Исследовательский проект Динамика проективного покрытия голубики топяной под влиянием осушения олиготрофного болота в условиях южно-таежной зоны.

Оглавление
Введение.
Методика исследования.
Результаты исследования и их обсуждение.
Выводы.
Список используемой литературы.
Введение.
Наша страна располагает значительными ресурсами дикорастущих ягодных растений. Из них следует выделить виды семейства брусничных (брусника, голубика, клюква, черника). Объемы заготовки этих ягод в последнее время снижаются и не могут удовлетворять растущие потребности населения. Промышленные заготовки дикорастущей голубики ввиду ее разбросанности и труднодоступности площадей с ее зарослями в настоящее время вообще не производится.
Уменьшение промышленной заготовки ягод можно объяснить многими причинами. В первую очередь, истощение ресурсов дикорастущих ягодников в связи с осушительной мелиорацией, проводимой ранее в широких масштабах в регионе, пастьба скота, неорганизованный сбор ягод, ведение хозяйства на выращивание леса без учета биологических особенностей ягодников и др. Биологическая продуктивность дикорастущих ягодных растений низкая, подвержена влиянию погодных условий, значительно колеблется по годам, что затрудняет планирование заготовок.
Опытные работы по освоению культуры голубики топяной ведутся с конца 70-х годов двумя научными учреждениями: Центральным Сибирским ботаническим садом СО АН России и Институтом леса НАН Беларуси. Несколько позже исследованиями по выращиванию этого вида начали заниматься сотрудники Костромской ЛОС ВНИИЛМа. Институтом леса совместно с Костромской ЛОС решены основные вопросы технологии плантационного выращивания голубики болотной, созданы опытно-производственные объекты, доказана экономическая эффективность и целесообразность культуры в Костромской области./1/.
Лесные ягодные растения семейства Брусничных хорошо известны и доступны населению, особенно клюква, брусника, черника и голубика.
Голубика – кустарничек высотой до 120 см. Ветви серые, гладкие, изогнутые, листья обратнояйцевидные, снизу сизые, на зиму опадают. Цветки мелкие, расположены по 1-3 на верхушках ветвей, шаровидно-колокольчатые, розовые. Цветет в мае-июне. Плоды голубики - съедобные ягоды, черные, с сизоватым налетом, с пурпурной мякотью, кисловато-сладкие, сочные, с тонкой кожицей. Созревают ягоды в августе-сентябре. Впервые голубика зацветает только на 11-18-м году, а продолжительность жизни может составлять 90 лет.
Ее ягоды очень полезны, характеризуются значительным разнообразием биологически активных веществ. В них содержится до 8% сахаров, около 3% органических кислот, в том числе яблочная, лимонная, щавелевая, уксусная. Количество пектинов у голубики самое высокое из всех лесных ягодных растений - 0,5%. Поэтому ягоды ее рекомендуют людям, работающим во вредных условиях, так как пектиновые вещества способны связывать и выводить из организма радиоактивные металлы стронций и кобальт /2/. Голубика - хорошее мочегонное средство, поскольку в ней много воды (88,2%).
Среди витаминов, содержащихся в голубике, большую долю занимает витамин С: до 70 мг% благодаря чему ягоды голубики являются эффектным противоцинговым средством. В голубике обнаружены почти все витамины группы В (0,6-0,7 мг%), а также витамины А, К, Р, РР (0,25 мг/%) . Пищевая ценность ягод определяется и содержанием аминокислот, таких как лизин и гистидион -2,0; цистин и цистен - 3,3; аргенин - 9,3; серии - 7,5; глицин - 1,3; аланин - 2,2 мг% на 100 г сырой массы /8/. Фенольные соединения растений обладают высокой биологической активностью, проявляя эффективное мембраностабилизирующее, отивоатеросклеротическое действие, регулирующее работу желез внутренней секреции. Среди полифенолов в ягодах голубики преобладают катехины (79-271) и антоцианы (808-1431 мг на 100 г), что свидетельствует о высокой биологической ценности сырья.
Голубика топяная - источник многих макро- и микроэлементов, обеспечивающий энергетический баланс организма, способствующий синтезу белка и кроветворению, регулирующий обменные процессы. Накопление этих веществ варьирует в различных почвенно-климатических зонах, среднее содержание составляет: Р - 33,5; Mg - 7,6; K - 43,5; Na - 33,8; Ca - 21,7; Fe -1,1; Mn - 2,76; Cu - 0,12 мг% на 100 г сырого веса. Железо ягод усваивается гораздо лучше, чем в специальных препаратах.
Побеги голубики содержат дубильные вещества, листья - арбутин, флавоноиды, тритерпеноиды, стероиды, дубильные вещества.
Издавна считалось, что голубика обладает общеукрепляющим действием, стимулирующим жизнедеятельность организма, продлевает жизнь.
Листья голубики благодаря высокому содержанию биологически активных веществ, обладают лечебными свойствами. Отмечается повышенное содержание полифенолов (таннидов) в листьях растений с грушевидной формой плодов 12-17,5%. Наличие фенольных соединений с Р-витаминной активностью позволяет отнести голубику к разряду истинно капилляроукрепляющих средств с противосклеротическим эффектом.
В народной медицине отвар листьев и побегов голубики используют как гипотензивное и кардиотоническое средство, настой - при анемии, для улучшения обмена веществ. Плоды рекомендуют как жаропонижающее при лихорадочных состояниях, общеукрепляющее и витаминное средство, а также применяют при колитах, гастрите, цистите, пиелите.
Благодаря высокому содержанию дубильных веществ листья и плоды голубики могут быть использованы для дубления и окраски кож. Ее ягоды являются прекрасным сырьем для пищевой промышленности. Они используются для приготовления джемов, мармеладов, сиропов, соков, напитков.
Голубика - лучший из лесных ягодных растений медонос, на каждый ее цветок приходится свыше 1,7 мг нектара (у черники - 0,7, брусники - 1,0 мг).
Основная задача, которая решается при плантационном выращивании ягодных культур - это создание оптимальных условий произрастания с целью увеличения и стабилизации урожайности. Чтобы разработать эффективные мероприятия по оптимизации ягодной продуктивности, необходимо иметь четкие представления о характере динамики влияния экологических факторов на формирование урожая.
Целью данной работы является изучение особенностей динамики проективного покрытия голубики топяной под влиянием осушения болотных экосистем.
Исходя из цели, были поставлены следующие задачи:
Определить проективное покрытие голубики на объекте осушения.
Определить сомкнутость древесного полога на исследуемом объекте.
Рассчитать динамику происходящих процессов и определить их корреляцию.
Методы, приемы и краткое описание объекта исследования:
Зона исследований относится к центральному району южной тайги европейской территории России. Исследования выполнены в Кадыйском лесхозе, Октябрьского лесничества, квартале 80, выделе 4., Костромского агентства, на верховом болоте Котловское с мощностью торфяной залежи от 3 до 4 метров (Приложение 1).
В 1972 году часть болота была интенсивно осушена с целью подготовки объекта к добыче торфа, но из-за высокой пнистости добыча не велась. Мелиоративная система представляет собой сеть магистральных каналов глубиной 1.2-2.0 м., связанными более мелкими осушителями, нарезанными через 24 м. Весь осушенный массив обработан тяжелой фрезой МПГ-1 с помощью которой был уничтожен весь травяно-кустарничковый ярус и древесная растительность.
В 1987 году сотрудниками Костромской лесной опытной станции ВНИИЛМ было проведено углубленное обследование зарослей голубики путем закладки экологических профилей. При этом сотрудники руководствовались методическими рекомендациями А.А. Юннатова, что давало возможность длительного наблюдения за объектом /4/.
Линия профиля располагалась перпендикулярно осушительному каналу (Приложение 2), в сторону лишенную осушительных канав. На линии профиля, при помощи разметочных вешек, устанавливалось удаление от осушительного канала с шагом 10 м. (10 пунктов наблюдения через 10 метров). На каждом пункте, перпендикулярно линии профиля (параллельно осушительному каналу), при помощи мерной ленты, с равными интервалами (2м) закладывались учетные площадки. На учетных площадках 0,25 м2, точечным методом Брауна /5/. производился учет проективного покрытия голубики. Исходная точка (пункт №1) жестко, путем забивки маркерного кола, привязывалась к месту осушительного канала. Жесткая привязка к местности позволила нам в дальнейшем использовать данные полученные Костромской ЛОС, для наших исследований.
С целью детального изучения динамики пространственного распределения голубики после осушения в 2009 году нами была проведена повторная закладка экологического профиля по методике А.А. Юннатова, что позволило провести сравнение с данными полученными сотрудниками Костромской ЛОС в 1987 году.
Дополнительно, в каждом пункте, была определена сомкнутость древесного полога. Определение проводилось крономером Белова.
Математическая обработка эмпирических данных осуществлялась на персональном компьютере в среде математических таблиц EXEL.
Результаты исследования и их обсуждение.
Голубика в 1987 году имела максимальное проективное покрытие в непосредственной близости от осушительного канала (5-10 м) и составляло 45-50 %. С удалением от осушительного канала оно уменьшается. На расстоянии 90-100 м от осушителя заросли голубики переходили в отдельные куртины по наиболее высоким элементам микрорельефа и проективное покрытие падало до 1-2 %, достигая характеристик неосушенного болота (Приложение №11). Сомкнутость древесного полога не превышала 15-20 % и ее влиянием на процесс формирования экосистемы, можно было пренебречь.
Как показали наши исследования (Приложение №10), за 22 последующих года деятельности осушительного канала (1987 – 2009 год), пространственное распределение голубики претерпело значительное изменение. Максимальное значение проективного покрытия нами наблюдалось в 30 метрах от осушительного канала и составляло 39 %. В непосредственной близости от осушительного канала проективное покрытие снизилось до 20-27 % , а дальше 80 метров голубичник, практически исчез даже по высоким частям микрорельефа (Приложение №12). Такое поведение экологически – подвижного вида, к группе которых и относится голубика, вполне объяснимы. На данном этапе развития экосистемы мы наблюдаем четкое формирование четырех зон пространственного распределения голубичника по осушенной территории.
Первая зона – непосредственно примыкает к осушителю и удалена от него на расстояние до 25 м. Условно ее можно назвать зоной депрессии по сомкнутости древесного полога (Приложение №3, Приложение №8). За 22 года вблизи осушителя сформировался сосновый древостой с достаточно высокими показателями сомкнутости древесного полога (Приложение №13). Так в непосредственной близости от осушителя сомкнутость составляла 60-70 %, в точке с удаленностью – 30 м – 23 % и полностью древостой исчезал дальше 70 м в глубь неосушенного болотного массива. Высокая сомкнутость древесного полога и интенсивное осушение привело к снижению проективного покрытия голубики с 45% в 1987 году, до 22% в 2009 году.
Вторая зона – зона экологического оптимума голубики на этом объекте (Приложение № 4, Приложение №9). Удалена от осушительного канала на 25 – 50 м. Проективное покрытие составляет 27-39-20% соответственно. Благодаря низкой сомкнутости древесного полога, не превышающего 25 % и умеренного осушения, голубичник имеет достаточно хорошие показатели положительного роста вегетативной массы. В 1987 году проективное покрытие не превышало 22 %, а к настоящему времени – увеличилось до 31 % в среднем, а максимум, как отмечалось выше, составлял 39%.
Третья зона – зона депрессии по высокому уровню грунтовых вод (Приложение №5). Удалена от осушителя на 50 – 80 м. Основная особенность зоны – почти полное отсутствие древостоя сосны. Хотя единичные деревья болотной сосны встречаются. Проективное покрытие голубики снижается до 1-2 %. Хотя голубика и относится к болотным видам, все же не переносит достаточно длительного затопления корневой системы.
Четвертая зона – зона открытого верхового болота. В этой зоне влияние осушителя отсутствует полностью. Экосистема приобретает все характерные признаки ненарушенной болотной экосистемы (Приложение №7).
Как показали исследования (Приложение №10) за 35 лет деятельности осушительной сети она оставалась основным действующим фактором, о чем свидетельствует достаточно высокий коэффициент корреляции между расстоянием до осушителя и проективным покрытием, в 1987 году он составлял (R=-0.97), в 2009
– (R=-0,66). Велико влияние удаленности от осушителя на сомкнутость древесного полога (R=-0,96), с удаленностью от осушителя влияние его на исследуемые объекты ослабевает.
Нами рассмотрен вопрос о влиянии на проективное покрытие голубики сомкнутости древесного полога. За 35 лет деятельности осушительной сети это влияние возросло с полного отсутствия до значимых (R= 0,57). Положительное значение коэффициента корреляции указывает на возрастающее влияние сомкнутости древесного полога на проективное покрытие голубики.
По данным обследования были определены аппроксимирующие функции которые показывают наглядно динамику происходящих в экосистеме процессов (Приложение №11, №12, №13).
Выводы
Изучена динамика и состояние зарослей голубики топяной на осушенном в 1972 году олиготрофном болоте. Выявлена четкая закономерность в пространственном распределении голубичника на объекте, обусловленная различиями в интенсивности осушения разных участков, сомкнутостью древесного полога и временным фактором.
Максимальные значения проективного покрытия голубики за 20 лет снизились с 45% в 1987 году, до 35% в 2007 году.
Максимальное значение проективное покрытие в 1987 году отмечено в 20 метровой зоне непосредственно примыкающей к осушителю (45 %). Через 20 лет оптимум проективного покрытия переместился в зону с удаленностью от осушителя на 20 – 50 м и составил 30 – 35 – 25 %, соответственно.
На объекте осушения 35 летней давности сформировалось четыре зоны:
Зона депрессии по сомкнутости древесного полога. Зона непосредственно примыкает к осушительному каналу и отлежащая от него на 25 метров.
Зона экологического оптимума вегетативного роста (20 – 50 м от осушительного канала, соответственно).
Зона депрессии по уровню грунтовых вод, лежащая в пределах 50 – 80 метров от осушителя.
Зона открытого верхового болота. Дальше 80 метров влияние осушителя отсутствует.
На осушенном верховом болоте основными факторами, предопределяющими пространственную структуру голубичников, исключая метеорологические условия сезона вегетации, являются сомкнутость древесного полога и уровень грунтовых вод, зависящий от интенсивности осушения. Коэффициент корреляции составлял в 1987 году (R=-0.95), в 2009 – (R=-0.66).
Список используемой литературы.
Волчков В.Е. Евтухова Л.А. Выращивание голубики в Белорусской ССР. - Лесное хозяйство, 1988, №12, -с.47-49.
Баранова И.И. К состоянию изученности пищевой и лекарственной ценности некоторых дикорастущих ягод Карелии//Комплексные исследования растительности болот Карелии. - Петрозаводск, 1982.-е. 156-166.
Юннатов А.А. Выбор пробных площадей и заложение экологических профилей. – В кн.: Полевая геоботаника. Т.3, М.-Л.: Наука, 1964, с.9-36.
Браун Д. Методика исследований и учета растительности. М., ИЛ, 1957, 316 с.