VIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Вариант акклиматизации дуба обыкновенного (черешчатого) в условиях Центральной Сибири
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Глобальные изменения климата оказывают существенное влияние на биосферу, вследствие чего мы наблюдаем модификацию лесного покрова, изменяются привычные ареалы распространения древесных растений. В нашей местности всё чаще появляются интродуцированные растения.
Исследование затрагивает тему, которая в настоящее время является одной из наиболее актуальных в лесном хозяйстве. В работе рассмотрен вариант распространения и введения в лесопарковую культуру окрестностей города Красноярска дуба черешчатого от интродуцированных в 60-е годы из Московской области растений. Насаждения дубов предполагается распространить в районах захоронения бытовых отходов (законсервированные участки складирования ТБО) в качестве рекультивации земель. Распространение дуба черешчатого с использованием посадочного материала из полученных от интродуцированных растений семян (желудей), путём акклиматизации подрастающих саженцев.
Гипотеза: Вследствие изменения климатических условий дуб черешчатый может стать типичной лесообразующей породой лесопарковых насаждений города Красноярска.
Цель: Разработать и предложить план введения дуба черешчатого как основную лесообразующую породу в лесопарковую зону городов юга Красноярского края на основе опыта разведения дубов в посёлке Подгорный.
Актуальность: На сегодняшний день в лесном хозяйстве Красноярского края актуальной проблемой становится подбор древесных культур, которые помимо декоративных свойств способны эффективно восстанавливать почву. Развитая корневая система и мощная крона дубов с большим листовым опадом способствует образованию гумуса и разрыхляет почву.
Новизна: Изменение климатических условий позволяет расширить диапазон древесных растений, предназначенных для озеленения в Красноярском крае.
Предмет исследования:способы интродукции дуба черешчатого в пространство красноярских лесопарков.
Объект исследования: опыт акклиматизации дуба черешчатого в посёлке Подгорный.
Задачи:
Собрать информацию о виде дуб черешчатый (лат. Quércus róbur);
Изучить особенности акклиматизированных (интродуцированных в 60-е годы) дубов в посёлке Подгорный.
Описать результат эксперимента «Опытная высадка дубов».
Подвести итоги и составить рекомендации по распространению опыта акклиматизации дуба черешчатого.
Теоретической основой для создания проекта послужило мичуринское учение о наследственности и ее изменчивости. Научные основы интродукции растений впервые были предложены Александром Гумбольдтом. В процессе подготовки работы нами также был изучен метод климатических аналогов Г. Майра. Мы познакомились с трудами Н.А. Базилевской по теории и методам интродукции растений. На наш взгляд наиболее актуальным для нашей работы будет метод массового, группового и индивидуального отбора лучших насаждений, предложенный Мичуриным, который широко используется в лесоводственной практике. Мы интересовались интродукцией, мы узнали, что интродукция - это перенос нехарактерных дикой природе региона видов и их адаптация в новых районах. Наибольшее количество материалов по интродуцированию растений и распространению их по России принадлежит специалистам дендрария имени Р. И. Шредера, который относится к Московской сельскохозяйственной академии. Сейчас у нас интродуцирование растений делают двести научно-производственных заведений. Важный опыт по оценке перспективности интродукции древесных растений мы нашли в трудах Лапина П.И. и Сиднева С.В. по данным их наблюдений в статье «Опыт интродукции древесных растений». На основе анализа теоретических разработок, предложенных выше, нами описан и предложен проект по интродукции дуба черешчатого, основанный на эколого-географических закономерностях, обусловленных глобальными изменениями климата со всеми вытекающими последствиями.
1. Физико-географическая характеристика района исследования
В работе изучены посадки дуба черешчатого в лесопарковых насаждениях в посёлке Подгорный ЗАТО Железногорск, период охвата исследования 2010 - 2019 гг, время описания и разработка проекта июнь-август 2019 года.
Природа поселка: Поселок расположен в зоне подтайги. Преобладающая растительность деревья хвойных пород: лиственница, сосна, ель;
лиственные породы: береза, осина, черемуха, рябина, шиповник; акклиматизированные: клен, тополь, дикая яблоня.
В лесостепной части преобладает сосна, осина, акация, ольха, ива, рябина, черемуха. Кое-где сохранились сосновые боры.
Птицы: вороны, воробьи, синицы, разные виды дятлов, коршуны, голуби, поползни.
Климат резко-континентальный умеренный. Устойчивый снежный покров с ноября по март. Средняя температура января варьирует от -6,5°С в 2018 г до -26,1°С в 2019г. (средняя многолетняя температура января -21,6°С). Средняя температура июля +21,5°С. Лето с конца мая до последней недели августа. Демисезонный период весна, осень 1,5-2 месяца. Снежный покров стабильный выше 20 см. Максимальный уровень в марте 55 см. Наибольше количество осадков в виде дождя выпадает с конца июля по октябрь.
Рельеф: Местность занимает Южные окраины Средне-Сибирского плоскогорья на правобережных древних террасах Енисея. Вблизи поселка наблюдаются выходы известняка в районе «Олень-горы», большая часть территории сложена рыхлыми осадочными породами времен четвертичного оледенения. В песчаных карьерах на границе поселка, жители обнаруживают окаменелости трилобитов и фораминифер. Почвы преимущественно серозёмы и подзолы, в поймах рек и в долине Енисея под травянистыми степными ассоциациями развиваются черноземы.
2. Объекты и методы исследования, описание методов
Объектами нашего исследования были дубы, акклиматизированные в посёлке
и местный опыт выращивания дуба обыкновенного (черешчатого).
Основными методами для нас стали – наблюдение, описание, измерение, сравнение.
Мы последовательно описывали интродуцированные и акклиматизированные дубы, измеряли растения, их высоту, ширину кроны, диаметр ствола.
В работе применялись метод Таксации растущего дерева. Использовали мерную вилку и тесемочный метр. Мерной вилкой измеряли диаметры стволов у деревьев, тесёмочным метром окружность дерева и высоту ствола. Мерной вилкой также измеряли высоту деревьев.
Диаметр у дерева измеряли на высоте 1,3 м от шейки корня, т.е. на высоте груди человека среднего роста. Высоту ствола высоких деревьев измеряли с точностью 1 м или 0,5 м. Низкие деревья измеряли с помощью тесёмочного метра.
|
Рис.1. Измерение ствола Мерной вилкой |
Рис.2. Описание места произрастания дуба |
3. Описание объекта исследования
Дуб — род деревьев и кустарников семейства Буковые. Растение широко распространено в Западной Европе и европейской части России. Северная граница ареала проходит по южной Финляндии и северу Ленинградской области, при этом на западном побережье Норвегии, ввиду влияния Гольфстрима, она достигает 65-й параллели. По мере продвижения на восток граница ареала резко сдвигается к югу, а в Сибири в настоящее время в естественных условиях не встречается. Восточными пределами ареала дуба служат водораздел рек Волги и Урала (возвышенность Общий Сырт), а также долины рек Юрюзани и Сылвы [рис.№3].
По данным исследований 2003 года А.И.Писаренко площади дубрав в Европейской части России и на Урале стремительно сокращаются в силу интенсивного хозяйственного освоения этих территорий, в стране возрастает потребность в восстановлении лесов в целом и дубовых насаждений в частности. По исследованиям 2000 года Н.П. Калиниченко известно, что в зоне хвойно-широколиственных лесов имеются значительные площади, на которых может успешно произрастать дуб черешчатый.
Дуб черешчатый наряду с высокими водоохранными почвозащитными и рекреационными свойствами обладает морозостойкостью и демонстрирует высокую степень выживаемости при акклиматизации в более северных районах по сравнению с его традиционным ареалом произрастания [рис.№3].
Насаждения дуба делают эту древесную породу одной из самых ценных среди пород-лесообразователей.
4. Характеристика объекта исследования
Дуб обыкновенный, летний (Quercus robur) - название «черешчатый» этот вид получил за длинные плодоножки, отличающие его от других видов дубов [рис.№4]. Дерево светолюбиво, не переносит верхушечное затенение, в то время как проростки и молодые дубки наоборот тенелюбивы (по мере роста становятся светолюбивым). По мере роста в 50-60 лет дубы начинают сильно затенять друг друга, происходит естественное прореживание. Только одинокие деревья растут мощными раскидистыми великанами. Еще дуб устойчив к засухе благодаря глубоким корням.
Крона дуба густая шатроподобная или широкопирамидальная, ассиметричная, раскидистая, с крепкими ветвями и толстым стволом (до 3 метров в диаметре) [рис.№4]. У молодых деревьев ствол неправильный, коленчатый, с возрастом становится прямым и цилиндрическим [рис.№5]. В сомкнутых насаждениях кроны меньше и стволы более стройные (до 1 м в диаметре). Листья очередные, простые, зубчатые, иногда цельнокрайные.
|
Рис.4. Взрослое растение |
Рис.5. Молодое растение |
Корневая система дерева состоит из очень длинного стержневого корня; с шести—восьми лет начинают развиваться боковые корни, тоже уходящие глубоко в землю. Дерево может дожить до 2000 лет, но обычно это 300—400 лет. Рост в высоту прекращается в возрасте 100—200 лет; прирост в толщину, хоть и незначительный, продолжается всю жизнь.
Листья и цветки на дубах появляются одновременно, в мае. Но плоды дуба – желуди – начинают расти и формироваться только в начале августа. Желуди созревают со второй половины сентября по ноябрь. Плюска («шапочка» на желуде), которая раньше защищала основание растущего желудя, больше не удерживает на дереве созревший плод, и желудь падает на землю. В его семядолях много питательных веществ, и он быстро прорастает. Из верхушечки желудя появляется корешок, который потом поворачивается вниз, в глубину. Размножается дуб прикорневой порослью и желудями, распространяемыми главным образом грызунами. Плодоносить начинает с 15 лет, на открытых местах раньше, чем в насаждениях. Обильно плодоносит каждые 4—8 лет.
5. Ход исследования (описание эксперимента «Опытная высадка дубов»)
На первом этапе исследования мы восстановили последовательность распространения дубов в посёлке.
Дубы в Посёлок Подгорный были завезены в 60-е годы переселенцами из Московской области, из привезённых желудей хозяйке участка по улице Рабочей удалось вырастить растение, которое прижилось, несмотря на суровый климат и, успешно развиваясь, дало жёлуди на 26 году жизни.
В начале 90-х обильно осыпающиеся жёлуди попадали на асфальтированное покрытие вне приусадебного участка на улице Рабочей, где их убирали работники ЖКХ и с прочим осенним опадом вывозили на свалку.
В дальнейшем сотрудники ЖКХ обнаружили поросли молодых дубов на свалке в местах складирования опада листьев. Несколько растений были пересажены на площадку перед зданием ЖКХ, остальные дубы жители посёлка посадили на своих садовых участках. В следующие годы жёлуди вместе с опавшей листвой кучами размещались вдоль шоссе по северной окраине дороги среди местных деревьев. Большая часть дубов проросла и растения развиваются в течении двух десятилетий.
Количество объектов:
Всего на данный момент на территории поселка Подгорный растут 23 саженца дуба, высотой до 3-х метров, 1 представитель возрастом 45 лет и более 10 деревьев возрастом 24 года.
Описание места произрастания: Основная часть объектов (молодые саженцы) произрастает вдоль дороги с одной стороны и березовой рощи с другой – овал зеленого цвета на карте - в то время как более старые деревья находятся в поселке и на территории предприятия ЖКХ – красные точки на карте [см. рис. 7 и 8].
|
Рис.6. Карта посёлка |
Рис.7. Участки роста дубов |
Рис.8. План |
Описание объектов(таблица составлена с использованием архивных данных):
|
Номер объекта |
Диаметр ствола, см |
Высота, м |
Возраст, месяц |
Ширина кроны, м |
Улица, название |
||
|
1. |
3,0 ± 0,1 |
3,0± 0,1 |
73 |
0,6± 0,1 |
Заводская |
||
|
2. |
2,5 ± 0,1 |
2,7± 0,1 |
60 |
0,4± 0,1 |
Заводская |
||
|
3. |
3,1 ± 0,1 |
3,1± 0,1 |
70 |
0,4± 0,1 |
Заводская |
||
|
4. |
2,3 ± 0,1 |
2,5± 0,1 |
62 |
0,4± 0,1 |
Заводская |
||
|
5. |
1,5± 0,1 |
1,8± 0,1 |
49 |
0,5± 0,1 |
Заводская |
||
|
6. |
2,0 ± 0,1 |
1,9± 0,1 |
48 |
0,6± 0,1 |
Заводская |
||
|
7. |
2,7± 0,1 |
2,7± 0,1 |
63 |
0,3± 0,1 |
Заводская |
||
|
8. |
2,5± 0,1 |
2,8± 0,1 |
62 |
0,4± 0,1 |
Заводская |
||
|
9. |
3,0 ± 0,1 |
2,9± 0,1 |
62 |
0,4± 0,1 |
Заводская |
||
|
10. |
2,5± 0,1 |
3,0± 0,1 |
73 |
0,5± 0,1 |
Заводская |
||
|
11. |
2,0± 0,1 |
2,3± 0,1 |
70 |
0,5± 0,1 |
Заводская |
||
|
12. |
3,2± 0,1 |
2,9± 0,1 |
63 |
0,6± 0,1 |
Заводская |
||
|
13. |
2,0± 0,1 |
1,8± 0,1 |
49 |
0,5± 0,1 |
Заводская |
||
|
14. |
2,1± 0,1 |
1,9± 0,1 |
49 |
0,4± 0,1 |
Заводская |
||
|
15. |
1,9± 0,1 |
2,4± 0,1 |
52 |
0,7± 0,1 |
Заводская |
||
|
16. |
2,0± 0,1 |
2,6± 0,1 |
61 |
0,6± 0,1 |
Заводская |
||
|
17. |
2,1± 0,1 |
2,7± 0,1 |
74 |
0,6± 0,1 |
Заводская |
||
|
18. |
2,0 ± 0,1 |
3,1± 0,1 |
74 |
0,7± 0,1 |
Заводская |
||
|
19. |
1,5± 0,1 |
2,6± 0,1 |
52 |
0,4± 0,1 |
Заводская |
||
|
20. |
1,7± 0,1 |
2,9± 0,1 |
64 |
0,5± 0,1 |
Заводская |
||
|
21. |
1,2± 0,1 |
1,9± 0,1 |
61 |
0,3± 0,1 |
Заводская |
||
|
22. |
39,0± 0,1 |
18,0 ± 0,1 |
372 |
7,3± 0,1 |
Рабочая |
||
|
23. |
35,0± 0,1 |
16,0± 0,1 |
288 |
5,8± 0,1 |
Заводская |
||
|
24. |
2,0 ± 0,1 |
2,8± 0,1 |
64 |
0,6± 0,1 |
Заводская |
||
|
25. |
2,1± 0,1 |
2,5± 0,1 |
61 |
0,5± 0,1 |
Заводская |
||
Интродукция древесных растений - важный метод увеличения продуктивности, биоразнообразия и экологического потенциала лесных экосистем. При этом возможно усиление их водорегулирующих и водоохранных, противоэрозионных, санитарно-гигиенических и рекреационных функций. Успех произрастания некоторых видов за пределами естественного ареала объясняется тем, что не всегда климатические условия определяют границы ареала вида, последние часто зависят от исторических условий его формирования.
6. Результаты исследований
На основе собранной и обработанной информации мы составили таблицу «Преимущества и недостатки выращивания дуба черешчатого»:
|
компоненты |
преимущества |
недостатки |
|
вредители и болезни |
В целом важным преимуществом в распространении дуба черешчатого в нашей местности служит отсутствие естественных врагов дуба - зеленой дубовой листовертки, дубовой филлоксеры, дубовой желтой тли. |
образование большого количества водяных побегов на стволах, повреждается листогрызущими, у дуба черешчатого наблюдаются пятнистость листьев, из грибных болезней (2,9%), мучнистая роса листьев (3,2%). |
|
климатические и атмосферные явления |
дуб не особенно чувствителен к атмосферным влияниям, к повреждению дымом |
не выносит сухость, требователен к свету |
|
По плодоношению и распространению самосевом |
урожайные годы иногда повторяются через 3-4 года, либо - 5-6(8) лет. Способность к плодоношению у дуба сохраняется до 300 лет и более. Здоровые желуди опадают в сентябре-октябре в течение 20-30 дней |
Плодоношение наступает в возрасте 20 лет |
|
почвы |
Дуб черешчатый способен произрастать в разнообразных почвенных условиях и выдерживает слабую засолённость почв, но не выдерживает кислых грубогумусных почв, солонцов и солончаков Произрастает на почвах разного гранулометрического состава - как на свежих песчаных, так и на тяжёлых глинах и каменистых склонах гор. За счёт глубокой корневой системы может расти и на небогатых почвах. Дуб благоприятно влияет на почву. Обильно опадающий лист содержит известь, фосфор и азот, которые улучшают обмен питательных веществ, а развитая корневая система способствует образованию мягкого гумуса и разрыхляет почву. |
Не подходят каменистые и лишённые влаги почвы |
|
По морозостойкости |
Способен стойко переносить морозы |
Дуб черешчатый чувствителен к поздним весенним заморозкам, которые побивают растущие побеги, листья и цветки. Из-за этого снижаются прирост и урожай желудей, увеличивается сучковатость ствола. На появившихся позднее листьях, со слабо развитыми покровными тканями часто развивается мучнистая роса. В результате этого ослабевает фотосинтез, снижается прирост, нарушаются процессы одревеснения побегов |
|
По отношению к влаге |
По отношению к влаге в почве дуб черешчатый относят к типичным мезофитам, хорошо переносит временное весеннее затопление в поймах рек - до 20 и более дней Вследствие наличия мощной и глубокой корневой системы дуб выдерживает длительные засухи |
не переносит избыточное застойное увлажнение, длительные засухи |
Обобщение: вследствие очень мощной корневой системы дуба и способности трансформировать ландшафт, мы предлагаем распространять дубы в местах захоронения отходов, то есть на бывших свалках.
7. Возможные пути развития исследования
Используя опыт выращивания и распространения дуба черешчатого в посёлке Подгорный, рассматриваем вариант распространения дубов как средство биологической рекультивации полигонов ТБО, например, полигоны «Шинник» и «Емельяновский». На территории Красноярской агломерации находится более сотни полигонов и свалок твердых бытовых отходов, общая площадь которых превышает 2,6 тыс. га. Среди этих свалок только 9 официальных, все остальные несанкционированные, что создает неконтролируемое замусоривание пространств лесных массивов.
ТБО «Шинник» находится на северо-западном склоне горы Базаиха, это теневое положение по отношению к падающим солнечным лучам, что способствует удержанию влаги в грунтах. Почвообразующими породами горы Базаиха являются аллювиально-озерные отложения неоднородного суглинистого и глинистого механического состава. Реже материнскими породами являются элювиально-делювиальные щебнистые отложения. Эксперимент с распространение дубов можно провести на старых законсервированных участках полигона ТБО «Шинник».
Для размещения посадочного материала можно использовать мешки, наполненные биоматериалом (листовой опад, гумус и жёлуди).
8. Выводы
Находясь в условиях Сибири дуб сталкивается с менее комфортными условиями произрастания, имеет худшие таксационные показатели по сравнению с дубами, произрастающими на Европейской равнине, но при этом растения имеют ряд преимуществ. Например, у дуба черешчатого в нашей местности значительно меньше специфических вредителей и болезней, а также вследствие изменения температур и климатических условий в целом, в центральных районах Красноярского края отмечается сокращение морозного периода и увеличение тёплого периода. Район же самого города Красноярска находится под воздействием «острова тепла» от незамерзающего Енисея и самого городского пространства, поэтому, уже сегодня окрестности города подходят для выращивания дуба черешчатого и других холодостойких видов дуба.
Задачи исследовательской работы выполнены: нами были изучены и систематизированы сведения по акклиматизации дуба черешчатого в посёлке Подгорный, определены данные по возрасту, расположению и общие характеристики деревьев вида Дуб черешчатый (Quercus robur) на территории поселка Подгорный ЗАТО Железногорск с использованием методов исследования без экологического риска и причинения вреда деревьям.
В ходе проведенного исследования:
Собрана информация о виде дуб черешчатый (лат. Quércus róbur);
Изучены особенности акклиматизированных (интродуцированных в 60-е годы) дубов в посёлке Подгорный.
Описаны результаты эксперимента «Опытная высадка дубов».
Подведены итоги и составлены рекомендации по распространению опыта акклиматизации дуба черешчатого.
Как показало исследование, дуб черешчатый интродуцированный 50 лет назад в нашу местность успешно прижился и даёт обильный посадочный материал, из которого уже выращены десятки акклиматизированных растений. Вследствие этого дуб черешчатый может стать типичной лесообразующей породой лесопарковых насаждений города Красноярска и, если реализовать наш проект, можно получить дубравы на месте современных техногенных зон.
Список литературы
Алентьев П.Н. Проблемы восстановления и выращивания дубов. – Майкоп, 1990
Анучин Н.А., Анохин В.Г., Ред. Кол. Виноградов В.Н. и др. – Москва: Энциклопедия. 2010. 563с.
Базилевская Н.А. Теории и методы интродукции растений\ Н.А. Базилевская, М.: изд-во МГУ, 1964. 129с.
Болезни и вредители в лесах России. Справочник. Том 1. Болезни древесных растений. Москва, Россельхоз.2010 г. 120с.
Бородин А. Л. Подход к изучению популяционной экологии стволовых вредителей.- Зоолог, журн. т 55, вып. 2. М., 1976.
Громадин А.В., Интродукция дуба красного\ А.В. Громадин, М.: Дендрологический сад им. Р.И. Шредера и парк ТСХА - М: ТСХА, 1985. - 124 с
Лапин П.И., Сиднева С.В. Оценка перспективности интродукции древесных растений по данным визуальных наблюдений // Опыт интродукции древесных растений. М.: 1973. - с. 7-67.
Мазур И.И., Курс инженерной экологии/ И.И. Мазур и др. - М.: Высшая школа, 1999
https://elentirimo.livejournal.com/5485.html Инвазия и интродукция
Приложение 1
Фото дубов в посёлке Подгорный
|
Рис.9. Дуб на улице Рабочей |
Рис.10. Дуб на улице Рабочей |
|
Рис.11. Дуб на шоссе |
Рис.12. Жёлуди на дубе с улицы Рабочей |
|
Рис.13-14. Молодые дубы на шоссе |
|