К сожалению, стационарные исследования процесса загрязнения лесных объектов тяжелыми металлами на территории области в настоящее время не ведутся. Поскольку в современной научной литературе отдельные термины толкуются по-разному и есть реальная терминологическая неопределенность, то мы считаем необходимым привести основные понятия согласно ГОСТов 17.4.1.03-84 и 17.4.3.04-85, которых мы и придерживаемся:
      Загрязнение почвы – изменение состава и состояния почвы в результате хозяйственной деятельности и других антропогенных нагрузок, способных вызвать ухудшение ее качества.
      Загрязняющее почву химическое вещество - химическое вещество, попадающее в почву в результате антропогенной деятельности, способное оказывать неблагоприятное воздействие на качество почвы и растительности.
      Фоновое содержание химического вещества в почве – содержание, соответствующее ее природному химическому составу.
      Предельно допустимое количество загрязняющего почву химического вещества (ПДК) - максимальная массовая доля вещества, не вызывающая прямого или косвенного влияния, включая отдельные последствия на окружающую среду и здоровье человека.
      Под тяжелыми металлами обычно понимают металлы переходных групп с атомной массой более 50. К ним относят как физиологически необходимые для организмов элементы – Zn, Cu, Mn, Fe, Со, Мо, так и металлы, необходимость которых пока не доказана - Pb, Ni, Cg, Hg (Алексеева, Попова, 1991).
      Предполагается, что все обнаруживаемые в растении химические элементы так или иначе участвуют в жизненных процессах (Beadie, 1959; Browen, 1963; Epstein, 1966; и др.).
      Исследование содержания тяжелых металлов и мышьяка в почве проведены и в кисличниках искусственного происхождения Грязовецкого лесхоза, на территории которого заложено 4 почвенных шурфа (табл. 4.11). В почвах Грязовецкого лесхоза, как и в почвах Кадуйского лесхоза, содержание свинца и ртути ниже фоновых районов Европейской территории России, и в зависимости от горизонта оно колеблется в пределах соответственно 0,8-11,2 и 0,01-0,031 мг/кг почвы. По кадмию и мышьяку наблюдается несколько иная картина. В большей части почвенных горизонтов концентрация этих элементов переваливает фоновые уровни для Европейской территории России. Например, по мышьяку в 12 горизонтах из 18, а по кадмию в 14 из 20.
      По сравнению с Кадуйским лесхозом, почва Грязовецкого лесхоза более интенсивно загрязнена медью и цинком. Их содержание соответственно составляет: 3,6-23,0 и 16,5-100 мг/кг почвы. Данный факт, по нашему мнению, можно объяснить двумя причинами.
      Во-первых, почвы Грязовецкого лесхоза по механическому составу более тяжелые, чем почвы Кадуйского лесхоза. Как известно из литературы, суглинки и глины накапливают тяжелые металлы в большей мере по сравнению с песчаными почвами.
      Во-вторых, не исключаем, что леса Грязовецкого лесхоза находятся в сфере влияния техногенных выбросов Череповецкого промышленного узла. Общепризнанно, что тяжелые металлы в основном поступают в почву путем выпадения атмосферных осадков, переносимых воздушными массами на большие расстояния.
     
      Таблица 4.11
      Содержание тяжелых металлов и мышьяка в почвах культур сосны Грязовецкого лесхоза, мг/кг
     

     
      Выполненные нами исследования (табл. 4.12) свидетельствуют о том, что содержание тяжелых металлов и мышьяка в почве сосняка черничника Кадуйского лесхоза значительно ниже по сравнению с почвами фоновых районов Европейской территории России, для которых содержание свинца в почве составляет 13, кадмия – 0,28, ртути - 0,11, мышьяка – 2,0 мг/кг (Обзор фонового состояния..., 1986).
     
      Таблица 4.12
      Содержание тяжелых металлов и мышьяка в почвах культур сосны Кадуйского лесничества Кадуйского лесхоза (кв. 102), мг/кг
     

     
      В почвах сельхозугодий соседней Архангельской области в среднем содержится меди - 5,75, цинка - 27,28, свинца – 5,05, никеля – 10,14, кадмия - 0,09, ртути - 0,032 мг/кг (Состояние и охрана..., 2002), что несколько выше полученных нами данных. Согласно предложенных в Нидерландах нормативов по загрязнению почв фоновое содержание свинца составляет менее 50, цинка – менее 200, меди - менее 50 мг/кг, что значительно выше полученных нами данных. Низкому содержанию тяжелых металлов в почве соответствуют и невысокие их концентрации в растениях.
      Мхи и лишайники относятся к биоиндикаторам, они активно поглощают растворенные в атмосферных осадках химические вещества и сохраняют их на протяжении всей жизни. Коммулятивная способность мхов может быть использована для картирования территории регионов по уровням загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами. Среднее значение элементов в растительности фоновых районов Европейской территории России составляет в мхах: свинца - 12 мг/кг сухой массы; кадмия - 0,48; мышьяка -0,43 и ртути - 0,11 мг/кг; в лишайниках: свинца - 8,4 мг/кг; кадмия - 0,23; мышьяка - 0,21 и ртути - 0,14 мг/кг; в травах: свинца -1,5 мг/кг; кадмия - 0,15; мышьяка - 0,26 и ртути - 0,01 мг/кг (Обзор фонового состояния..., 1986).
      Травянистые растения являются источником поступления металлов в пищевые цепочки. Содержание свинца в зеленых мхах Кадуйского лесничества (табл. 4.13) в 21 раз ниже значений фоновых районов Европейской части России, по кадмию в 26 раз. Лишайники лесничества депонируют в 30 раз меньше свинца по сравнению с лишайниками Европейских фоновых территорий России. Содержание этого элемента в лишайниках составляет всего 0,28 мг/кг. Из всех изученных нами растений сосняка черничного вереск обыкновенный аккумулирует больше всех свинца - 0,97 мг/кг (Неволин, Евдокимов, 2007). Поэтому мы предлагаем использовать этот кустарничек, наряду со мхами, как биоиндикатор чистоты лесных экосистем. По накоплению в растениях сосняка черничного искусственного происхождения химические элементы располагаются в следующие ряды по мере уменьшения:

> хвоя: Mn>Fe>Zn>Cu>Pb>Cd

> кустарнички: Mn>Fe>Zn>Cu>Pb>Cd

> травы: Mn>Fe>Zn>Cu>Pb>Cd

> зеленые мхи: Fe>Mn>Zn>Cu>Pb>Cd

> лишайники: Fe>Mn>Zn>Cu>Pb>Cd

      Трех-четырехлетняя хвоя сосны отличается самой интенсивной аккумуляцией марганца - до 1010-1040 мг/кг. Высокие показатели депонирования этого элемента характерны и для кустарничков - брусники и черники (990-1030 мг/кг). И.Д. Юркевичем и Э.П. Ярошевичем (1973) для условий Белоруссии получены аналогичные данные. По их исследованиям, эти растения накапливают до 755-1105 мг/кг марганца.
      Приведенные данные свидетельствуют об очень слабом загрязнении растительности сосняка черничного тяжелыми металлами, что очень важно в период развития и актуальности проблемы сертификации лесной продукции.
     
      Таблица 4.13
      Содержание тяжелых металлов в растительности сосняка черничного в Кадуйском лесхозе (кв. 102), мг/кг воздушно-сухой пробы
     

     
      Поскольку информация о аэротехногенном загрязнении тяжелыми металлами лесной растительности Вологодской области ограничена, то полученные нами данные существенно расширили представления о фоновом уровне загрязнения лесов региона и позволяют создать банк данных для комплексной экологической оценки окружающей среды.
      При организации и проведении мониторинга лесных культур следует руководствоваться, как нам кажется, некоторыми рабочими положениями:
      – при мониторинге следует рассматривать лесные культуры как сложную биологическую систему с известными исходными данными - возраст, агротехника создания, метод и т.п.;
      – обоснованный выбор приоритетных критериев оценки культивируемых сообществ растений и популяций организмов;
      – мониторинг лесных культур следует рассматривать как один из основных источников достоверной и разнообразной информации о рукотворных биологических системах;
      – для мониторинга лесных культур характерен принцип эффективности, заключающийся в получении наиболее полных данных о состоянии лесных культур и изменении содержания тяжелых металлов в системе «почва-растение».
     
      4.4. Эффективность культур сосны в кисличном типе условий местопроизрастания
     
      В основу главы положены массовые материалы таксации молодняков искусственного происхождения, полученные экспедициями Северного лесоустроительного предприятия, которые обработаны и систематизированы. Кроме того, обсуждаются результаты выполненных нами исследований 64-летних опытных культур в Бабушкинском лесхозе (3 варианта) и исходные данные, полученные в процессе закладки пробных площадей в производственных культурах.
     
      4.4.1. Характеристика культур по материалам лесоустройства
     
      Опыт свидетельствует, что на сплошных вырубках сосняков кисличных создаются наиболее благоприятные условия для поселения быстрорастущих и холодостойких пород – березы, осины и ольхи. Способность их давать почти ежегодно большое количество семян (а осины, кроме того, корневые отпрыски) приводит к тому, что площади, вышедшие из-под леса, возобновляются лиственными породами в первые 1-2 года.
      Массовые материалы таксации культур подтверждают, что при культивировании сосны в кисличном типе условий местопроизрастания формируются смешанные молодняки I-II классов бонитета с преобладанием в составе 40-летних культур основной породы (табл. 4.14).
     
      Таблица 4.14
      Характеристика сосняков кисличных искусственного происхождения
     

     
      *В числителе данные по средней, в знаменателе - по южной подзоне тайги.
     
      В формировании состава принимают участие шесть пород естественного происхождения – ель, береза, осина, ольха, липа, ива, т.е. породный состав формирующихся насаждений значительно разнообразнее по сравнению с другими условиями произрастания. Такое обстоятельство требует от лесоводов при проведении рубок ухода знания биологических особенностей возобновившихся пород. Особенно это касается лиственных почвоулучшающих пород – липы, березы, ольхи.
      Анализируя таблицу 4.14, можно сделать вывод о том, что культивирование сосны в богатых условиях приостановило смену этой породы.
     
      4.4.2. Лесоводственная оценка культур, созданных разными методами
     
      В Вологодской области два метода (посев, посадка) создания лесных культур начали применяться, можно сказать, одновременно (Магаринский, 1890). В том и другом методе искусственного лесовосстановления лесоводы отмечают как преимущества, так и недостатки.
      Общепризнанно, что посевы семян хвойных пород успешны преимущественно в лесах таежной зоны, в районах с количеством осадков с мая по август включительно не менее 240 мм и со средней температурой середины лета (вторая декада июля) около 18-20 °С. Они редко дают положительные результаты на богатых почвах, которые буйно зарастают травянистой растительностью и порослью лиственных пород.
      Достоянием учебных пособий по лесным культурам стало положение о том, что посадка леса одинаково успешна во всех лесорастительных зонах. Вместе с тем очень справедливым и в настоящее время является высказывание Г.Ф. Морозова (1930): «... Ни посев, ни посадка, понятно, не могут претендовать на исключительную роль в лесоводстве: каждый из этих способов уместен в своих условиях, и целесообразный выбор того или иного метода зависит от умения ориентироваться в местных условиях, типах насаждений».
      Как считает М.Н. Прокопьев (1965), в таежной зоне Европейского Севера очень мало сравниваемых посадок и посевов сосны, поэтому единой точки зрения до настоящего времени не сложилось.
      В целях получения сопоставимых результатов посевов и посадок нами заложены пробные площади в культурах одинакового биологического возраста (табл. 4.15). Кроме того, сделанные выводы корректировались с учетом результатов таксации культур на других пробных площадях.
      Проведенные исследования свидетельствуют о том, что посевы и посадки, как вид лесохозяйственной деятельности, достигли поставленной цели – на вырубках бывшего сосняка кисличного восстановлена главная порода – сосна. Однако восстановление сосны посевом семян требует более совершенной агротехники, тщательного выбора площадей и более интенсивных мер ухода. В подобных лесорастительных условиях естественное возобновление леса происходит, как правило, медленно и со сменой сосны на лиственные породы. К 64-летнему биологическому возрасту доля сосны в посадках составила 80%, а в посевах даже 100% (табл. 4.15). Формируются смешанные двухъярусные высокополнотные насаждения сосны 1-1а класса бонитета.
     
      Таблица 4.15
      Краткая характеристика посевов и посадок сосны в кисличном типе условий местопроизрастания
     

      Лесоводственная оценка того или иного метода искусственного лесовосстановления предусматривает сравнительный анализ не только приживаемости, но и запаса древесины как комплексного показателя качества культур. По нашим данным, запас древесины в посевах (пр.пл. 3/36 и 9/5) на 15% или 52 м3/га больше по сравнению с посадками (пр.пл. 6/2 и 7/3) и, соответственно, составляет 396 и 344 м3/га. Формирование большего запаса посевов объясняется в первую очередь повышенной густотой древостоев. Например, количество сосны в посевах по данным пробных площадей 3/36 и 9/5 составляет 1042 шт./га, а в посадках всего 652 шт./га. И как итог повышенной густоты древостоев сосны в посевах, диаметр культивируемой породы в них меньше на 3% по сравнению с посадками.
      Зная закономерности формирования древостоев разной густоты, с учетом наших данных можно утверждать, что к возрасту рубки произойдет выравнивание основных таксационных показателей в посевах и посадках – диаметра, высоты, запаса. К такому выводу ранее пришел М.Н. Прокопьев (1975). А именно: во всех основных типах леса посадки и посевы сосны обеспечивают создание равноценных насаждений.
      В практике лесокультурного дела необходимо отказаться от шаблонного предпочтения посадок, вызванного не принципиальной убежденностью в преимуществах этого пути в выращивании высокопродуктивных сосновых насаждений, а недостаточной разработанностью лесокультурных приемов обработки почвы для проведения посевов семян. При этом следует учитывать, что в методе посева семян заложены более реальные возможности механизации работ в условиях таежных лесов, чем при посадке лесных культур.
      Таким образом, можно сделать вывод, что лесные культуры, созданные посевом и посадкой могут давать хозяйственно равноценные насаждения.
     
      4.4.3. Способ высева семян
     
      Лесоводы всегда стремились совершенствовать технологии лесокультурного производства, рационализировать трудоемкие и сложные приемы создания лесных культур и тем самым обеспечивать успешность лесовосстановления. С этой точки зрения представляет как научный, так и практический интерес сравнить культуры, созданные посевом семян в площадки с их количеством 2,5 тыс. шт./га и культуры с посевом семян рядами через 2 метра. Варианты таких культур были созданы в Фетининском лесничестве Бабушкинского лесхоза, ныне это Унженское лесничество. Лесокультурная площадь занимает повышенное положение со слабым уклоном к югу, обеспечивающие хорошие дренажные условия, до создания культур участок местами прокашивался. Почва – подзол средней мощности, песчаный, на связном моренном песке. В материнской породе с 1 м встречается щебень и валуны. Содержание гумуса не превышает 0,6% (Поляков, Ипатов, Успенский, 1986). Как отмечает Л.Ф. Ипатов и В.И. Левин (1968), культуры до 30-летнего возраста не испытывали каких-либо заметных влияний человеческой деятельности. Участок культур однородный по лесорастительным условиям. Почва легкого механического состава на глубине 1,6 метра подстилается тяжелым суглинком. Содержание подвижных соединений фосфора и калия в горизонте В1 высокое (табл. 4.16).
      Пирогенное происхождение лесокультурной площади, по нашему мнению, предопределило успех культур. Так, в результате сгорания порубочных остатков, живого напочвенного покрова, подстилки и других горючих материалов образуется зола, которую можно считать как бы «стартовым» удобрением культивируемых особей в ювенильный период их онтогенеза.
      Химический анализ древесной золы, выполненный по нашему заказу химико-аналитическим центром ОАО «Архангельскгеологодобыча», показал, что она содержит различные биогенные элементы, поглощенные растениями из почвы в процессе их роста, за исключением азота, который в процессе горения переходит в оксиды азота и поступает в атмосферный воздух. В составе золы обнаружено около 40 химических элементов, составляющих 3 группы: макроэлементы (кальций, калий, углерод, железо, кремний, алюминий, магний, марганец, бор, фосфор, барий, цинк, титан и др.), их содержание колеблется от десятков процентов до сотых долей процента; микроэлементы, содержание которых колеблется от тысячных до стотысячных долей процента (медь, никель, олово, бериллий, кобальт, хром и др.); ультрамикроэлементы - их содержание исчисляется миллионными долями процента.
      Слабые низовые пожары активизируют микробиологические процессы (Попова, 1975), улучшают кислотность почвы (Трутнев, Былинкина, 1951; Попова, 1978; Санников, 1978).
      Пожар увеличивает содержание легко доступных растениям зольных элементов и минеральных форм азота (Санников, 1978).
     
      Таблица 4.16
      Агрохимическая характеристика почв на участке культур сосны Унженского лесничества Бабушкинского лесхоза
     

      В верхних горизонтах сильноподзолистой почвы увеличивается количество Р205с 1,75 до 9,0 мг на 100 г почвы (Трутнев, Былинкина, 1951). Следует отметить и то, что после пожара уменьшается конкуренция травянистой растительности, то есть отпадает необходимость в проведении агротехнических уходов за культивируемыми растениями как минимум на три года.
      Исследованиями П.И. Аминева (1981, 1984) установлено, что лесная подстилка, содержащая сосновый отпад, является значительным источником инфекции обыкновенного шютте. По данным Е.П. Поповой (1975), в результате пожара запасы подстилки сократились с 15,2 до 6,7 т/га.
      Большой вред молодым культурам сосны наносит снежное шютте (сухой и поврежденный подрост сосны). По данным СП. Васькова (1985), культуры сосны, созданные в первые 3-5 лет после пожара, лучше сохраняются и меньше повреждаются вредителями и болезнями.
      В 64-летнем возрасте нами выполнены повторные исследования посевов (табл. 4.17). Они показали, что высота сравниваемых культур выровнялась, различия по среднему диаметру культивируемой породы не существенны t=0,6 &;lt; 3. Но рядовые посевы за счет незначительно повышенной относительной полноты накопили на 22 м3/га древесины больше со сравниваемым вариантом.
     
      Таблица 4.17
      Таксационная характеристика посевов сосны в Бабушкинском лесхозе
     

      * Характеристика культур в 30 и 37 лет приведена по исследованиям Л.Ф. Ипатова (1981), а в 44 года по данным А.Н. Полякова, Л.Ф. Ипатова, В.В. Успенского (1986).
     
      4.5. Продуктивность культур и сосняков естественного происхождения
     
      В системе критериев устойчивого управления лесами России продуктивность занимает первое место. Причина этого ясна: именно продуктивность предопределяет не только ресурсную, хозяйственную ценность лесов, но и полноту выполнения ими большинства экологических и социальных функций (Швиденко, Страхов, Нильсон, 2000).
      Продуктивность насаждений принято также определять классом бонитета – показателем оценки условий роста леса. На примере Западного лесоэкономического района подтверждается зависимость между типом леса и классом бонитета. Так продуктивность культур сосны в 60 лет в брусничном типе леса характеризуется III, в черничном - II и в кисличном I кл. бонитета (табл. 4.18).
      Продуктивность насаждений в зависимости от их происхождения сравнительно постоянно обсуждается в специальной литературе. Например, В.В. Успенский и В.К. Попов (19746) приводят данные, подтверждающие превосходство лесных культур лесостепи по общей продуктивности над сосняками естественного происхождения в среднем на 21%. Преимущество культур особенно ощутимо в возрасте 20-30 лет и достигает до 43%. С 70 лет культуры превосходят естественные сосняки по этому показателю на 13-20%.
      Уральские лесоводы С.В. Залесов, А.Н. Лобанов и Н.А. Луганский (2002) указывают на то, что сосновые древостой искусственного происхождения имеют более высокие темпы роста по сравнению с естественными. Произрастая в одинаковых лесорастительных условиях, искусственные сосновые древостой имеют более высокие значения сумм площадей сечений и запасов по сравнению с сосняками естественного происхождения. По их данным, к возрасту спелости искусственные сосняки подзоны южной тайги Урала имеют на 36% более высокую производительность по сравнению с сосновыми древостоями естественного происхождения.
      В результате анализа 9,7 тыс. выборок из лесоустроительных материалов по таксационной характеристике сосновых молодняков южной и средней подзон тайги в пределах Архангельской, Вологодской областей и Республики Коми, доцент кафедры лесной таксации и лесоустройства АЛТИ (АГТУ) Л.Ф. Ипатов (1981) делает вывод, что в 10-30-летнем возрасте средняя высота культур выше на 15-20%.
      Исследования такого характера проводились и в лесхозах Вологодской области. Агротехника создания лесных культур постоянно совершенствуется: уточняются первоначальная густота, норма высева в посевное место и в целом на 1 га, производятся новые почвообрабатывающие орудия и т. п. Идет накопление информации, создается блок данных, формируется мнение производственников и ученых. Поэтому ожидать однозначных ответов на вопросы данной проблемы, по нашему мнению, не корректно.
      Известно несколько способов сравнительной оценки продуктивности искусственных и естественных древостоев. Основой одного из них служат лесоустроительные материалы таксации сосняков.
      Нами выполнена систематизация исходных данных в пределах Западного и Центрального лесоэкономического районов, выделенных согласно районированию области Н.А. Моисеевым и его соавторами (1971). В этих районах произрастает до 80% старых культур сосны. Результаты выборки таксационных характеристик сосняков естественного происхождения приведены в таблицах 4.18 и 4.19.
      В пределах возрастных периодов преимущества культур по высоте составляют в брусничном типе Западного лесоэкономического района – до 6%, черничном - 13%, а в кисличном в начальный период формирования молодняков еще более значительны, даже в несколько раз. В 10 случаях из 18 в целом по трем типам Западного лесоэкономического района диаметры культур и сосняков естественного происхождения равны, в семи – преимущество за культурами, и только в одном случае культуры уступают по диаметру соснякам естественного происхождения.
     
      Таблица 4.18
      Сравнительная характеристика сосняков разного происхождения в Западном лесоэкономическом районе
     

      * В числителе – показатели по лесным культурам, в знаменателе – по соснякам естественною происхождения.
     
      И как результат, сосняки искусственного происхождения по запасу превосходят естественно формирующиеся сосняки. В 60-летнем возрасте культуры в кисличном типе условий местопроизрастания на 40 м3 или 13% продуктивнее естественных сосняков. Примерно такие же преимущества наблюдаются и в черничном типе условий местопроизрастания.
      В брусничном типе условий местопроизрастания Центрального лесоэкономического превосходство 60-летних культур по накоплению запаса древесины над сосняками естественного происхождения составляет 31 м3/га. В кисличном типе незначительные преимущества, в пределах 4%, на стороне естественных сосняков (табл. 4.19).
     
      Таблица 4.19
      Сравнительная характеристика сосняков разного происхождения в Центральном лесоэкономическом районе
     

      * В числителе - показатели по лесным культурам; в знаменателе – по соснякам естественного происхождения.
     
      Нами выполнены исследования сравнительной продуктивности культур сосны, созданных в одинаковых лесорастительных условиях, но отличающихся между собой некоторыми агротехническими приемами (табл. 4.20).
     
      Таблица 4.20
      Характеристика 64-летних культур сосны и сосняков естественного происхождения по таблицам хода роста
     

К титульной странице
Вперед
Назад