Иванова Н. Ю.

студентка кафедры общей биологии и экологии

Курский государственный университет

Характеристика сезонной динамики опада в лесах Центрально-Черноземного заповедника (2008-2012 гг.)

Введение. Леса Центрально-Черноземного заповедника (ЦЧЗ) расположены в юго-западной части Среднерусской возвышенности в пределах центральной полосы лесостепной зоны и входят в состав округа Курской лесостепи и прилегающих районов провинции южной части Русской равнины Евразиатской степной области. ЦЧЗ состоит из шести территориально обособленных участков. В лесах заповедника установлен единый режим – режим ограниченного хозяйственного воздействия. Лесная площадь ЦЧЗ составляет 2464.2 га (46.6% от территории заповедника). По участкам лесные площади распределяются следующим образом: Стрелецкий – 1127.3 га, Казацкий – 511.7 га, Букреевы Бармы – 136.6 га, Баркаловка – 277.0 га, Зоринский – 132.9 га и Пойма Псла – 278.7 га.

В настоящее время на заповедной территории господствуют дубравы. Они занимают плакорные местообитания (водораздельные дубравы), островами разбросаны по пойме (пойменные дубравы), по склонам и днищам балок (байрачные дубравы). Лесные насаждения представлены множеством производных сообществ от коренного ясене-дубняка лещиново-снытевого, среди которых наиболее часто встречается дубняк снытево-крапивный, дубняки и черемухово-дубняки мертвопокровные. Большинство древостоев образовано 4-5-м вегетативным поколением дуба. Сейчас это преимущественно одновозрастные дубовые насаждения в возрасте 75-90 лет. Порослевыми дубовыми древостоями занято около 74% лесопокрытой площади. На остальные породы естественного происхождения приходится лишь 7%. Наиболее распространены насаждения средней продуктивности II-III класса бонитета с полнотой 0.7-1.3 (http://zapoved-kursk.ru/o-zapovednike).

Несмотря на высокую степень изученности первичной продуктивности зональных сообществ, процесс обратного характера – отмирание живого вещества, который идет, с одной стороны, через отмирание целых растений – отпад, с другой – через периодическое отмирание отдельных органов или частей – опад, изучен до настоящего времени недостаточно.

Лесной опад – опавшие в лесу листья, ветки, кора, цветы, почки, плоды и другие части древесной и кустарниковой растительности, а также травяной и животный опад. Опавшие части растений наиболее богаты зольными веществами и азотом. Опад – основной материал для образования лесной подстилки и гумуса (Соколов (1954, 1962).

Биогеоценотическое значение опада очень велико: от размеров поступления органического вещества на поверхность почвы, его химического состава и скорости минерализации зависят потенциальная продуктивность ценозов и характер современного почвообразования. Необходимость изучения сложной сезонной и разногодичной динамики процесса опада тесно связана с проблемами "Человек и биосфера", "Охрана окружающей среды" и Международной Биологической Программы, которые диктуются необходимостью рационального использования и охраны ресурсов биосферы, увеличения биологической продуктивности Земли, сохранения благоприятной экологической обстановки для всего живого.

Лесной опад имеет большое значение в почвообразовании под пологом леса, так как от опада-подстилки происходит обогащение черноземов углекислым кальцием и гумусом, она является важным звеном в обмене веществом и энергией между лесной растительностью и почвой (Зонн, Алешина, 1953).

Целью нашей работы явилось изучение характеристики сезонной динамики опада в смешанном насаждении Центрально-Черноземного заповедника (на примере лесной постоянной пробной площади № 4) за 2008-2012 гг. Наблюдения за сезонным распределением лесного опада на стационаре осуществляются с 1967 г. Для анализа нами взяты 2008-2012 гг. – годы, характеризующиеся высокими температурами вегетационных периодов на фоне низкого количества осадков.

Объекты и методы исследования. Работа выполнена на постоянной пробной площади, расположенной в Курской области в Медвенском районе на Казацком участке заповедника в клено-дубняке лещиново-снытево-пролесниковом.

Древесно-кустарниковый опад собирался в опадоулавливатели (ящики размером 1×1 м и высотой 0.2 м). Сбор опада производился ежемесячно (в последние 2-3 дня каждого месяца), за исключением зимних месяцев. Опад, извлеченный из опадоулавливателей, сортировался по породам и морфологическим фракциям. Затем каждая фракция высушивалась при температуре 105°С до постоянного веса и взвешивалась с точностью до 0.1 г (в работе приводится абсолютно сухой вес фракций).

Результаты и обсуждения. Проведя анализ структуры и сезонной динамики лесного опада в клено-дубняке лещиново-снытево-пролесниковом за 2008-2012 гг. мы получили следующее:

В среднем на стационаре опадает 5.4 т/га лесного опада: 57.4% приходится на фракции дуба черешчатого; 18.3% – лещины обыкновенной; 12.2% – клена остролистного; 4.5% –липы сердцевидной; 7.6% – опад других древесных и кустарниковых видов, а также травяной опад, животный опад и экскременты животных.

По данным метеостанции «Стрелецкая степь» вегетационные сезоны 2008-2012 гг. отличались высокими температурами и дефицитом влаги (Летописи природы ЦЧЗ 2008-2012 гг.).

Летний период 2008 г. был на 1.6° теплее нормы, при этом в июне выпало всего 15.3 мм осадков (при норме 62.2 мм). Высокие температуры способствовали увеличению степени зараженности листьев дуба мучнисторосяными грибами. Поврежденные листья засохли и массово опали в июле. Удельный вес опада июля составил 23.8% (при норме 5.5). Такое явление как летний листопад дуба на данном стационаре отмечались до этого только в 1976 г. (в июле опало 23.1% листьев дуба) и в 1999 г. (23.3%) (Рыжкова, Рыжков, Непочатых, 2012).

Весна 2009 г. была теплее нормы на 1.1^о, при этом в апреле выпало всего 0.6 мм осадков (при норме 38.0 мм). Засушливая осень 2008 г. и малоснежная зима 2009 г. не позволили получить лесной растительности достаточное количество влаги и из почвы, что отразилось на всех этапах ее развития в течение вегетационного периода. Сухая и теплая весна способствовала активизации питания листогрызущих насекомых, за май-июнь на поверхность почвы поступило 266.9 кг/га экскрементов насекомых. Это привело к увеличению удельного веса опада в этот период – в мае опало 9.3% (при норме 7.0), а в июне – 14.3% (при норме 6.4). Кроме того, надо отметить, что несмотря на бурное цветение деревьев и кустарников в 2009 г., плодоношение их было низким. Опало 49.7 кг/га плодов (при среднем многолетнем показателе 206.8 кг/га) – это самый низкий показатель за последние 15 лет.

Весной 2010 г. осадков выпало всего 23.3 мм (24% от нормы). Лето 2010 г. характеризовалось повышенным температурным режимом (на 3.9° теплее нормы) и недостатком влаги –осадков выпало 79.9 мм (42 % от нормы). Под действием жары и засухи деревья стали сбрасывать листья раньше обычного. Удельный вес опада на лесном стационаре в июле и августе превысил средние многолетние показатели. Произошло это в результате сдвигов сроков осеннего листопада у липы и лещины. Удельный вес листьев липы в июле составил 7.4% (при норме 1.8), а в августе – 20.7% (при норме 7.8). У лещины, произрастающей в подчиненном ярусе, осенний листопад также начался на два месяца раньше: в июле опало 12.4% листьев (при норме 1.9), а в августе – 34.0% (при норме 5.5).

Весна 2011 г. характеризовалась повышенным температурным режимом (на 0.9° теплее нормы) и недостатком влаги (на 40 мм ниже среднего многолетнего значения (Мср). Все летние месяцы характеризовались повышенным температурным режимом (в среднем температура воздуха на 1.9° была выше Мср). Осадков за летний период выпало 194.2 мм, значение близкое к среднему (191.4мм). Но распределились они неравномерно: наименьшее количество осадков выпало в начале лета – 3.1 мм. Сухая и жаркая погода весной способствовала активизации питания листогрызущих насекомых, большое количество экскрементов, осыпавшихся на поверхность почвы – 334.1 кг/га, привело к увеличению удельного веса лесного опада в мае – 13.6% (при Мср 7.0). Ход сезонной динамики опада листьев дуба, клена и липы соответствовал средним многолетним показателям. У лещины в 2011 г. наблюдалось сокращение листовой массы – на поверхность почвы опало 552.7 кг/га листьев (при Мср 691.0). Кроме того, массовый опад листьев лещины отмечен на месяц раньше в сентябре – 45.4% (при Мср 29.9).

Весна 2012 г. была короткой, теплой и сухой (на 2.2° теплее Мср). Осадков за сезон выпало 24.1 мм (при Мср 96.3 мм). Все летние месяцы характеризовались повышенным температурным режимом. Самым теплым оказался июль. Самыми сухими месяцами оказались май и июль (26.8 и 24.1 мм, соответственно). Август был самым влажным, зарегистрировано 154 мм осадков – две с половиной месячной нормы. Древесные породы по-разному отреагировали на такие погодные условия. Для дуба черешчатого критическими были жаркая и сухая погода мая – в это время деревья, вступившие в фазу цветения и листораспускания, подвергаются действию насекомых-филлофагов. Растения затрачивают много энергии на продуцирование листвы, а после окукливания гусениц, еще и на вторичную вегетацию. Это ослабило защитные функции деревьев, а на фоне жары и засухи, привело к летнему листопаду – в июне 2012 г. опало 15.5% листовой массы дуба (при Мср 3.1). Прошедшие в июле дожди помогли деревьям дуба восстановиться и дальнейший опад листьев соответствовал многолетним значениям (рис. 1).

Рис. 1. Сезонное распределение опада листьев дуба (по вертикали удельный вес, %; по горизонтали месяцы).

Сухая и жаркая погода июля способствовала изменению сезонной динамики листового опада липы и лещины. Согласно многолетним наблюдениям осенний листопад этих пород происходит в сентябре (липа – 28.5%, лещина – 30.2%) и октябре (59.4 и 58.5 соответственно). Однако, в 2012 г. уже в августе опало 29.4% листовой массы липы (при Мср 7.4) и 19.3% (при Мср 4.9) листьев лещины. Так как масса листьев липы и лещины составляет 20.6% суммарного опада стационара, то это отразилось на сезонном распределении и суммарного опада. Листопад липы и лещины начавшийся в августе, после прошедших дождей, резко прекратился в сентябре и затем достиг максимума в октябре, что соответствует Мср (рис, 2, 3).

Рис. 2. Сезонное распределение опада листьев липы

Рис. 3. Сезонное распределение опада листьев лещины

В течение 5 лет фракции опада на стационаре распределялись следующим образом: листья дуба в среднем –1.5 т/га (24.2%), ветки и кора дуба – 0.8 т/га (12.2%), прочий опад дуба – 0.2 т/га (2.7%), листья прочих древесно-кустарниковых пород – 1.9 т/га (32.7%), прочий древесно-кустарниковый опад (без листьев) – 1.7 т/га (28.2%). Листовой опад в смешанном насаждении клено-дубняке лещиново-пролесниковом преобладает над прочим опадом и составляет в среднем 56.9%. Поэтому изменения хода сезонной динамики листового опада влияет и на сезонную динамику всего опада стационара.

Заключение. Аномально жаркая и сухая погода 2008-2012 гг. способствовала угнетению дуба и сопутствующих ему видов. В лесных урочищах заповедника с 2008 г. сократили свое участие в сложении опада черемуха, груша, яблоня, ива козья и клен американский (Рыжкова, Рыжков, Непочатых, 2012). Произошел распад старовозрастных осиновых насаждений во всех урочищах ЦЧЗ. Частично усыхание затронуло и березняки.

Наиболее устойчивыми к погодным аномалиям 2008-2012 гг. оказались смешанные насаждения заповедника. Несмотря на то, что у дуба дважды за этот период наблюдался летний листопад, его долевое участие в сложении опада на стационаре увеличилось с 31.2% до 43.0%.

Погодные условия последних лет не стали аномальными для клена остролистного, во всех лесных урочищах ЦЧЗ он расширил площадь произрастания, принимая все большее участие в сложении опада.

Таким образом, выяснили, что под действием климатических условий (высокие температуры на фоне незначительного количества осадков) наблюдается опад листьев в летние месяцы. Ослабленные растения массово сбрасывают листовую массу раньше сезонных сроков – летний листопад дуба, липы и лещины в сезоны 2008-2012 гг. тому подтверждение.

Литература:

1. Зонн С.В., Алешина А.К. К вопросу о разложении опада дубовых лесов и взаимодействии зольных элементов его с почвами // Тр. института леса. – М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1953. – ХII. – С.130-150.

2. Наблюдение и изучение явлений и процессов в природном комплексе Центрально-Черноземного биосферного заповедника (летопись природы). Научный отчет за 2008 г. Машинопись. Кн. 57. С. 61-83.

3. Наблюдение и изучение явлений и процессов в природном комплексе Центрально-Черноземного биосферного заповедника (летопись природы). Научный отчет за 2009 г. Машинопись. Кн. 58. С. 61-83.

4. Наблюдение и изучение явлений и процессов в природном комплексе Центрально-Черноземного биосферного заповедника (летопись природы). Научный отчет за 2010 г. Машинопись. Кн. 59. С. 61-83.

5. Наблюдение и изучение явлений и процессов в природном комплексе Центрально-Черноземного биосферного заповедника (летопись природы). Научный отчет за 2011 г. Машинопись. Кн. 60. С. 61-83.

6. Наблюдение и изучение явлений и процессов в природном комплексе Центрально-Черноземного биосферного заповедника (летопись природы). Научный отчет за 2012 г. Машинопись. Кн. 61. С. 63-83.

7. Рыжкова Г.А., Рыжков О.В., Непочатых Л.В. Усыхание осиновых насаждений Центрально-Черноземного заповедника // Флора и растительность Центрального Черноземья – 2012: Матер. науч. конф. (г. Курск, 6 апреля 2012 г.). Курск: Курский гос. ун-т, 2012. С. 138-142.

8. Соколов Д.Ф. Состав органического вещества почв дубовых лесов // Тр. института леса. – 1954. – Т. ХХIII. – С. 193-208.

9. 18. Соколов Д.Ф. Влияние лесной растительности на состав гумуса почв различных природных зон. М.: Издательство Академии наук СССР, 1962. – 184 с.