Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние изученности лесов Крайнего Geвepo-Востока CССР и их продуктивности 8
1.1. История изучения лесной растительности Магаданской области 8
1.2. Изученность первичной биологической продуктивности северотаежных лесов СССР 13
2. Природные условия 26
2.1. Геоморфология и гидрография 26
2.2. Климат 27
2.3. Почвы 32
2.4. Растительность 33
3. Методика исследований 42
4. Морфоструктура и астительная масса основных типов леса юга Магаданской области 50
4.1. Чозенник с тополем разнотравно-хвощовый 50
4.2. Лиственничник разнотравно-хвощовый. 74
4.3. Лиственничник зеленомошно-брусничный с подлеском из кедрового стланика 99
4.4. Лиственничник бруснично-лишайниковый с подлеском из кедрового стланика 120
4.5. Лиственничник осоково-сфагновый 141
5. Вертикально-фракционная структура надземной растительной массы 169
6. Сравнительный анашз первичной продуктивности исследованных типов леса 182
6.1. Структура растительной массы древостоев 186
6.2. Структура растительной массы нижних ярусов 193
7. Практические рекомендации 207
Заключение 214
Литература
- История изучения лесной растительности Магаданской области
- Геоморфология и гидрография
- Методика исследований
- Чозенник с тополем разнотравно-хвощовый
- Вертикально-фракционная структура надземной растительной массы
Введение к работе
Крайний Северо-Восток СССР, несмотря на удаленность от основных транспортно-;промышленных комплексов и коммуникаций, является важным экономическим районом страны, так как обладает большими запасами полезных ископаемых и гидроэнергетических ресурсов. В ближайшей перспективе предусматривается дальнейшая интенсификация освоения этого региона, что возможно лишь при обеспечении быстрых темпов развития обслуживающих отраслей производства (топливно-энергетической, строительной, сельскохозяйственной, швцевой) и требует еще большего вовлечения в эксплуатацию разнообразных воспроизводимых природных ресурсов, как наземных, так и водных. Но в очень суровых климатических условиях Северо-Востока бсє биогеоценозы без исключения характеризуются пониженной репродуктивной способностью и слабой биологической устойчивостью в целом; легко разрушаясь, они восстанавливаются очень медленно или вовсе не восстанавливаются.В связи с этим в района>; Севера, по сравнению с более южными,резко повышается экологическое значение одного из важнейших биологических ресурсов - леса, выполняющего важные климатозащитные и различные природоохранные функции: водорегулирующие, водоохранные, берегоукреплящие, почвообразующие и др.
Отсутствие достаточных знаний о природе и низкая точность лесоустройства в первые десятилетия бурного освоения Крайнего Северо-Востока породили иллюзию о лесоизбыточности региона (Розенберг, 1965, 1971), что привело к неумеренной эксплуатации и стало причиной резкого истощения лесных ресурсов. Всего за 7 лет - с 1966 по 1973 гг., в самом облесенном районе Магаданской области - Северном Охотоморье, - лесопокрытая площадь уменьшилась на ^, общий запас насаждений снизился на 23$, лесистость сократилась с 28,4 до 26,ШКотляров, 1975).Тенденция к снижению перечисленных показателей имеет место и в настоящее время. При существующих объемах и способах лесозаготовок современные промышленные запасы спелой и перестойной древесины будут вырублены в ближайшие 10 лет, а с учетом освоения новых территорий - в 15-20 лет (Котляров, 1975). В то же время уровень утилизации лесораетительного сырья остается очень низким-перерабатывается только деловая древесина стволов в объеме не более 30fo запасов растительной массы древостоев Шоскалюк, Раевских, 1980). Проблема рационального использования всего растительного сырья, получаемого в процессе лесозаготовок, в районах Крайнего Севера является особенно актуальной и вполне разрешимой. При настощем уровне производства возможна переработка всех отходов годичной лесосеки на продукты, в которых остро нуждается народное хозяйство: витаминную муку и различные лекарственные препараты, получаемые из древесной зелени, органические удобрения из коры и опилок, древесно-стружечные и дре-весно-волокнистые шиты из скелетных ветвей и др.
В связи с изложенным выше основным направлением ведения лесного хозяйства п области должно быть полное и комплексное использование лесных ресурсов при обязательном условии сохранения ими высоких природоохранных функций. Это возможно только на основе всестороннего изучения продукционных процессов, пространственного строения, закономерностей развития и функционирования лесных биоценозов, достоверной оценки имеющихся запасов лесораетительного сырья и совпадает с потребностью естественных наук в достоверной и более полной информации о чрезвычайно своеобразной природе Магаданской области. Поэтому в 1974-1979 гг. нами начато изучение морфоструктуры, запасов и фракционного состава растительной массы, в том числе распределения по высоте надземной массы, в наиболее репрезентативных типах леса юга Магаданской области.
Выбор района исследований обусловлен, во-первых, лучшей изу ченностью его лесов - только здесь к настоящему времени выделены и описаны основные группы типов леса, составлена типологическая схема лиственничников, что позволило перейти к следующему этапу ботанических исследований, в частности, к изучению биологи ческой продуктивности: насаждений. Во-вторых, оценка запасов и фракционной структуры: растительной массы различных типов леса име ет прямое отношение к решению проблемы рациональной эксплуатации лесных ресурсов, которая для Северного Охотоморья особенно акту альна, поскольку этот самый облесенный и освоенный район Магадан ской области в большей степени подвергается антропогенному прес су. Ключевой участок подобран в средней части бассейна р. Яны (охотской) (рис. I). Рельеф, климат, почвенно-растительный покров и другие аспекты биогеоценозов участка типичны для района иссле- дований. Немаловажную роль при его выборе сыграло разнообразие типологического состава лесов - в радиусе двух километров удалось подобрать пять фитоценозов - объектов исследований,в том числе четыре лиственничника, представляющих основные типологические группы: травяную, зеленомошную и брусничную, лишайниковую, сфагновую, и одіш лиственный - чозенник с тополем. Кроме того здесь отсутствуют следы антропогенного воздействия - три из пяти фитоценозов входят в водоохранную лесную полосу и не подлежат эксплуатации, а удаленность ключевого участка от населенных пунктов делает их недоступными для сельскохозяйственного освоения и широкого посещения населением.
В выборе района и объектов исследований большую помощь оказал д.с.-х.н. Й.И.Котляров. Почвенные исследования проведены д.г.н. И.В.Игнатецко, При подготовке настоящей работы учтены советы и консультации д.б.н.А.П.Хохрякова, к.б.н.Д.И. Бермана и
I
Рис. I. Географическое положение ключевого участка (I) и размещение пробных площадей (2). к с « —X . н. В.М.Раевских. В сборе и обработке полевого материала принимали участие сотрудники Магаданской лесной опытной станции ДальНЙЙЛХа: СВ. Наушина, Т.М. Данченко, С.С. Яковлев. Общее руководство работой осуществлял зав. лабораторией географии и генезиса почв Института биологических проблем Севера ДБНЦ АН СССР, доктор географических наук И.В.Йгнатенко. Всем названным товарищам автор выраяает искреннюю благодарность.
История изучения лесной растительности Магаданской области
Лесная растительность Магаданской области наименее изучена по сравнению с другими районами Дальнего Востока. Первые, весьма примитивные сведения о лесах появились в середине Ш1 века в связи с началом географических исследований и освоением Крайнего Северо-Востока Азии.Ог первопроходцев - сибирских казаков - стало известно, что преобладающая часть Чукотки занята тундрой, а леса приурочены к долинам рек. Достоверность фактов подтвердили изыскания двух Великих Сибирских экспедиций, снаряженных по Указу Петра I в 1724 и 1732 годах. Участниками этих и последовавших за ними экспедиций схематично описана растительность ряда бассейнов северных рек: Анадыря, Колымы, Большого и Малого Ангая, Алдомы и др. О широком распространении лиственничных, тополево-чозениевых лесов и ивовых зарослей по долинам Колымы, Омолона, Большого и Малого Анюя в России впервые узнали из материалов географической экспедиции 1820-1824 годов, возглавляемой Ф.П.Врангелем. Им впервые указана граница Крайнего северного распространения лиственничных лесов - 68 с.ш. Первое описание растительности Охотского побережья сделано в 1856 году И. Булычовым4 Он отметил, что на большей части Охотского округа растет лиственница и лишь вокруг Ямс ка - ель. Особо интерзсной из ранних работ является "Скопись
(цит. по Старикову. 1958) жителя села Марково на р. Анадырь " Г.Дьячкова (1ШЗТ7 где помимо
описания местных растений приведены результаты фенологических наблюдений за некоторыми кустарниками и травами, выявлены особо лекарственные виды. Но, полученные в дореволюционный период сведения дают лишь отрывочное представление о растительности Магаданской области.Биологические исследования, заключавшиеся, как правило, в бессистемном описании и сборе растений, выполнялись отдельными энтузиастами. В целом к началу XX века были выявлены и описаны растения, наиболее распространенные на Чукотке и Охотском побережье.
С установлением Советской власти на Крайнем Севере сюда были направлены различные экспедиции, в задачу которых входило всестороннее изучение природных богатств. Первым советским геоботаником, исследовавшим бассейн реки Анадырь и его притока реки Белой, был Сочава В.Б., опубликовавший в 1929 г. работу "О пределе лесов на Крайнем Северо-Востоке Азии". Большой вклад в начальный период изучения лесов Магаданской области внес геоботаник В.И.Васильев (1936, 1939а,б; и др.). Он первым охарактеризовал флору Тауйского и Ольского районов, описал природные условия и растительность Анадырского края с уточнением северных и северо-восточных границ распространения главных лесных пород.
Геоморфология и гидрография
Большая часть территории Северного Охотоморья представлена низкогорьями (600-1200 м н.у.м.), входящими в состав 0хотско-Чу-котского вулканогенного пояса (Шило, 1970). В северной части район ограничивают среднегорья с максимальными абсолютными высотами 1700-1900 м. Они включают Хасынскую, Билибинскую и Арманскую гряда, а также отдельные безымянные горы. Горы образованы преимущественно мезозойскими и третичными вулканогенными образованиями, кислого, среднего, реке основного состава (граниты, гранодиериты, андезиты и др.), а в северной части района - глинистыми сланцами. Продукты выветривания горных пород формируют почвообразующие отложения.
Вдоль побережья протянулась цепь межгорных впадин, из которых наиболее крупные - Ямско-Тауйекая и Гижигинская. Днища впадин выполнены четвертичными озерно-аллювиальными и частично ледниковыми отложениями. Поверхность впадин характеризуется холмисто-равнинным рельефом. Выположенные участки равнин и депрессии обычно заболочены и заозереш.
Главные реки Охотского побережья (Тауй, Яна, Армань,0ла,Яма и Гижига) впадают в Тауйскую и Ямскую"губы и имеют небольшую протяженность (от 160 до 380 км). По гидрологическому районированию они относятся к рекам горнотундровой зоны холодного климата, по водному режиму - к рекам с весенне-летними и летними паводками
(Кузин, I960). Реки оказывают большое отепляющее и дренирующее действие на пойменные почвы. Формирующиеся в этих условиях фито-ценозы характеризуются высокой производительностью, разнообразным видовым составом растений и сложной морфоструктурой.Высокая степень меандрирования и частые паводки, вызывающие разрушение берегов и переотложения твердых наносов, обусловливают частую смену типов прирусловых фитоценозов, направленность формирования растительности на галечникових отложениях.
Методика исследований
Полевые сборы и камеральная обработка экспериментального материала выполнялась по методикам изучения типов леса (Сукачев,Зонн, 1961; Сукачев,1972), динамики и биологического круговорота в фитоценоза (Родин и др.,1968; Смирнов,1971; Методы...,1978), прироста древесных растений (Молчанов, Смирнов, 1967).
В кавдом исследуемом насаждении закладывались пробные площади размером 0,42-0,50 га, на которых число деревьев варьировало от 200 до 430 шт. На всех пробных площадях выполнено картирование древостоя, подроста, подлеска и напочвенного покрова.
Учеты алтительной массы д евостоев. На пробных площадях был произведен сплошной перечет деревьев с замером диаметра ствола в двух направлениях с точностью до 0,1 см, высот с точностью 0,2м, а также протяженности и размеров крон. Каждому дереву дана подробная лесоводственная характеристика.
Растительную массу древостоев определяли методом модельных деревьев по классам, объединяющим две-три 4-сантиметровые ступени толщины (Молчанов, Смирнов, 1967; Родин и др., 1968). При использовании этого метода - менее трудоемкого по сравнению с методом ступенчатого представительства - относительная ошибка не превышает +10$ (Аткин, 1974) ,что считается вполне удовлетворительным при определении биологической продукции (Методы...,1978).По данным Ы.Г.Семечкиной (1974,1978),рубкой пяти модельных деревьев по классам ступеней толщины точность определения массы стволов составляет 3,5-4,055, ветвей - 8-9, хвои - 7-8, общей н&емной массы - 4$. В исследованных фитоценозах было свалено шесть-семь деревьев.При подборе модели, наряде с диаметром, высотой и протяженностью последней. х Пробные площади закладывались в соответствии с требованиями действующего ГОСТа. 16128-70 (1970).
Масса стволов (отдельно древесина и кора) определялась для деревьев: толще 12 см - через объем и плотность, тоньше 12 см -непосредственным взвешиванием. Во втором случае соотношение коры и древесины находили по кружкам, выпиленным из ствола через каждые 1-2 м.
Кроновую массу учитывали по средним модельным ветвям: по три-пять ветвей в нижней,,средней и верхней частях кроны.Для определения массы подземных органов у всех модельных деревьев раскапывали корневые системы на глубину корнеобитаемого слоя.Скелетные и проводящие корни выбирали вручную,сосущие - частично вручную и методом промывки через сито с размером ячей 0,25 мм.Следует отметить, что сосущие корни лиственницы отличаются от корней других растений фитоценоза более крупными размерами - диаметр их окончаний 0,5-0,7 мм, очень темным (до черного) цветом, высокой концентрацией в небольшом объеме почвы - отходят не далее 5-7 см от проводящих корней; в связи с чем они легко выбираются вручную из почв легкого механического состава.
Чозенник с тополем разнотравно-хвощовый
Тополево-чозениевые леса занимают немногим более 1% лесопо-крытой площади Магаданской области и встречаются только в поймах рек, где размещение изс носит ленточно-островной характер. Несмотря на малочисленность, эч?и леса имеют чрезвычайно высокое природоохранное значение: ограничивают активность размыва берегов, защищают поймы рек от водной и ветровой эрозии, способствуют снегонакоплению, сохранению и улучшению гидрологического режима рек. Они отличаются высокой производительностью, так как формируются в наиболее благоприятных лесорастительных условиях - на хорошо дренированных почвах с регулярным поступлением наилков в паводковые периоды и, что особенно важно для районов Крайнего Севера, отепляемых подрусловыми потоками.
Описываемый фитоценоз занимает узкую полосу - не шире 150 м, вдоль левого берега реки. Высота от меженного уровня воды в реке до кромки берега составляет около 1,5 м. Поверхность участка ровная. Микрорельеф не выражен. Элементы нанорельефа представлены продолговатыми слабо врезанными понижениями и приствольными повышениями, образованными минеральными взвесями во время высоких паводков. Почвы аллювиельнне слабодифференцированные легкого механического состава на песчано-галечниковом отложении.
Вертикально-фракционная структура надземной растительной массы
Получение точных характеристик отдельных обменных процессов невозможно без познания стратификационной структура биогеоценоза, поскольку не только разные виды растений в силу различия жизненных форм, биологии и экологии, но и отдельные их части и органы неодинаковы по своим физиологическим функциям и составу, по значению в жизнедеятельности ценоза.
В лесных фитоценозах наиболее четко проявляется вертикальная дифференциация полога на слои или горизонты, применительно к которым и следует изучать те или иные показатели продукционных процессов. При этом необходимо учитывать, что основанием для их вычленения служат не чисто внешние, легко заметные и определяемые характеристики, а функциональная роль, выполняемая этими горизонтами (Бяллович, I960; Уткин и др., 1969; Дылис, 1969, 1974;и др.). Фактическими данными функционального характера, достаточными для выявления границ тех или иных горизонтов, в зависимости от конкретных задач, являются вертикально-фракционная структура биомассы. Например, исследования В.А.Алексеева (1975) показали, что для изучения фотосинтеза по вертикали кронового полога древостоя достаточно одного лишь распределения массы хвои или листьев. Кроме выявления высотных уровней для изучения различных обменных процессов, анализ вертикально-фракционного расчленения растительной массы позволяет получить более полную информацию о взаимоотношениях растений и их группировок в сообществе, провести сравнение морфоструктуры различных фитоценозов, эффективность использования всем сообществом и его отдельными структурными элементами занимаемого пространства.
Следует отметить, что характер распределения по высоте стволовой массы не дает объективного представления о вертикальной неоднородности фитоценоза, поскольку масса стволов закономерно увеличивается от верхней границы ценоза к поверхности почвы, независимо от местоположения и продуктивности насаждения. Поэтому в настоящей главе по древостою приводятся данные только вертикального профиля массы крон и органов фотосинтеза.
В исследованных фитоценозах по вертикали выделено от трех до пяти фитогоризонтов (табл. 44). Наиболее сложным строением отличаются разнотравно-хвощовые типы леса, развивающиеся в самых благоприятных лесорастительных условиях. В кроновом пологе древосто-ев этих насаждений, а в чоэеннике с тополем и в подлеске, выделено по два фитогоризонта.
