Екологічна роль світлової структури у формуванні лісових культурбіогеоценозів в степу

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Вступ

Актуальність теми. Створення штучних лісів у степовій зоні України є одним з основних методів меліорації й оптимізації ґрунтово-кліматичних умов. У наш час на території Дніпропетровської області загальна лісистість досягає 5,8% від планованої - 10,1%. Стан усіх видів лісових насаджень, згідно з матеріалами Комплексної експедиції ДНУ з дослідження природних та штучних лісів степової зони України, не можна признати задовільним (Горейко, 2000).

З'ясування екологічного впливу архітектоніки деревного пологу на розвиток компонентів лісових культурбіогеоценозів дозволяє визначити масштаби середовищеперетворюючого впливу насаджень різних типів світлових структур на вихідні ґрунтово-кліматичні умови степу, прогнозувати шляхи розвитку уже існуючих насаджень і виділити пріоритетні типи лісових культур для створення в плакорних місцеперебуваннях степової зони України стійких і довговічних насаджень.

Мета і завдання дослідження. Метою роботи є установлення екологічної ролі світлової структури у формуванні лісових культурбіогеоценозів у степу; з'ясовування ступеня середовищеперетворюючого впливу насаджень різних типів світлових структур на вихідні ґрунтово-кліматичні умови перебування, масштабів їх сильватизуючих можливостей.

Реалізація мети дослідження передбачає вирішення таких завдань:

дослідити світлоклімат під пологом насаджень різних типів світлових структур і світлових станів як важливий фактор стійкості й довговічності лісових культурбіогеоценозів у степу;

виявити ступінь трансформації клімату незалісених територій у підпологовому просторі штучних лісових екосистем;

установити зв'язок світлового забезпечення нижніх біогеогоризонтів насаджень з кількісними та якісними характеристиками трав'яного покриву;

дослідити особливості архітектоніки підземних органів видів-домінантів травостою; з'ясувати частку їх участі у підземній фітомасі штучного фітоценозу;

вивчити напруженість кореневої конкуренції між деревною та трав'янистою рослинністю у насадженнях різних типів світлових структур і світлових станів;

вияснити особливості впливу трав'янистих видів на фізико-хімічні параметри і мікроморфологічну організацію ризосферної області лісових едафотопів;

дослідити масштаби впливу середовищеперетворюючого впливу насаджень різних типів світлових структур на ґрунтовий покрив степових місцеперебувань;

виявити вплив зоогенних локально-катастрофічних сукцесій (пасторальна дигресія і постпасторальна демутація) у насадженнях напівосвітленого типу світлової структури.

Об'єкт дослідження - лісові культурбіогеоценози різних типів світлових структур і світлових станів, які зростають у плакорних місцеперебуваннях степового Придніпров'я.

Предмет дослідження - екологічна роль світлової структури у формуванні лісових культурбіогеоценозів у степу; середовищеперетворюючий вплив насаджень різних типів світлових структур на вихідні ґрунтово-кліматичні умови місцеперебувань як фактор їх стійкості і довговічності.

1. Аналіз наукових джерел

У роботі проаналізовані наукові джерела, що розкривають значну роль природних і штучних лісових угруповань у процесах трансформації сонячної енергії і ґрунтово-кліматичних умов незалісених територій (Цельникер, 1969; Алексеев, 1975; Костюкевич, 1975; Протопопов, 1975; Сидорович, Рупасова, Бусько, 1997; Новосад, 2001 та ін.). Необхідно відзначити, що більшість робіт з вивчення світло- і фітоклімату лісових біогеоценозів стосуються лісових і лісостепових зон, де ліс знаходиться в умовах географічної й екологічної відповідності (Бельгард, 1960, 1971).

Безпосередньо для степової зони України у науковій літературі подані роботи, що відкривають окремі аспекти впливу типу світлової структури насаджень на формування різних компонентів і структурних елементів лісових культурбіогеоценозів: світло- і фітоклімату (Чугай, 1960; Воловик, 1977; Мирош, 1976; Грицан, 2000); трав'яного ярусу (Альбицкая, Бельгард, 1950; Альбицкая, 1960); ґрунтового покриву (Стадниченко, 1960; Зонн, 1963; Травлеев, 1977; Белова, 1997; Яковенко, 2000, 2001); зоо- і мікробоценозу (Апостолов, 1960; Топчиев, 1960; Писарева, 1960; Цецур, 1960; Пахомов, 1998). У роботах відзначена значна сильватизуюча здатність насаджень з щільнокронних порід, яка проявляється у формуванні кліматичних, ґрунтових, ценотичних умов, що наближаються до природних лісів степової зони.

Результати аналізу наукових літературних джерел свідчать про недостатню вивченість ролі світлового і фітокліматичного факторів у формуванні лісових культурбіогеоценозів різних типів світлових структур у плакорному степу, що потребує подальших глибоких комплексних досліджень.

2. Фізико-географічна характеристика району досліджень

Район дослідження є частиною степового Придніпров'я, що займає приводоподільно-балочну і долинно-терасову територію басейну рік Оріль і Самара. Описані особливості рельєфу і геоморфологічної організації території (Бельгард, 1971; Пасічний, 1992), подана характеристика гідрологічних та кліматичних умов району досліджень (Чугай, 1971; Травлеев, 1977; Грицан, 2000). Проаналізовано структуру рослинного покриву і тваринного світу (Лавренко, 1954; Бельгард, 1950, 1971; Булахов, 1980; Пахомов, 1998). Наведено характеристику ґрунтового покриву (Травлеев, 1972; Белова, Травлеев, 1999).

3. Методологія та методика досліджень

В основу методологічного підходу до вивчення лісових культурбіогеоценозів у степу покладено: учення про біогеоценоз В.М. Сукачова (1960), учення про лісову пертиненцію Г.М. Висоцького (1950) і типологія штучних лісів степової зони України О.Л. Бельгарда (1949, 1960, 1971).

Дослідження фітоактинометричних особливостей підпологового простору насаджень проводилось відповідно до методичних рекомендацій Цельникер (1969), Алексєєва (1975), мікрокліматичні спостереження - методом маршрутних зйомок (Производство микроклиматических наблюдений и составление микроклиматических карт совхозов и колхозов умеренной зоны СССР, 1960; Руководство по изучению микроклимата для целей сельскохозяйственного производства, 1979). Вивчення видового складу, структури трав'яного покриву і надземної фітомаси відбувалося за методами, викладеними у виданні “Программа и методика биогеоценотических исследований” (1974); цено- і екоморфічний аналіз трав'яного покриву - за Бельгардом (1950); архітектоніка підземних органів трав'янистих видів - методом горизонтального та вертикального розкопування за Уівером та Шалитой (1960); вміст і розподіл підземних органів у ґрунтових педонах - методом промивання ґрунтових монолітів у модифікації Узбека (1981). Аналіз структурного стану ґрунтів: агрегатний аналіз - проводився методом сухого просіювання ґрунту на ситах (Вадюнина, Корчагина, 1973); визначення водотривкості структурних агрегатів - за оригінальною методикою Бекаревича, Кречуна (1964). Хімічні особливості ґрунтів: вміст гумусу - методом мокрого спалювання за Тюріним; обмінні кальцій і магній - методом сольового витягання (Аринушкина, 1970). Виготовлення мікроморфологічних шліфів, розшифровування шліфів - за методичними вказівками Мочалової (1956), Ярилової, Парфенової (1977) і відповідно до “Методического руководства по микроморфологии почв” (1983).

Результати аналізів оброблені за допомогою сучасного математичного апарату у пакетах програм “Statistica 5.0”, “Excel 97” з 95% рівнем значущості.

4. Місце і роль екологічної і світлової структур насаджень у формуванні штучного лісового біогеоценозу у степу

О.Л. Бельгардом (1955) вперше було введено в типологію штучних лісів степової зони України поняття типу світлової структури, яка в сукупності з тривалістю середовищеперетворюючого впливу (віковою стадією насадження) на экотоп визначає тип екологічної структури насаджень. Екологічна структура являє собою синтез усіх виникаючих екологічних відношень між сполучено розвиваючимися компонентами лісового культурбіогеоценозу: фітоценозом (деревостан, чагарники, надґрунтовий покрив, лісова підстилка), зооценозом, мікробоценозом, лісовим едафотопом і кліматопом.

Тип світлової структури насадження визначається кількісним співвідношенням у деревостану порід з різною архітектонікою крон (щільнокронних, напівщільнокронних, напіважурнокронних, ажурнокронних). Виділяють: тіньовий, напівтіньовий, напівосвітлений і освітлений типи світлової структури, які відрізняються світло- і теплопроникністю пологу. Роль світлової структури у формуванні лісового культурбіогеоценозу полягає в трансформації сонячної радіації пологом насадження, що впливає на зміну світло-, фіто- і педокліматичних характеристик підпологового простору, які є умовами існування для розвитку структурних компонентів зооценозу, мікробоценозу і штучного фітоценозу. Сукупний вплив цих компонентів на фоні специфічних гідротермічних умов обумовлюють формування лісових едафотопів.

Посилення або послаблення середовищеперетворюючого впливу типу світлової структури визначається світловим станом - режимом світлоклімату. Характер світлового стану пов'язаний з віковою стадією, зімкнутістю пологу і зміною нормальної архітектоніки крон (ценотичні, антропогенні, кліматогенні, фітогенні, зоогенні причини).

5. Вплив типу світлової структури на розвиток і стійкість штучних лісонасаджень в степу

Тіньовий тип світлової структури. Масивні насадження з щільнокронних порід (дуб звичайний) з нормальною зімкнутістю і наявністю чагарникового підліску характеризуються слабкою світлопроникністю пологу. Світлове поле підпологового простору відрізняється однорідністю з домінуванням тіньових ділянок. Середня освітленість у сонячну погоду (червень-липень) - 2,4% від відкритих територій. Це забезпечує стійкість насаджень проти вторгнення степової і рудеральної трав'янистої рослинності.

Зниження освітленості впливає на значну трансформацію клімату незалісених територій під пологом тіньових насаджень (у літню фазу у світлий період доби при сонячній погоді температура повітря в середньому знижена на 2С, верхнього ґрунтового горизонту - на 4,6С, відносна вологість повітря збільшена на 8%) і, як наслідок, на сильватизацію травостою, де домінують лісові, бур'яно-лісові мезофільні, мегатрофні, тіньолюбні види. Проективне покриття (12,5%) і надземна фітомаса (20 г/мІ) незначні.

Розвиток парцел з посиленим світловим станом, внаслідок вирубу і природного випадання чагарникового підліску, у межах насаджень тіньового типу відбивається на збільшенні середньої освітленості і неоднорідності світлового поля. Знижується ефект трансформації степового клімату, що обумовлює впровадження під полог насаджень степової і бур'янистої рослинності. Збільшується проективне покриття і фітомаса травостою.

Конкурентні відносини між деревною і трав'янистою рослинністю у перерозподілу вологи і живильних речовин у жорстких плакорних умовах у тіньових насадженнях не напружені: частка трав'янистих коренів (<1 мм) у сумарній всмоктувальній кореневій поверхні у верхньому ґрунтовому горизонті (0-10 см) складає 0,9%, що показує високу ступінь стійкості насаджень.

Надходження органіки в даних насадженнях забезпечується кореневими системами деревних видів і лісовим опадом (запаси підстилки - 16500 кг/га; маса деревних коренів у гумусовому горизонті (0-50 см) - 8243 кг/га. В середньому по площі підземна фітомаса трав'янистих коренів незначна - 107,8 кг/га, але в межах куртин зростає до 468-6622 кг/га в залежності від виду, що відбивається на неоднорідності ґрунтового покриву.

За типами підземних органів у тіньових насадженнях види-домінанти травостою, що утворюють локальні куртини, належать до таких типів: Brachypodium sylvaticum - китично-кореневе універсальне, нещільнокустове; Viola hirta - китично-кореневе пучкувате, довгокореневищне; Galium mollugo - стрижне-китично-кореневе універсальне, довгокореневищне; Anthriscus sylvestris - стрижнекореневе з максимальним розгалуженням головного кореня у верхній частині. Всі вони належать до мілкокореневих (глибина проникнення - 50-70 см) і характеризуються наявністю системи розгалужених придаткових і бокових коренів тонких фракцій (<1 мм), в основному локалізованих у горизонті 0-10 см. У ризосферній області куртин даних видів відмічається збільшення вмісту гумусу, агрегованості ґрунтової маси і водотривкості структурних агрегатів (особливо фракцій 1-0,25 мм) по відношенню до мертвопокривних ділянок. Аналіз мікроморфологічної організації виявляє, що ґрунтовий матеріал ризосфери характеризується більш високим ступенем агрегованості і пухкістю мікроструктури.

Оптимізація гідротермічних умов підпологового простору сильватизованих насаджень тіньового типу світлової структури стимулює розвиток ґрунтової біоти, яка в сукупності з мезофільними лісовими і бур'яно-лісовими трав'янистими і деревно-чагарниковими видами обумовлює значну трансформацію вихідних ґрунтових умов. По відношенню до контрольних ділянок степової цілини під пологом насаджень тіньових структур відмічається збільшення вмісту гумусу (на 0,8%), агрегованості ґрунтової маси (коефіцієнт структурності збільшується на 2) і водотривкості структурних агрегатів, особливо фракції 0,5-0,25 мм (на 22,1%). Покращується мікроморфологічна організація ґрунтового покриву. Це дозволяє віднести ґрунти тіньових насаджень до лісопокращених.

Напівтіньовий тип світлової структури. Насадження даного типу характеризуються значним зниженням освітленості (до 5,4%) і відносною однорідністю світлового поля. Деяке збільшення мозаїчності світлових умов пов'язано зі сполученням у деревостані деревних порід із різною архітектонікою крон (щільнокронних і напіважурнокронних), що посилює світлопроникність пологу.

Фітоклімат даних насаджень відрізняється меншою контрастністю стосовно незалісених територій, ніж у насадженнях тіньових структур (температура повітря знижена на 1,2С, верхнього ґрунтового горизонту - на 4,4С, відносна вологість повітря збільшена на 3,5%), що відображається на зниженні сильватизації травостою: зменшується кількість лісових, мезофільних, мегатрофних видів. Збільшення проективного покриття (16%) і надземної фітомаси (28 г/мІ) незначне. Травостій розімкнутий і не справляє переважного впливу на розвиток деревної рослинності: частка трав'янистих коренів у сумарній всмоктувальній кореневій поверхні у верхньому ґрунтовому горизонті складає 13,8%, що свідчить про стійкість насаджень напівтіньового типу в плакорних місцеперебуваннях степової зони.

У формуванні ґрунтового покриву основну роль відіграють кореневі системи деревних видів (10679 кг/га в горизонті 0-50 см) і лісова підстилка (16400 кг/га). Підземна фітомаса травостою складає всього 522 кг/га.

Середовищеперетворюючий вплив напівтіньових насаджень на вихідні степові ґрунтові умови значний, однак поступається тіньовим структурам: стосовно контрольних ділянок степової цілини вміст гумусу збільшується на 0,4%, агрегованість ґрунтової маси (коефіцієнт структурності) - на 0,8, водотривкість структурних агрегатів фракції 0,5-0,25 мм - на 18%. Аналіз мікроморфологічної організації підтверджує значну сильватизацію ґрунтового покриву.

Напівосвітлений тип світлової структури. При нормальному світловому стані полезахисні насадження з напіважурнокронних порід характеризуються високою освітленістю (8,4%) і різнобарвністю світлового поля, що пов'язано з нещільним складанням пологу. Внаслідок цього, внутрішній світло- і фітоклімат мало відрізняється від незалісених територій (температура повітря знижена на 0,9С, верхнього ґрунтового горизонту - на 3,1С, відносна вологість повітря збільшена на 2,3%), що сприяє вторгненню під полог насаджень геліофітних степових, рудеральних і бур'яно-лукових видів. Збільшується проективне покриття (86%) і надземна фітомаса (150 г/мІ) травостою. Конкурентні відношення між деревною і трав'янистою рослинністю при цьому одержують високу напруженість: частка трав'янистих коренів у сумарній всмоктувальній кореневій поверхні у верхніх ґрунтових горизонтах - 72,8% (рис. 2). Роль трав'янистої рослинності підвищується і в надходженні органічного матеріалу - 1322 кг/га підземної фітомаси (в горизонті 0-50 см) при кореневій масі деревних видів 3439 кг/га і запасах підстилки 10200 кг/га.

Незначна оптимізація світло- і гідротермічних параметрів підпологового простору полезахисних насаджень напівосвітленого типу при схожому характері травостою зі степовими територіями зумовлює слабкий середовищеперетворюючий вплив на фізико-хімічні властивості та мікроморфологічну організацію вихідних степових ґрунтів. По відношенню до контрольних ділянок степової цілини вміст гумусу збільшується на 0,3%, агрегованість ґрунтової маси (коефіцієнт структурності) - на 0,3. На відміну від насаджень тіньових і напівтіньових структур зростання водотривкості фракції 0,5-0,25 мм незначне - на 3,5%. Збільшується водотривкість структурних агрегатів більш крупних фракцій - 2-1 і 1-0,5 мм (на 6,4% і 11,1% відповідно). Ґрунти у даних насадженнях залишаються в рамках чорноземного типу ґрунтоутворення, що підтверджується аналізом мікроморфологічної організації.

Ефект посилення або послаблення освітленості по відношенню до нормального у межах одного типу світлової структури (при зміні зімкнутості пологу або архітектоніки крон) сприяє формуванню під пологом лісу екологічних умов, що наближаються до інших типів світлових структур. Поряд з запропонованими О.Л. Бельгардом (1960) характеристиками світлового стану (нормальний, посилений, послаблений) нами рекомендується введення додаткових градацій:

меланізований (від греч. “melas” - чорнота) - при зниженні освітленості до значень, не характерних для даного і межових типів світлової структури, з переважанням тіньових ділянок (<5% від відкритих територій);

гіперпосилений - при домінуючій освітленості, близькій по значенням до відкритих територій (>50%).

Меланізація світлового стану у насадженнях напівосвітленого типу світлової структури (при зниженні освітленості до 3,8% при домінуванні тіньових ділянок) приводить до формування фітокліматичних умов, схожих з тіньовими і напівтіньовими типами світлових структур, що відображається на значній сильватизації травостою і зниженні напруженості кореневої конкуренції деревних і трав'янистих видів. Розвиток куртинного травостою з лісових і бур'яно-лісових видів (Anthriscus sylvestris, Viola hirta, Chelidonium majus, Physalis alkekengi) сприяє покращенню гумусового і структурного стану та мікроморфологічної організації ризосферної області ґрунтів стосовно мертвопокривних ділянок, що характерно для насаджень тіньового типу. В цілому ґрунтовий покрив залишається в рамках чорноземного типу ґрунтоутворення.

Навпаки, при гіперпосиленому світловому стані (зімкнутість пологу 0,1-0,2) у деструктивних насадженнях напівосвітленого типу (освітленість - 60,7%) фітоклімат практично не відрізняється від незалісених територій. Геліофітний травостій зі значною часткою довгокореневищних лукових і лучно-степових видів задерняє ґрунт та інгибує розвиток деревних коренів у верхніх ґрунтових горизонтах. Відмічені при дослідженнях високі показники гумусового і структурного стану ґрунтів пов'язані з позитивним впливом лучно-степової трав'янистої рослинності, що показує великі значення вмісту підземних органів у верхніх ґрунтових горизонтах, однак не є показником позитивного сильватизуючого впливу даних насаджень.

Освітлений тип світлової структури. Полезахисні насадження з ажурнокронних порід (гледичія трьохколючкова) при нормальному світловому стані характеризуються високою освітленістю (14,2% від незалісених територій) і різнобарвністю світлового поля, пов'язаній з нещільним складом деревного пологу. Насадження відрізняються незначною трансформацією клімату незалісених територій (температура повітря знижена на 0,9С, верхнього ґрунтового шару - на 3,5С, відносна вологість повітря збільшена на 2,3%). Збільшення відносної вологості підпологового повітря і більш низькі температури верхнього ґрунтового шару по відношенню до напівосвітлених типів насаджень пов'язані з особливостями структури крон гледичії і збільшенням запасів підстилки (16550 кг/га). В умовах значної освітленості травостій представлений геліофітними рудеральними, бур'яно-луковими, луковими і степовими видами. Проективне покриття (84%) і надземна фітомаса (150 г/мІ) травостою високі. Конкурентні відносини між деревною і трав'янистою рослинністю відрізняються значною напруженістю: частка трав'янистих коренів у сумарній всмоктувальній кореневій поверхні у верхніх ґрунтових горизонтах - 72,4%. Незважаючи на задерненість, насадження з гледичії характеризуються хорошою життєвістю.

У ґрунтових педонах відзначаються високі значення кореневої маси як трав'янистих (5056 кг/га), так і деревних видів (7741кг/га). Незважаючи на це, реєструється незначний середовищеперетворюючий вплив насаджень освітленого типу світлової структури на гумусовий і структурний стан та мікроморфологічну організацію вихідних степових ґрунтів. По відношенню до контрольних ділянок степової цілини вміст гумусу збільшується на 0,25%, агрегованость ґрунтової маси (коефіцієнт структурності) - на 0,35, зростає водотривкість структурних агрегатів більш крупних фракцій 2-1 і 1-0,5 мм (на 1,8% і 7% відповідно), при тенденції зниження водотривкості агрегатів тонкої фракції 0,5-0,25 мм - на 8,2%. Ґрунти в даних насадженнях залишаються в рамках чорноземного типу ґрунтоутворення.

Зоогенні локально-катастрофічні сукцесії. На основі результатів досліджень установлено, що процеси пасторальної дигресії (прогон дрібної рогатої худоби) у насадженні напівосвітленого типу світлової структури відображаються на зниженні видового різноманіття, зменшенні надземної фітомаси, проективного покриття і середньої висоти травостою. У формуванні підземних органів деструктивного трав'яного покриву та деревних видів спостерігається тенденція посиленого розвитку діяльних коренів тонкої фракції (<0,5 мм) у верхньому шарі ґрунту. Аналіз гумусового і структурного стану ґрунтів показує стабілізацію вмісту гумусу з тенденцією зниження кількості структурних агрегатів (8-0,25 мм) і зменшення водотривкості агрономічно корисних фракцій - 1-0,5 і 0,5-0,25 мм у верхньому горизонті ґрунту 0-10 см, що підлягає максимальному навантаженню.

6. Обговорення результатів досліджень

Для всіх вивчених лісових культурбіогеоценозів відмічено позитивний середовищеперетворюючий вплив на вихідні степові ґрунтово-кліматичні умови. Наростання масштабів сильватизуючого середовищеперетворюючого впливу відбувається в ряду типів світлової структури: освітлений > напівосвітлений > напівтіньовий > тіньовий. У межах одного типу світлової структури ступінь позитивного середовищеперетворення зростає в ряду змін характеру світлового стану: гіперпосилений > посилений > нормальний > послаблений > меланізований.

На основі отриманих даних установлено, що провідним фактором у становленні екологічної структури лісових культурбіогеоценозів та їх стійкості в степу є ступінь трансформації сонячної радіації, що надходить, деревним пологом. Рівень освітленості підпологового простору безпосередньо визначає формування фітокліматичних характеристик, розвиток трав'яного покриву і напруженість кореневої конкуренції деревних і трав'янистих видів як показник стійкості плакорних штучних насаджень.

У насадженнях з нормальним світловим станом, але з різним типом світлової структури загальною тенденцією є зростання середовищеперетворюючих здатностей пологу у процесі трансформації сонячної радіації при переході від освітленого типу до тіньового.

Провідна роль типу світлової структури у перетворенні фізико-хімічних властивостей лісових едафотопів у степу підтверджується результатами трьохфакторного дисперсійного аналізу. Найбільше значення коефіцієнта Фішера відповідає впливу типу світлової структури насаджень на вміст і розподіл гумусу, обмінного Mg++, водотривких агрегатів агрономічно корисних фракцій. Другим по значущості чинником є наявність кореневих систем трав'янистих видів; третім - глибина залягання ґрунтового горизонту.

Розвиток куртинного травостою з лісових, бур'яно-лісових і узлісних видів у межах насаджень зі зниженою освітленістю справляє додатковий позитивний вплив на фізико-хімічні властивості та мікроморфологічну організацію ризосферної області лісових ґрунтів у степу. Відмічається зростання вмісту гумусу, агрегованості і водотривкості структурних агрегатів в області ризосфери по відношенню до мертвопокривних ділянок. Найбільші відмінності відзначені для верхнього горизонту ґрунту (0-10 см), де зосереджена основна маса трав'янистих підземних органів. У даних насадженнях на основі результатів канонічного кореляційного аналізу установлено тісний взаємозв'язок між профільним розподілом кореневої маси деревних і трав'янистих видів і вмістом та розподілом гумусу, обмінних основ, водотривких агрегатів агрономічно корисних фракцій.

Найбільш пріоритетними і стійкими в плакорних місцеперебуваннях у степу є насадження тіньового типу світлової структури з щільнокронних порід, що відрізняються найбільшим сильватизуючим ефектом. Оптимізація гідротермічних умов підпологового простору стимулює розвиток ґрунтової біоти, яка у сукупності з мезофільними лісовими і бур'яно-лісовими трав'янистими і деревно-чагарниковими видами обумовлює значну трансформацію вихідних ґрунтових умов.

культурбіогеоценоз лісовий екосистема світлоклімат

Висновки

На основі польових і лабораторних досліджень підтверджена і розшифрована науково-теоретична і практична значущість введення О.Л. Бельгардом у типологію штучних лісів степової зони України типу світлової структури насаджень, яка разом з тривалістю середовищеперетворюючого впливу визначає тип екологічної структури - всю сукупність просторово-функціональних зв'язків штучного лісового біогеоценозу.

Установлено, що направленість сильватизуючого середовищеперетворюючого впливу лісових культурбіогеоценозів, що зростають в умовах явної географічної і відносної екологічної невідповідності (ГН/ВЕН) степової зони України, зумовлена не тільки деревними породами, але і, перш за все, типом світлової структури насаджень. Ступінь і масштаби середовищеперетворюючого впливу лімітуються світловим станом.

Провідним фактором середовищеперетворюючого впливу лісу на вихідні місцеперебування є здатність його сильватизуючої трансформації сонячної радіації, що надходить під полог насаджень.

В умовах степу головну роль у процесі світлопроникненості і середовищеперетворення відіграє архітектоніка крон едифікаторів деревостану. Насадження з домінуванням щільнокронних порід (тіньові і напівтіньові типи світлових структур) характеризуються відносною однорідністю світлового поля з переважанням тіньових ділянок. Додатковий позитивний відтінюючий вплив справляє чагарниковий підлісок. Насадження з ажурнокронних і напіважурнокронних порід (освітлені і напівосвітлені типи світлових структур) відрізняються різнобарвністю світлового поля з переважанням ділянок з високими значеннями освітленості.

Світло- і фітоклімат підпологового простору визначають характер складання трав'яного покриву, його надземну фітомасу, цено- і екоморфічну структуру. Насадження тіньових і напівтіньових світлових структур характеризуються високим ступенем сильватизації травостою. В освітлених і напівосвітлених структурах трав'яний покрив не виходить за рамки лучно-степового, бур'янового і степового типів рослинності.

Напруженість кореневої конкуренції деревної і трав'янистої рослинності як показник стійкості степових плакорних лісонасаджень зростає від тіньових і напівтіньових типів світлових структур до напівосвітлених і освітлених.

У сильватизованих насадженнях із зниженою освітленістю (тіньових і напівтіньових, напівосвітлених меланізованих) характер надходження органічної речовини наближається до лісового типу: надходження органіки забезпечується головним чином лісовим опадом і кореневими системами деревних видів; роль трав'янистої фітомаси незначна. В освітлених і напівосвітлених типах світлових структур з нормальним і гіперпосиленим світловими станами значну роль у надходженні органічної речовини відіграє підземна і надземна фітомаса травостою.

Сильним середовищеперетворюючим впливом на фізико-хімічні властивості і мікроморфологічну організацію ґрунтів відрізняються насадження тіньового типу, в яких формуються лісопокращені чорноземи. У межах напівосвітлених і освітлених типів світлових структур ґрунти залишаються в рамках степового чорноземного типу ґрунтоутворення.

Розвиток куртинного травостою з лісових, бур'яно-лісових і узлісних видів у насадженнях з пониженою освітленістю забезпечує додатковий позитивний вплив на фізико-хімічні і мікроморфологічні властивості лісових едафотопів у межах ризосферної області ґрунтів.

Установлено, що процеси пасторальної дигресії відображаються на зниженні видового різноманіття, надземної фітомаси, проективного покриття і середньої висоти травостою. У формуванні підземних органів трав'яного покриву і деревостану прослідковується транслокаційна тенденція посиленого розвитку діяльних коренів тонкої фракції (<0,5 мм) у верхніх ґрунтових горизонтах. Відмічається стабілізація гумусового, але погіршення структурного стану верхніх ґрунтових горизонтів.

Виявлено, що в лісових насадженнях плакорних місцеперебувань степової зони, що складаються з різних деревних порід, однак мають аналогічну архітектоніку крон і тип світлової структури, будуть формуватися відносно схожі ґрунтово-кліматичні умови і характер зв'язків фітоценозу з іншими компонентами лісового культурбіогеоценозу. У зв'язку з цією властивістю штучного лісу основним методологічним принципом при створенні штучних лісонасаджень у степовій зоні повинен бути вибір типу світлової структури (по архітектоніці крон), виходячи зі специфіки екологічного впливу, та комплектація насадження деревними породами, які за своїми біологічними особливостями відповідають вихідним лісорослинним умовам.

Література

1. Характеристика корневых систем травяного покрова в искусственных дубравах Присамарья // Вопросы степного лесоведения и рекультивации земель. -Дн-вск: РВВ ДДУ, -1997. -С.164-172.

2. Роль световой структуры лесных сообществ в степи в формировании и продуктивности травяного покрова // Екологія та ноосферологія. -1999. -Т.6, №1-2. -С.84-90.

3. Влияние типа световой структуры на формирование водопрочности в пределах ризосферы доминирующих видов травостоя // Екологія та ноосферологія. -1999.-Т.7, №3, -С.57-65.

4. Развитие учения о типах экологической и световой структуры искусственных насаждений // Екологія та ноосферологія.-1999.-Т.8, №4, - С.56-63.

5. Биолого-экологические и биоморфологические особенности Physalis alkekengi L. в условиях искусственных насаждений полуосветленной структуры Днепропетровской области // Питання степового лісознавства та лісової рекультивації земель. - Дн-вськ: РВВ ДНУ, - 2000. - С.58-63.

6. Фитоклиматическая и биоэкологическая характеристика степных насаждений различных типов световых структур // Вісник Дніпропетровського університету. Біологія. Екологія. - 2001. Вип.9. - С.221-227.

7. Распределение корневых систем доминантных видов травянистых растений в лесонасаждениях различных типов световых структур // Придніпровський наук. вісник. Біологія, сільське господарство та ветеринарія. -1998. №113(180).-С.92-96.

Размещено на Allbest.ru