Еловый подрост: где лучше?

Автор: Шилова Алина

Руководитель: Александрова Наталия Николаевна,
педагог дополнительного образования

ГБУ ДО Дворец детского (юношеского) творчества Фрунзенского района Санкт-Петербурга

ГБОУ гимназия № 363 Фрунзенского района Санкт-Петербурга

Работа представлена на городском этапе олимпиады по экологии

Введение

Россия является одной из ведущих стран мира по запасам леса, где хвойные породы занимают по объему более трех четвертей российских запасов древесины [8]. Древесина ели высоко ценится как строительный и поделочный материал, является основным сырьем для изготовления бумаги, вискозы, целлулоида и др. [12], также ель используется в озеленении, декоративном садоводстве, а ее незрелые шишки являются лекарственным сырьём [7]. Большая часть лесных запасов сосредоточена в Сибири, однако самая крупная доля фактической вырубки приходится на Северо-Западный федеральный округ [8].

Еловый лес относится к возобновляемым природным ресурсам и может восстановиться в более или менее короткие сроки, допустимые в масштабах человеческой жизни, т.е. в течение года, нескольких лет или десятилетий. Основная особенность ели и других зеленых растений – это их автотрофность, т.е. способность синтезировать органические вещества из неорганических за счет энергии солнца. Этот процесс называется фотосинтезом и, прежде всего, именно благодаря ему имеются возобновляемые природные ресурсы. Однако некоторые ресурсы хотя и восстанавливаются в исторические отрезки времени, но возобновляемые объемы их значительно меньше объемов хозяйственного потребления. Именно поэтому такие виды ресурсов оказываются весьма уязвимыми и требуют особенно тщательного контроля со стороны человека [4]. Еловый лес относится к таким ресурсам, т.к. Ленинградская область является одной из наиболее заселенных областей и богата лесами, поэтому места для выращивания подроста ели мало. И тогда перед нами встает вопрос, а как же быстрее восстановить вырубленный еловый лес? Для работы мы выбрали самый распространенный вид хвойных растений в России – обыкновенную ель. Наш проект относится к области экологии популяции и вопросу антропогенного воздействия на экосистему.

Цели и задачи

Цель: Найти наиболее благоприятные места для произрастания елового подроста.

Задачи:

• Определить темпы роста елового подроста в разных биотопах.
• Выделить наиболее благоприятный биотоп для развития подроста ели.
• Найти места, где можно массово выращивать саженцы ели для восстановления еловых насаждений.

Гипотеза

Ель обыкновенная будет лучше расти на открытых участках с влажной почвой и с возможностью хорошего прорастания семян.

Актуальность

Россия является одной из ведущих стран по запасам хвойного леса,большую часть которого занимает ель обыкновенная. Для выполнения потребностей происходит достаточная сильная вырубка лесов, которые затем нужно восстановить. В нашем проекте мы  рассчитываем выявить места, где можно выращивать ель для лесовосстановления и нужд декоративного садоводства.

Экологический риск

Мы считаем, что экологический риск минимален, т.к. мы не изменяем среду, а пытаемся скопировать естественные процессы.

Я выражаю огромную благодарность Александровой Наталье Николаевной за помощь и поддержку, Ерёминой Анастасии за помощь в сборе материала и его обработку, Догадкиной Алёне, Ивлеву Ивану, Сумцову Фёдору, Стулову Александру, Юсуповой Галины и Федоровской Софии за помощь в сборе материалов, а также моим родителям и родным за поддержку в работе.

Обзор литературы

Ель обыкновенная (европейская) (Pícea ábies) – самое крупное дикорастущее хвойное дерево в Европе (рис. 1). В высоту может достигать до 50 м при ширине ствола в 1 м. Крона в виде конуса, образуется поникающими или распростёртыми ветвями, расположенными мутовчато. Корневая система первые 10 – 15 лет стержневая, затем поверхностная (главный корень отмирает), из-за этого растения нередко подвергаются ветровалам. Обычная продолжительность жизни – 250 – 300 лет [7]. Предпочитает супесчаные, суглинистые, плодородные и слегка влажные почвы. Переносит кратковременное затопление, но не терпит долгого застоя воды. Отличается высокой теневыносливостью, однако для возобновления необходимо достаточное освещение [6].

Семеносить ель обыкновенная (рис. 2) начинает в возрасте от 20 до 60 лет в зависимости от плотности растений в лесу (одиночные растения в период образования семян вступают раньше групповых). Семеношение повторяется раз в 4–5 лет. Семена созревают в октябре и разносятся ветром. Не теряют всхожести 8–10 лет [7].

Из всех видов, ель обыкновенная является самой быстрорастущей. В молодом возрасте (до 10 лет) прирост небольшой, но с возрастом быстро увеличивается. Годовой прирост составляет 50 см. Со 100–110 лет начинает снижаться и к 250 годам растение начинает усыхать [6].

Используется ель в городском озеленении, для создания снегозащитных насаждений вдоль дорог, а также как декоративное растение в садоводстве. Выведено множество сортов, отличающихся формой и размером кроны, цветом хвои. Широкое применение, в том числе в промышленности, находит еловая древесина. Незрелые шишки являются лекарственным сырьём. А во многих странах существует традиция наряжать ель на Рождество и Новый год [7].

Еловый лес – совершенно особое, своеобразное растительное сообщество. Ель создает очень сильное затенение, и под ее пологом могут существовать лишь достаточно теневыносливые растения. Кустарников в ельнике обычно мало. Растения, которые мы видим под пологом елового леса, достаточно теневыносливы, они не только нормально растут в глубокой тени, но даже цветут и плодоносят. Все эти растения хорошо переносят также сравнительную бедность почвы питательными веществами и ее повышенную кислотность (такие свойства характерны для почвы елового леса). В то же время многие растения ельников требовательны к влажности почвы.

Под пологом ельника почти никогда не бывает сильного движения воздуха. И поэтому в лесу много растений, семена которых чрезвычайно мелки, похожи на пыль и распространяются даже очень слабыми потоками воздуха.

 Всходы каких-либо растений могут появиться из семян только в особых условиях – там, где удален слой опавшей хвои вместе с моховым покровом и обнажилась почва. Именно такие условия необходимы для массового появления всходов даже самой ели. По устному сообщению лихенолога Степанчиковой И. С., прорастание семян ингибируется слоем мхов и лишайников.

Чистые еловые леса очень плотные, густые, тёмные. Эта особенность елового леса влияет на подрост ели.

 Подрост   – молодое поколение деревьев, растущих под пологом леса или на вырубках, способное выйти в 1-ый ярус и сменить старый материнский древостой. У подроста под плотным пологом взрослого леса нелегкое существование. Всходы, оказавшиеся на опушке, на прогалине, на участках, где в просветы крон, образовавшиеся после вываливания старого дерева, проникает достаточно света, хорошо растут. У таких растений ветви начинаются от самой земли, они густо покрыты листвой или хвоей ярко-зеленого цвета, вершина у них хорошо развита [5].

Под пологом елового леса имеется много молодых елок, не попавших в такие удачные условия, и они вынуждены довольствоваться тем, что им досталось. Обычно подрост растет группами, концентрируется в условиях, благоприятных для прорастания семени и первоначального периода роста всходов. Но по мере роста начинается соперничество внутри группы подроста, кроме того, деревца затеняются верхним пологом взрослого леса, и им приходится довольствоваться остатками того света, что проник через кроны деревьев старшего поколения. Корни подроста развиваются в почве, уже занятой корневой системой старого леса, и им приходится ограничиваться меньшим количеством пищи и влаги. Часто можно наблюдать в густом еловом лесу в таком подросте однометровые елочки, возраст которых 30–50 лет [5].

Для естественных лесов Европейского Севера России основное значение имеют два вида динамики случайных нарушений – динамика, связанная с развитием популяций древесных пород в отсутствие катастрофических нарушений (оконная, или вывальная динамика), и динамика, связанная с воздействием пожаров (пирогенная, или пожарная динамика) [9].

Оконная или вывальная динамика – основной естественный механизм самоподдержания лесов, развивающихся в течение жизни многих поколений деревьев без катастрофических внешних воздействий. Оконная динамика связана с гибелью отдельных старых деревьев и образованием на их месте просветов в древесном ярусе (“окон”), обеспечивающих доступ света под полог древостоя и дающих возможность молодым деревьям развиться и занять место в верхнем ярусе древостоя. При равновесном характере оконной динамики гибель старых деревьев происходит более или менее равномерно по всей площади леса и по времени. За счет этого образуется абсолютно разновозрастный древостой, в котором присутствуют деревья всех возрастных групп, а возрастной спектр древесных пород соответствует возрастному спектру устойчивой популяции, с преобладанием по количеству особей более молодых возрастов и постепенным снижением количества особей старших возрастов. Леса с равновесным характером оконной динамики характеризуются наибольшей устойчивостью во времени. Однако, равновесный характер оконной динамики в условиях лесов Европейской России встречается крайне редко. Значительно более обычны леса, в которых оконная динамика только формируется (при распаде древостоев, выровненных по структуре благодаря какому-либо старому нарушению, обычно пожару) и еще не имеет равновесного характера. Такие леса обычно не являются абсолютно разновозрастными и характеризуются преобладанием того или иного поколения деревьев. Древостой в таких лесах обычно более или менее выровнен по сомкнутости, а образующиеся окна часто имеют довольно большие размеры за счет единовременного вываливания больших групп сходных по возрасту деревьев [9].

В условиях Европейской России оконная динамика характерна для темнохвойных лесов – еловых и елово-пихтовых, иногда с примесью кедра и обычно с примесью мелколиственных пород [9].

Материал и методика

Сбор материала проводился с октября 2013 г. по июнь 2014 г. в 4-х разных участках леса Ленинградской области:

1 – сосновый лес на песчаной почве с покровом мхов, лишайников и кустарничков черники в окрестностях  ЗЦ «Зеркальный» (Выборгский район). Этот лес испытывает значительную рекреационную нагрузку, в нем находится обильная тропиночная сеть и вытоптанные поляны (рис. 3).

2 – сосновый лес на песчаной почве с элементами заболачивания, покровом из разных видов мхов с преобладанием сфагнума и багульника в окрестностях поселка Чаща Гатчинского района (рис. 4).

3 – зона ветровала в еловом лесу в поселке Чаща Гатчинского района на глинистых почвах, с элементами заболачивания, с покровом из мхов и черничника (рис. 5).

4 – сосновый лес в государственном природном комплексном заказнике «Раковые озера» в Выборгском районе на песчаной почве с мощным слоем лишайников и мхов, зарослями черники. Этот участок находится на охраняемой территории и мало посещается людьми (рис. 6).

При выполнении нашего проекта мы пользовались методикой по оценке состояния елового подроста Боголюбова А.С.

По данной методике на участке случайным образом выбирается 100 деревьев. Затем с помощью рулетки измеряется их высота и считается количество мутовок для определения их возраста. Возраст деревьев равен количеству мутовок + 5 лет, т.к. в первые годы своей жизни дерево растет медленно и мутовки этого периода сохраняются плохо. Затем полученные данные записываются в виде таблицы со значениями возраста и высоты. Далее полевые измерения группируют по классам высот и рассчитывают средний возраст для каждого класса. Данные расчетов наносят на один график и сравнивают между собой.

Результаты

В результате нашей работы были обследованы 4 участка (рис. 7).

На первом участке рост ели идет достаточно медленно и равномерно. Такой медленный рост  скорее всего связан с сильным вытаптыванием и уплотнением почвы на данной территории людьми, что не нравится ели. Однако при среднем возрасте 56 лет и категории 181–210 см есть скачок, который связан со случайно попавшей в единичном количестве ели в одну категорию, при чем рост этой ели достаточно медленный.

На втором участке ели также медленно и равномерно растут, затем есть небольшой скачок в росте, возможно, связанный с благоприятными климатическими условиями в отдельные годы, а потом рост ели, наоборот, становится медленнее.

На третьем участке сначала подрост растет медленно, затем немного ускоряется, а потом, наоборот, сильно замедляется. Но после наблюдается сильный скачок в развитии подроста, который связан скорее всего со случившимся ветровалом. Также после ветровала на молодых елях за один год стало образовываться по несколько мутовок и сами приросты были большими.

На четвертом участке, не смотря на наличие взрослых плодоносящих елей, подрост вообще отсутствовал, что скорее всего связано с затруднением прорастания семян на неповрежденной подушке мхов и лишайников.

Сравнивая темпы роста молодых елей на трех участках леса, где присутствовал подрост ели, можно заметить, что развитие молодых деревьев в первую очередь, зависит от наличия света и свободного пространства. Это хорошо видно при сравнении участков № 2 и № 3, находящихся недалеко друг от друга. Понятно, что климатические условия на этих участках одинаковы, различна только почва (на участке № 3 она более глинистая), и ели здесь росли схожими темпами, но, поскольку участок № 3 подвержен ветролому, после появления свободного пространства, темп роста елей здесь резко увеличился.

Скорее всего на скорость роста влияют и климатические условия, что объясняет наличие схожих пиков даже на участках, далеко отстоящих друг от друга (№ 1 и № 3).

Обсуждение и выводы

Сравнивая наши результаты и данные литературы, следует отметить, что не смотря на теневыносливость, ель особенно хорошо растет в местах, где она имеет достаточно пространства и света, кроме того, для самостоятельного прорастания семян важно, чтобы не было ингибирующего воздействия, таким образом наша гипотеза подтвердилась.

На основе работы над своим проектом мы можем сделать следующие выводы:

1. Темпы роста елового подроста в разных биотопах определяются в первую очередь световым режимом, а так же климатическими условиями.
2. Наиболее благоприятными условиями для ели оказались глинистые почвы, с элементами заболачивания и с покровом из мхов и черничника. А также более открытое пространство на месте выпавшего елового леса, где мало высоких деревьев и лучше попадает солнечный свет.
3. Мы предлагаем для выращивания культуры ели для посадки в лес и для декоративных целей использовать вырубки, которые поддерживаются в безлесном состоянии (трассы ЛЭП и т.п.), при условии, что эти вырубки расположены на месте произрастания елового леса.

Список использованной литературы и Интернет-ресурсов

1. Коробкин В.И., Экология. Учебник для вузов/ В.И. Коробкин, Л.В. Предельский, 2006 г.
2. Потапов А.Д., Экология/ А.Д. Потапов, 2000 г.
3. Шамилева И.А., Экология: Учебное пособие для студентов педагогических вузов/  И.А. Шамилева, 2004 г.
4. Возобновляемые ресурсы [Электронный ресурс] – http://greenevolution.ru/enc/wiki/vozobnovlyaemye-resursy/
5. Еловый лес и его подрост [Электронный ресурс] – http://www.koipkro.kostroma.ru/MR/Okt/DocLib33/Forms/AllItems.aspx
6. Ель европейская или обыкновенная [Электронный ресурс] – http://www.udec.ru/derevo/el-evropa.php
7. Ель обыкновенная [Электронный ресурс] – https://ru.wikipedia.org/wiki/%C5%EB%FC_%EE%E1%FB%EA%ED%EE%E2%E5%ED%ED%E0%FF
8. Леса России [Электронный ресурс] –http://www.protown.ru/information/tema/1.html
9. Оконная динамика таежных лесов [Электронный ресурс] – http://bibliofond.com/view.aspx?id=117017
10. Оценка жизненного состояния соснового подроста [Электронный ресурс] – http://www.eco-ref.ru/04bot/podrost.htm
11. Рекомендации по лесовосстановлению и уходу за молодняками на Северо-западе России [Электронный ресурс] – http://www.idanmetsatieto.info/fi/document.cfm?doc=show&doc_id=935
12. Хвойные леса [Электронный ресурс] – http://www.rusderevo.ru/hvoya.htm