морфологическим свойствам остаточного торфа и подстилающей породы, ботаническому составу торфа и большинству агрохимических показателей почва этого участка идентична участ-
ку 2 (табл. 1 и 2).
Участок 4. Особенность участка в том, что мелкозалежный, травянисто-древесный, высокозольный торф (14,3 %), подстилаемый средним мергелизованным суглинком, погребен на глубину 30–40 см минеральным субстратом, извлеченным на поверхность при прокладке мелиоративного канала.
Результаты и их обсуждение
Участок 1. По всему профилю отмечен вполне благоприятный кислотный режим. По рНсол почва характеризуется как слабокислая, близкая к нейтральной. Высокая степень насыщенности почвенного поглощающего комплекса (далее — ППК) основаниями (71–97 %) обусловлена высоким содержанием обменного Са и сравнительно невысокой гидролитической кислотностью. Отсутствие закисного железа в большей части профиля свидетельствует о хорошей аэрации (табл. 1).
Участок отличается благоприятным водным режимом и комфортными для лесных культур водно-физическими и морфологическими свойствами. При незначительном диапазоне колебаний уровня грунтовых вод (далее – УГВ) выдерживается экологически безопасный среднегодовой УГВ на уровне 90 см, а влажность корнеобитаемого слоя составляет в среднем 75 % от полной влагоемкости (далее –
ПВ) (табл. 2). На практике эти условия могут изменить лишь стремительно расселяющиеся в лесопосадках популяции обыкновенного бобра (Castor fiber). Однако при желании ситуацию можно легко контролировать.
Основная культура в древостое (80 %) – сосна обыкновенная, высаженная в начале 70-х гг. прошлого столетия. Спустя 10–15 лет, в посадки сосны стали активно внедряться березы (повислая, пушистая), а позднее и ель сибирская. Согласно последней оценке, по запасам биомассы некоторые экземпляры берез даже превосходят сосну. Процесс приживания и динамика дальнейшего развития сосны в значительной степени зависят от слоя остаточного торфа и наличия контактно-оглеенных горизонтов. Отмечено, что чем меньше развивается процесс оглеения профиля и чем быстрее центральный корень сосны «зацепится» за подстилающую торф породу, тем скорее начнется активное формирование древесной массы.
В табл. 3 приведены основные показатели таксационной оценки древостоя сосны. Для более полной характеристики потенциала продуктивности на этом и остальных участках приведено общее количество условных стволов на единицу площади, т. е. с учетом сухостойных. На участке 1 доля сухостоя достигает 25 %.
Из данных табл. 3 следует, что по всем этим и ранее приведенным в табл. 1 и 2 показателям участок 1 можно считать одним из наиболее пригодных для функционирования вторичных древостоев. В 50-летнем возрасте запас древесины сосны обыкновенной без учета внедренных видов здесь составляет 360 м3/га. Из-за большой сомкнутости крон кустарниковый ярус развит слабо. Встречаются отдельные экземпляры рябины обыкновенной (Sorbus aucuparia), крушины ломкой (Frangula alnus) и жимолости лесной (Lonicera xylosteum). В травяно-моховом ярусе доминируют лишайники (Lichenes), зеленые мхи (Bryidae), майник широколистный (Maianthemum dilatatum), кислица обыкновенная (Maianthemum dilatatum) и щитовник мужской (Dryopteris filix-mas).
Участок 2. Особенность всего профиля почвы – крайне низкое содержание подвижного фосфора и повышенная кислотность почвенного раствора, обусловленная, прежде всего, высоким содержанием подвижного алюминия. Как результат по всему профилю наблюдается низкая степень насыщенности ППК основаниями (38–70 %) (табл. 1). В среднем за год УГВ на участке составил около 70 см. В условиях метрового слоя высоко-
влагоемкого торфа при такой степени осушения влажность корнеобитаемого слоя находилась в пределах 85 % от ПВ, что несколько выше нормальной влагообеспеченности (табл. 2). Однако незначительный избыток влаги в отдельные периоды практически не ограничивал развития древостоев.
Необходимо отметить, что наличие оксидов двухвалентного железа в обводненной части профиля является надежным диагностическим показателем определения зоны кислородного барьера (зоны аэрации) в верхней части этого профиля (табл. 1).
Основу древостоев на участке составили: береза повислая (70 %), ель сибирская (25) и различные виды ивы (Salix) (5 %). Из данных табл. 3 (участок 2) видно, что по ключевым параметрам ивово-елово-березовый древостой несколько уступает древостою из сосны обыкновенной, однако доля сухостоя здесь значительно меньше – не более 7–10 %. Подлесок представлен рябиной обыкновенной, крушиной ломкой и черемухой обыкновенной (Prunus padus). В травяном ярусе наибольшее распространение получили: зеленые мхи, кладония бахромчатая (Cladonia fimbriata), пушица влагалищная (Eriophorum vaginatum), майник широколистный, щитовник мужской, мать-и-мачеха обыкновенная (Tussilago farfara).
Участок 3. Главное отличие заключается в особенностях водного режима. Уровень грунтовых вод в круглогодичном и многолетнем режимах не опускается ниже 40–50 см. В периоды обильных осадков грунтовые воды практически выходят на поверхность. Влажность почвы в это время приближается к полной влагоемкости. Зона кислородного барьера здесь формируется в наиболее засушливые периоды сезона и лишь в самом верхнем слое (0–20 см). Эта ситуация наглядно просматривается по распределению в профиле закисного железа (см. табл. 1). В многолетнем цикле здесь доминирует застойный водный режим.
Образовавшаяся среда отражается на состоянии основных и внедрившихся культур начиная с момента посадки. Установлено, что в первые 2 года приживаемость сосны и ели на аналогичных участках в среднем не превышает 30–40% от высаженного посадочного материала. В дальнейшем из этого количества погибает еще около половины в возрасте от 5 до 15 лет, вследствие выжимания, вымокания, засыхания, затенения и других неблагоприятных факторов. Оставшиеся экземпляры сосны, ели и березы в 40–50-летнем возрасте имеют крайне угнетенную и искривленную форму. Их высота, как правило, не превышает 10–12 м при диаметре стволов 6–8 см. В литературе [9] это состояние называют «тундровым эффектом». Основная часть корневой массы у хвойных и лиственных пород размещается в слое 0–10 см, центральные корни – до глубины 15–20 см. Более 20–30 % боковых корней стелются практически по поверхности на расстояние до 2–3 м. Естественно, что определять запасы товарной древесины на этих объектах не имеет смысла.
Участок 4. Принципиально отличается от остальных уровнем плодородия и экологическим предназначением древостоя, сформировавшегося на нем. Лесной фитоценоз здесь представлен в виде полезащитных лесных полос ажурно-полупродуваемой формы. Основная высаженная средообразующая порода – сосна обыкновенная. На момент последнего обследования ее высота достигала 28–30 м, средний возраст 40 лет, ширина лесополосы – 6–8 м. В составе древостоя около 20 % внедрившихся видов: береза, ольха, ива ломкая (Salix fragilis), рябина, черемуха
и др. Древостой расположен на одной из сторон мелиоративного канала. Весь профиль выработанной почвы характеризуется благоприятным кислотным режимом и высокой степенью насыщенности почвы основаниями. Отношение здесь самое минимальное, что свидетельствует
о низкой ожелезненности почвы и высокой ее обеспеченности кальцием (см. табл. 1). При прокладке канала вынутый грунт ровным слоем распределяется по приканавной территории. Остаточный торф частично перемешивается с подстилающим суглинком, но большая его часть оказывается погребенной под вынутым грунтом на глубине 30–40 см. В результате образуется очень благоприятная среда для всех без исключения кустарниково-древесных видов. В зависимости от уровня дренажно-сбросных вод
в канале и УГВ в почве в течение всего года наблюдаются близкая к оптимальной влажность (60–70 % от ПВ) и аэрация (30–40 %) корнеобитаемого слоя. В этих условиях формируется наиболее развитый и самый продуктивный по большинству показателей смешанный лиственно-хвойный древостой (табл. 3, участок 4). В отличие от других участков, в структуре 40-летней лесополосы доля сухостоя не превышает 5–7 %. Следует отметить, что подлесок и травяно-моховой ярус развиты слабо, поэтому именно здесь, под пологом среднеплотного древостоя, весьма активно развиваются и сопутствующие лесные ресурсы: грибные и ягодные.
Заключение
Таким образом, к наиболее значимым факторам, определяющим пригодность выработанных послойно-фрезерным способом торфяников для создания на них вторичных чистых и смешанных древостоев, относятся: мощность остаточного слоя торфа, его ботанический состав, гранулометрический состав подстилающей породы, кислотные свойства и состояние водного режима. Для лучшей приживаемости посадочного материала и дальнейшего роста древесных культур необходимо, прежде всего, использовать хорошо осушенные торфяно-торфянисто-глеевые и полностью сработанные участки, подстилаемые легкими и средним суглинками, мелко- и среднезернистыми песками. По ботаническому составу предпочтение отдается высокозольным (12–20 %) хорошо разложившимся (40–60 %) торфам, рНсол 5,5-7,0, УГВ 80–120 см, что способствует формированию периодически-промывного водного режима. При планировании и проведении массовых лесопосадочных работ, лесохозяйственным организациям все это необходимо учитывать.
Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов.
1. Kopenkina, L. V. Istoriya torfyanogo dela v Rossii [The history of peat industry in Russia] / L. V. Kopenkina. – Tver, 2015. – 228 p.
2. Kopenkina, L. V. Retrospektivnyy analiz proizvodstva torfa v Rossii [Retrospective analysis of peat production in Russia] / L. V. Kopenkina, S. N. Gamayunov // Problemy i perspektivy ustoychivogo razvitiya torfyanogo dela v Rossii [Problems and Prospects of Sustainable Development of Peat Industry in Russia]: Materials of the International Scientific and Practical Conference. – Tver : Triada, 2018. – P. 65–70.
3. Ulanov, A. N. Torfyanye i vyrabotannye pochvy yuzhnoy taygi evro-severo-vostoka Rossii [Peat and depleted soils of the south taiga of the Euro-North-East of Russia] / A. N. Ulanov. – Kirov : Dom pechati-VYaTKA, 2005. – 320 p.
4. Kamenova, I. E. Proekt «Vosstanovlenie torfyanykh bolot v Rossii v tselyakh predotvrashche-niya pozharov i smyagcheniya izmeneniy klimata»: opyt realizatsii i perspektivy [Project on restoring peatlands in Russia for fire prevention and climate change mitigation: experiences, prospects and lessons learnt] / I. E. Kamenova, T. Yu. Minaeva // Problemy i perspektivy ustoychivogo razvitiya torfyanogo dela v Rossii [Problems and Prospects of Sustainable Development of Peat Industry in Russia]: Materials of the International Scientific and Practical Conference. – Tver : Triada, 2018. – P. 59–64.
5. Metelev, N. D. Osobennosti vyrashchivaniya sosny obyknovennoy na vyrabotannykh torfya-nikakh torfomassiva «Gadovskoe» Orichevskogo rayona, Kirovskoy oblasti [Features of cultivation of Scots pine on depleted peatlands of the peat massif Gadovskoe, Orichevskiy District, Kirov Region] / N. D. Metelev // Mnogofunktsionalnoe adaptivnoe kormoproizvodstvo [Multifunctional adaptive feed production]. Collection of Scientific Papers: Materials of the International Scientific and Practical Conference dedicated to the 100th Anniversary of the Kirov Meadow-Swamp Experimental Station. Issue 18 (66). – Moscow, 2018. – P. 205–210.
6. Timofeev, A. F. Lesokhozyaystvennoe osvoenie zemel posle torforazrabotok [Forestry-based industrial development of lands after peat extraction] / A. F. Timofeev, P. A. Lesnov. – Moscow : Lesnaya promyshlennost, 1967. – 74 p.
7. Timofeev, A. F. Kompleksnoe osvoenie i intensivnoe ispolzovanie zemel posle tor-forazrabotok [Comprehensive development and intensive use of lands after peat extraction] / A. F. Timofeev // Osvoenie ekosistem i ratsionalnoe prirodopolzovanie na torfyanykh pochvakh [Development of Ecosystems and Sustainable Nature Management on Peat Soils]: Materials of the International Scientific and Practical Conference dedicated to the 85th Anniversary of the Kirov Meadow-Swamp Experimental Station. – Kirov : Dom pechati-VYaTKA, 2003. – P. 169–171.
8. Boch, M. S. Ekosistemy bolot SSSR [Ecosystems of peatlands of the USSR] / M. S. Boch, V. V. Mazing. – Leningrad : Nauka, 1979. – 188 p.
