«Ботаника и экология растений» Экологическая оценка распространения и влияния поперечного надломовидного рака дуба черешчатого в дубравах Белгородской области

Белгородская область, г. Белгород

Всероссийский конкурс юных исследователей окружающей среды

Номинация «Ботаника и экология растений»

Белгород, 2016 г.

В принятом Конференцией ООН в Рио-де-Жанейро в 1992 «Заявлении о принципах в отношении лесов» говорится: «Они являются хранилищами воды и углерода, который мог бы в противном случае попасть в атмосферу и превратиться в газ, вызывающий парниковый эффект». Принятие такого документа Мировым форумом подчеркивает исключительное значение лесов для решения глобальных экологических, экономических и социальных проблем.

Антропогенно-производные леса отторгаются Природой. Это проявляется в их низкой устойчивости, недолговечности и неспособности нормально развиваться и полноценно выполнять биосферные функции без постоянной опеки человека.

В Белгородской области одной из основных лесообразующих пород является дуб черешчатый (Quercus robur L.). На протяжении уже более 100 лет идет ускоренное отмирание дубрав региона (Рубцов, 1966; Доклад…, 2014). Прежде всего, фиксируется постоянное, снижение доли высокоствольных насаждений. Порослевые (низкоствольные) дубравы имеют явно выраженные признаки деградации, обуславливающие сукцессионные процессы. Причинно – следственные связи процесса деградации порослевых дубрав, как показывает знакомство с литературой по данной проблеме, остаются далеко не раскрытыми; недостаточно и определена роль в этом отношении поперечного надломовидного рака дуба, что и определило выбор темы исследований (Калугина, 2006).

Цель исследования: изучить распространение поперечного надломовидного рака дуба черешчатого в дубравах Белгородской области и оценить его роль в деградации насаждений

В рамках указанной цели были поставлены следующие задачи:

1. 
   Изучить лесные ресурсы Белгородской области.
   
2. 
   Оценить состояние жизнеспособности исследуемых древостоев дуба черешчатого.
   
3. 
   Выявить экологические особенности распространения поперечного надломовидного рака дуба черешчатого в зависимости от различных лесорастительных условий.
   
4. 
   Предложить мероприятия по сохранению и восстановлению дубрав исследуемого региона.
   

Для достижения темы и при решении поставленных задач использовались следующие методы исследования: метод статистического анализа данных, анализ учебной и научной литературы, нормативных документов, а также периодических и Интернет – изданий по заявленной теме исследования.

Рис. 1. Спутниковый снимок района исследования (спутник Spot Image, 2012 год) (красными точками показаны временные пробные площади исследования)

Видом открытого рака у дуба является поперечный раковый наплыв, который провоцируется поселением пестрой дубовой тли и вызывается бактерией Psevdomonas guercus Schem. Повышенное распространение болезни объясняется систематическим порослевым возобновлением дуба. Считается, что болезнь также распространена в защитных лесополосах вдоль железных и шоссейных дорог. Поперечный рак дуба поражает все виды дуба, но более интенсивно дуб черешчатый, устойчивым к этому заболеванию считается дуб северный. По исследованиям, установлено, что возникает заболевание на молодых дубках, его развитие продолжается много лет. Вызывающая болезнь бактерия проникает в камбий стволов и вервей в области тонкой коры через повреждения дубовой тли. Большое значение для поражаемости болезнями имеет возраст деревьев дуба (Вакин,1931; Мозолевская, 1990; Калугина,2006)

По данным исследований в антропогенном дендроценозе по мере роста дуба и изменении условий окружающей среды постепенно нарастает численность пораженных раком деревьев, ослабленных абиотическими факторами (Белов, 1983). Заражению также способствует различные механические повреждения, возникающие при проведении санитарных рубок в дубравах (Яковлев, 1949; Лесная…,1985; Рыжков, 2001; Семенкова, 2003; Калугина, 2006).

1. 
   Методика исследований
   

Определение общего санитарного состояния дубрав и учет зараженности поперечным надломовидным раком древостоев различного, возраста, происхождения, и произрастающих в различных типах лесорастительных условий (тип условий местопроизрастания – ТУМ) осуществлялись по общепринятым методикам рекогносцировочного и детального лесопатологического обследований (Мозолевская и др., 1984).

Детальное лесопатологическое обследование выполнялось на временных пробных площадях (ВПП) (Площади…, 1984)).

Общее санитарное состояние древостоев в пределах пробной площади ПП определялось по методике Е. Г. Мозолевской (1984). В результате этого получали общую санитарную характеристику насаждений.

Категории жизнеспособности деревьев выделялись по внешним патологическим признакам в соответствии со шкалой, адаптированной к категориям состояния деревьев рекомендуемым «Санитарными правилами в лесах России» (1998), маршрутным методом (табл. 1.) (Воронцов, 1978).

При оценке деревьев по степени их жизнеспособности обязательно измерялся диаметр ствола на высоте 1,3 м. Диаметр ствола является наиболее точным и надежным показателем конкурентоспособности (жизнеспособности) дерева.

Методы камеральной обработки полевых материалов, позволили обосновать результативную часть исследования и заключались в составлении сводных таблиц, обработке полученных данных.

Практическая часть работы заключалась в наблюдениях и учете деревьев пораженных раком дуба. Общая площадь участков исследования в 2014-2016 гг. составила 4,5 га.

Для определения лесорастительных условий исследуемых участков дубрав нами использовалась эдафическая сетка для классификации типов лесного участка, согласно которой: Д - дубравы, груды, которые называются трофотопами. По вертикали сверху вниз возрастает степень увлажнения, образуя гигрогенный ряд. В этом ряду выделяют шесть градаций влажности почвы: 0 - очень сухие, 1 - сухие, 2 - свежие, 3 - влажные, 4 - сырые, 5 – мокрые (Белов, 1983).

Пересечение рядов трофотопов и гигротопов образует эдатоп (буквально: эдафическое, или почвенное, место), т. е. тип лесного участка. Названия эдатопов образуются из соответствующих названий трофотопов и гигротопов. Например: А_х- сухой бор, В₂- свежая суборь, Д₃- влажная дубрава и т. д.

При наблюдениях за распространением раковых заболеваний дуба фиксировалось количество деревьев пораженных раком.

Процентное соотношение деревьев по категориям жизнеспособности рассчитывали по формуле (1):

Если дано два числа A и B и необходимо определить, какой процент составляет число B от числа A, то

P	=	B	· 100 %
		A

Для того, чтобы вычислить диаметр окружности, зная ее длину, нужно длину окружности разделить на число Пи – 3.14. После, в программе Excel высчитано стандартное отклонение (оценка среднеквадратического отклонения случайной величины х относительно её математического ожидания на основе несмещенной оценки ее дисперсии).

Материалы исследований обработаны с помощью программы MS Excel.
2. Результаты исследований

2.1 Характеристика лесных ресурсов Белгородской области

В настоящее время леса (в основном дубравы) на территории области расположены неравномерно, большей частью представлены небольшими урочищами по оврагам, балкам или прибрежными лентами вдоль возвышенных правобережий рек в окружении сельскохозяйственных угодий и населенных пунктов. Насаждения дуба черешчатого занимают 78 %. Всего же твердолиственные породы занимают более 85 % от покрытой лесом площади. Средний возраст твердолиственных пород составляет 60 лет. Хвойные насаждения занимают более 9,4 % и представлены в основном искусственными посадками на месте уничтоженных естественных. Средний возраст хвойных насаждений составляет 42 года. Мягколиственные породы занимают оставшиеся 5,5 %, со средней продолжительностью жизни 34 года (Доклад…, 2014).

За последние 300 лет площадь лесов сократилась более чем в 4 раза. На месте единых лесных массивов остались несколько разобщенных крупных лесных урочищ, площадью более 1 тыс. га. Общая площадь всех лесов на территории Белгородской области составляет 247,3 тыс. га, из которых: лесной фонд, закрепленный за управлением лесами - 229,5 тыс.га, заповедник «Белогорье» - 2,1 тыс.га, леса Министерства обороны–1,2 тыс.га, городские леса – 6,7 тыс.га, леса иных категорий – 7,8 га. Кроме того, на землях не пригодных для ведения сельского хозяйства и в целях защиты почв от водной и ветровой эрозии в последние десятилетия создано около 90 тыс. га защитных лесных насаждений. Лесной фонд отнесен к защитным лесам и делится на: -противоэрозионные леса –183,3 тыс. га – 79,9 %;-леса лесопарковых зон – 40,2 тыс. га – 17,5 %;-леса, имеющие научное или историческое значение – 1,3 тыс. га – 0,6 %; - леса, расположенные в водоохранных зонах - 2,1 тыс.га – 0,9 %;-защитные полосы, расположенные вдоль железнодорожных и автомобильных дорог – 2,6 тыс.га – 1,1 % (Доклад…,2014)

Лесистость Белгородской области на большей части территории варьирует от 7 до 15%, снижаясь до 6,5 % только на юго-востоке области. Треть территории области занимают районы с лесистостью от 15 до 23%.

Территория ОКУ «Шебекинское лесничество» расположена в южной части Белгородской области. Общая площадь 7824 га. Территория относится к лесостепной зоне лесостепного района Европейской части РФ. По целевому назначению леса ОКУ «Шебекинское лесничество» относятся к защитным лесам. Покрытые лесом земли лесничества составляют 98,5 % от площади лесных земель, в том числе лесные культуры –21,7 %.

Основная лесообразующая древесная порода исследуемой территории - дуб черешчатый (Quercus robur L). Засухоустойчивость и солевыносливость делают его незаменимым в лесоразведении региона в естественных лесах и искусственных насаждениях, в полезащитных и противоэрозионных лесных полосах, в озеленении населенных пунктов. В связи с высокой кислородной продуктивностью он превосходит другие породы по влиянию на оздоровление окружающей среды. Дуб отличается высокими эстетическими качествами. В последнее время, в различных регионах страны и за рубежом, наблюдается усыхание этой ценной породы на больших площадях, поэтому вопросы защиты и сохранения дуба черешчатого являются актуальными и важными.

Для проведения исследований по теме работы, нами были заложены четыре временных пробных площадей (ВПП), расположенных на одной линии по мере удаления от города Шебекино и автотрассы. ВПП расположены по линии преобладающих ветров – в ту сторону, куда ветер сносит потенциальные загрязняющие вещества (рис. 2.).

Рис. 2 Расположение исследуемых ВПП на территории ОКУ «Шебекинское лесничество» (по данным лесоустроительного планшета лесничества): 1 - дубрава сухая (Д₀), 2- дубрава сухая (Д₁ ), 3- дубрава свежая (Д₂), 4- дубрава влажная (Д₃).

ВПП выделены на территории урочища Шебекинская Дача, которое располагается в пределах Осколо-Донецкого физико-географического района подзоны типичной лесостепи. Выделенные нами четыре группы дубрав охватывают большинство типов леса, встречающихся в ОКУ «Шебекинское лесничество». Дуб может произрастать на самых различных почвах, давая весьма разнообразные типы леса. Вид исследуемых участков представлены на рисунках (рис. 3-6).

Рис. 3 Дубрава сухая (Д₀), Рис. 4 Дубрава сухая (Д₁ ),

ВПП №1, квартал 90 ВПП №2, квартал 93

Рис. 5 Дубрава свежая (Д₂) Рис. 6 Дубрава влажная (Д₃),

ВПП №3, квартал 112 ВПП №4, квартал 111
ВПП №1. – кв. 90, выд. 14, возраст – 85 лет, состав – 10Д+Яс, Лп., h ср.=20м, d ср. =28 см, ТУМ – Д₀ (дубрава осоково – злаковая), полнота – 0,7, запас190 м³ га, площадь – 1,1 га..

ВПП №2. – кв. 93, выд. 14, возраст – 85 лет, состав – 10Д+Яс, Кл., h ср.=20м, d ср. =28 см, ТУМ – Д₁ (дубрава осоко – снытьевая), полнота – 0,7, запас190 м³ га, площадь – 1,1 га..

ВПП №3. – кв. 112, выд. 11, возраст – 90 лет, ТУМ – Д₂, (дубрава снытьевая) состав –10Д+Яс, площадь – 1,7 га.

ВПП №4. – кв. 111, выд. 5, возраст – 100 лет, состав – 7Д 3Ос+ С, h ср.=22м, d ср.=30 см, ТУМ – Д₃ (дубняк по тальвегам), полнота – 0,7, бонитет – ΙΙΙ, площадь – 1 га.

ПП №1 характеризуется преобладанием деревьев дуба черешчатого 2-3 категории жизнеспособности, наиболее устойчивыми и жизнеспособными породами на исследуемой территории считаются деревья клена татарского, которые добавляются к главной породе во втором ярусе. Произрастающие деревья имеют порослевое происхождение. Сомкнутость крон на ПП отмечается до 60 %. Кустарниковый ярус представлен бересклетом европейским, терном, кленом полевым. В травянистом ярусе преобладают злаки, звездчатка, осока волосистая, мятлик дубравный.

На территории ПП №2 преобладает дуб черешчатый категории жизнеспособности 2, редко валежник (5 %), лесного отпада нет. На исследуемой территории наблюдается единичное поражение деревьев дереворазрушающими грибами. Второй ярус представлен деревьями ясеня обыкновенного, категории состояния 2, подлесок состоит из кустарников клена татарского, бересклета бородавчатого, лещины редко. Подрост в количестве 10 шт. на 1 м², состояние подроста характеризуется ослабленным, частично нежизнеспособным. Живой напочвенный покров представлен осокой волосистой, фиалкой, ежой сборной, медуницей, женским папоротником, крапивой двудомной и др.

На территории ПП №3 в первом ярусе преобладает дуб черешчатый, категории жизнеспособности 3, на площадке наблюдается массовое скопление валежника (10-15 %), лесного отпада (3 %). Ослабление древостоя сопровождается наличием механических повреждений стволовой части деревьев, а вследствие этого, заселение болезнетворными организмами и утрата ценозом устойчивости. Второй ярус представлен деревьями ясеня обыкновенного, категории состояния 2, подлесок состоит из кустарников клёна полевого, бересклета европейского. Подрост в количестве 50 шт. на 1 м², состояние подроста характеризуется ослабленным, частично нежизнеспособным. Живой напочвенный покров представлен снытью обыкновенной, копытенем, будрой плющевидной, ясменником, медуницей, купеной, крапивой двудомной.

На территории ПП №4 в первом ярусе преобладает дуб черешчатый. категории жизнеспособности 3, на площадке наблюдается валежник (20 %), лесной отпад множественный. Второй ярус представлен деревьями осины, ильма, категории состояния 2, подлесок состоит из кустарников черемухи, клена полевого, бересклета европейского. Подроста нет. Живой напочвенный покров представлен снытью обыкновенной, копытенем, ландышем, будрой, медуницей.

Санитарное состояние порослевых дубрав имеет прямую зависимость от числа порослевых генераций, типа лесорастительных условий, возраста древостоев, интенсивности ведения лесного хозяйства, а также ряда других антропогенных воздействий, определяющих деградационные процессы. Потеря дубравами ранее приобретенных качеств, в сложившихся условиях, может рассматриваться как демутация – антропогенное изменение растительности, ведущее к закреплению в ходе её динамики узловых, а не климаксовых сообществ.

По внешним патологическим признакам в соответствии со шкалой, адаптированной к категориям состояния деревьев, рекомендуемым «Санитарными правилами в лесах России», нами был проведен лесопатологический мониторинг насаждений на выбранных ВПП. При этом было детально обследовано примерно 200 деревьев на признаки жизнеспособности и отнесения их к категории (табл. 2). При этом обязательно измерялся диаметр ствола на высоте 1,3 м., т.к. этот показатель является наиболее точным и надежным показателем жизнеспособности дерева.

Как видно из таблиц 3-5, жизнеспособность древостоев снижается в направлении Д₁-Д₀ и Д₁-Д₃ с 2014 по 2016 годы. Жизнеспособных и ограниченно жизнеспособных деревьев в условиях Д₀ примерно в 1,2-1,5 раза меньше, чем в свежей Д₁. Причиной можно назвать снижение трофности и влажности почвы, вследствие чего дубрава теряет устойчивость, и, в совокупности с несвоевременными санитарными мероприятиями и заселением болезнетворных организмов, деградирует. В направлении увеличения влажности условий в древостоях дуба черешчатого снижается жизнеспоспособность.

Сравнительная структура древостоя по категориям жизнеспособности в дубравах в разных лесорастительных условиях в 2015 году

Сравнительная структура древостоя по категориям жизнеспособности в дубравах в разных лесорастительных условиях в 2016 году

Доли не жизнеспособных деревьев и лесного отпада в сравниваемых условиях также пропорционально изменяются. Идет уверенное возрастание количества деревьев этих категорий от 2014 до 2016 года. В зависимости от ТЛУ их доля изменяется не одинаково.

В условиях Д₁ в 1,5 раза меньше нежизнеспособных деревьев и лесного отпада. Деградационные процессы в сухой и свежей дубраве, идут, видимо все же более активно. По классам устойчивости, приспевающие порослевые дубравы исследуемого региона могут быть отнесены к «насаждениям с нарушенной устойчивостью» (отпад 5 - 40%, средний – 20 %) (Калугина, 2006).

Жизнеспособные и ограниченно жизнеспособные деревья имеют диаметры выше средних показателей. Не жизнеспособные деревья и лесной отпад по диаметру уступают средним показателям. Все это свидетельствует о начальной фазе «нарушения устойчивости» порослевых дубрав в рассматриваемых условиях в пределах Шебекинского лесного массива.

Диаметр ствола, как показатель конкурентоспособности дерева, у жизнеспособных деревьев во всех случаях выше, чем средний по насаждениям. Самым высоким он зафиксирован в условиях Д₁ (35,7 см). Далее, по мере потери жизнеспособности деревьев, он снижается закономерно во всех типах лесорастительных условий, что свидетельствует о первоочередном отборе именно ослабленных деревьев.

В результате проведенного обследования установлено, что на большей части территории преобладают твердолиственные породы: дуб, ясень, клен, составляющие от 83 до 93,9 % всей лесопокрытой площади и меньшую мягколиственные и кустарниковые –лещина и другие (17-6 %).

Исследования показали, что на всех ВПП ясень и клен характеризуется большей категорией жизнеспособности, что отмечено у здоровых деревьев (90 процентов), усыхающие и сухие деревья встречаются редко.

Деревья с выраженными внешними признаками повреждений вегетативных органов (кроной, стволом, побегами, листьями) встречаются вдоль тропинок, по краю леса и на участках леса возле реки Нежеголь; их количество не превышает 8-10 процентов.

Изучая древесный ярус, было замечено, что в разных участках леса древостой имеет неодинаковую густоту. Это связано, с выпадением деревьев в результате их гибели, причем ни санитарные рубки, ни вырубка деревьев на исследуемых участках не проходила, что дает возможность не только изучить динамику заболеваний и действие других экологических факторов, но и выявить основные причины распространения болезней и деградации дубрав.

На ВПП № 1 и № 2 преобладающими патологическими признаками являлись комлевые дупла, плодовые тела трутовых грибов и не зарастающие сучки на стволах. Суммарное количество таких деревьев на всех обследованных участках превышало 10 %., то на ВПП № 3 и № 4 широко распространены раковые опухоли.

На втором месте по распространенности патологических признаков, свидетельствующих о сильной ослабленности древостоя на лесосеках, отмечены деревья с многочисленными отмершими, но не отпавшими и не заросшими сучьями (от 2 до 11,8 %) (рис. 7-10).

Рис. 7. Патологические признаки деградации дубрав	Рис. 8. Некроз древесной поверхности дуба
Рис. 9. Комлевое дупло	Рис. 10. Трутовик на дубе

Третье место по количеству заняли деревья, у которых отмерло более половины скелетных ветвей (от 1,6 до 6,3 %). Необходимо отметить, что все три лидирующие признака, объективно свидетельствующие о явной патологии дуба, не являются, согласно действующим санитарным правилам, основанием для выбраковки дерева при проведении санитарной рубки.

На некоторых деревьях встречается целый «букет» патологических признаков. Наиболее тесно предствавлены суховершинность и неочищенность ствола от сучьев, комлевое дупло и плодовые тела дереворазрушающих грибов на стволе.

Согласно проведенным исследованиям состояний дубов были получены следующие результаты (рис. 11, прил. 1, табл.1).

Рис. 11. Состояние деревьев на исследуемых ВПП