Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Объект, объем и методика работ 11
Глава 2. Лесоводственно-экологическая характеристика района исследований 16
2.1. Физико-географические условия формирования лесов 16
2.2. Общая характеристика лесного покрова 30
2.3. Лесорастительное районирование 60
2.4. Особенности биологии и экологии лиственниц 68
2.5. Фитоценотическая характеристика лиственничных лесов 73
Глава 3. Экзогенные факторы, вызывающие деградацию лесных экосистем 79
3.1. Лесные пожары 81
3.2. Лесозаготовки 86
3.3. Инвазии энтомовредителей 92
Глава 4. Оценка изменения лесорастительных условий под воздействием экзогенных факторов 114
4.1. Влияние лесной растительности на состояние мерзлоты 114
4.2. Изменения микроклиматических условий на гарях 120
4.3. Изменение лесорастительных условий на вырубках 129
4.4. Изменение лесорастительных условий в шелкопрядниках 136
Глава 5. Динамика лесных экосистем 142
5.1. Основные особенности восстановления лиственничных лесов после воздействия экзогенных факторов 142
5.1.1. Некоторые особенности семеношения лиственницы в Якутии 142
5.1.2. Особенности возобновления лиственницы под пологом леса 148
5.1.3. Особенности возобновления лиственницы и динамика растительности на гарях 156
5.1.4. Особенности возобновления лиственницы и динамика растительности на вырубках 177
5.1.5. Динамика растительности в шелкопрядниках 227
5.1.6. Общая схема экзогенных сукцессии лиственничных лесов и закономерности формирования климаксовых сообществ 233
5.2. Функциональные закономерности формирования лиственничных лесов криолитозоны 246
5.2.1. Рост, развитие и фитомасса лиственничных лесов редколесий у северной границы леса 246
5.2.2. Рост, развитие и фитомасса лиственничных редколесий у высотной границы леса в горах 256
5.2.3. Рост, развитие и динамика фитомассы среднетаежных лиственничных лесов 259
5.2.4. Общая фитомасса лесов Якутии 273
5.2.5. Динамика состава и структуры лиственничных древостоев и их криоиндикационное значение 277
5.3. О пирофитности лиственницы и пирофильности лиственничных лесов280
5.4. Динамика лесов в связи с изменением климата 288
5.4.1. Лесные пожары как индикатор изменения климата 288
5.4.2. Прогноз возможных изменений лесной растительности при изменении климата 297
Глава 6. Принципы оптимизации лесообразовательного процесса в лиственничниках криолитозоны 308
6.1. Экологическая сущность мер содействия естественному возобновлению лиственницы 308
6.2. Опыт проведения лесокультурных работ 335
6.3. Проблемы охраны лесов криолитозоны 344
6.4. Перспективы развития мерзлотного лесоведения 350
Выводы 354
Список использованной литературы 360
Приложения 406
- Физико-географические условия формирования лесов
- Изменения микроклиматических условий на гарях
- Общая схема экзогенных сукцессии лиственничных лесов и закономерности формирования климаксовых сообществ
- Проблемы охраны лесов криолитозоны
Введение к работе
Якутия богата различными видами природных ресурсов, среди которых особое место занимают леса. Согласно данным учета лесного фонда общая площадь лесных земель на территории Республики Саха (Якутия) на 01.01.2008 г. составляет 256,1 млн. га или 82,5% её площади. Покрытые лесной растительностью земли занимают 158,0 млн. га, что составляет 61,7% площади лесных земель. Лесистость Республики Саха (Якутия) (отношение покрытых лесной растительностью земель к общей площади региона) составляет 51,3%. Общий запас древесины в лесах республики 9,2 млрд. м3, в том числе на долю хвойных пород приходится 95,6% общего запаса. Основной лесообразующей породой выступает лиственница – Larix cajanderi, L. gmelinii, L. sibirica, L. czekanowskii (L. sibirica x L. gmelinii), на долю которой приходится 122,6 млн.га или 77,5% покрытой лесом площади.
Леса мерзлотного региона являются основой устойчивого развития территории, сохранения биоразнообразия и в то же время представляют собой весьма ранимую природную систему, так как развиваются в чрезвычайно экстремальных условиях. Природные катастрофические факторы и современная хозяйственная деятельность вносят определенные изменения в процессы, происходящие в естественных экосистемах, вызывают тем самым нарушение равновесия между отдельными ее элементами, нередко приводят к деградации лесных экосистем.
Важнейшими факторами, определяющими состав, структуру и динамику лиственничных лесов криолитозоны являются засушливость климата, наличие многолетней мерзлоты, периодически воздействующие на леса пожары (Аболин, 1929; Чугунов, 1961; Поздняков, 1963, 1975, 1986; Уткин, 1965, 1976; Гаврилова, 1973; Щербаков, 1975; Саввинов, 1976; Щербаков и др., 1977, 1979; Тимофеев, 1980, 2003; Леса…, 1994; Лес и вечная мерзлота, 2000 и др.; Isaev and et, 2010; Abaimov, 2010 и др.).
Пространственная изменчивость природных условий обширной территории Якутии обуславливает качественное разнообразие растительных сообществ, географические особенности естественного возобновления и необходимость неоднозначного подхода к проблеме восстановления нарушенных человеком или стихийными природными явлениями экосистем. Выявление участков, требующих восстановления, должно основываться на знании сукцессионных процессов в конкретном географическом районе, объективной всесторонней оценке хода естественного возобновления сообществ на обследованных территориях, экономической оправданности, а также социальной и экологической значимости проведения таких работ.
В связи с этим основной целью наших исследований явилось изучение особенностей структурной организации и динамики лиственничных лесов мерзлотной зоны под воздействием экзогенных и эндогенных факторов (на примере Якутии).
Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:
-
Изучить основные характеристики лиственничных лесов Якутии, особенности их географического распространения;
-
Оценить характер и интенсивность экзогенных факторов, воздействующих на лесные экосистемы криолитозоны, основные условия, определяющие возможность и направление лесообразовательного процесса на нарушенных территориях;
-
Изучить особенности роста и развития подроста и самосева основных древесных пород, направление и особенности формирования лиственничного сообщества в разных лесорастительных условиях на нарушенных территориях;
-
Оценить ход эндогенных сукцессий лиственничных лесов и роль лиственничных лесов криолитозоны в сохранении природного баланса на локальном, региональном и глобальном уровнях;
-
Предложить меры по рациональному ведению лесохозяйственных мероприятий на нарушенных землях в условиях криолитозоны.
Научная новизна. На основе анализа современного состояния изученности лесов предложено детально разработанное лесорастительное районирование Якутии. Выявлены основные черты лесовосстановительного процесса на лиственничных гарях, вырубках и шелкопрядниках. Проанализированы адаптационные характеристики лиственничных лесов к засушливому климату и периодическому воздействию огневого фактора, в связи с чем сформулировано положение о своеобразной «пирофитности» лиственницы Каяндера и «пирофильности» образуемых ее лесов. Учитывая стабилизирующую роль леса, произрастающего на ледовом комплексе, широкое распространение вызванных дестабилизацией лесных ландшафтов криогенных процессов, обоснована особая мерзлотозащитная функция лесного покрова криолитозоны. Дана лесоводственная оценка основных технологических схем лесозаготовок в лиственничниках Якутии. Изучены основные направления сукцессионных процессов в наиболее распространённых типах леса, дана периодизация процесса лесообразования. С лесоводственной точки зрения оценены различные способы содействия лесовозобновлению и предпосевной подготовки почвы, создания лесных культур лиственницы в Якутии.
Практическая значимость. Выявленные закономерности лесовозобновительного процесса являются научной основой для разработки практических рекомендаций по лесовосстановлению на нарушенных территориях Якутии и составления местных лесохозяйственных нормативов и правил. В практике лесного хозяйства и лесопользования в республике могут получить применение положение о мерзлотозащитной роли лесов криолитозоны, данные оценки успешности лесовозобновления на вырубках, гарях и шелкопрядниках, предложенные меры содействия лесовозобновлению и предпосевной подготовки почвы.
Защищаемые положения.
-
Региональной особенностью лиственничных лесов является их адаптация к засушливому климату и периодическому воздействию огневого фактора, в связи с чем можно говорить о своеобразной пирофитности лиственницы Каяндера и пирофильности образуемых ею лесов.
-
Одним из основных факторов, влияющих на формирование лиственничных лесов региона, является мерзлотный режим почвогрунтов, в частности глубина сезонного протаивания почвы. Учитывая широкое распространение криогенных процессов, вызванных дестабилизацией лесных ландшафтов, обоснована особая мерзлотозащитная функция лесного покрова.
-
Характер и интенсивность экзогенных факторов (пожар, рубка леса) в условиях некатастрофического развития криогенных процессов влияют на ход развития постантропогенной растительности главным образом на начальных этапах сукцессионного процесса. В последующем ход лесообразовательного процесса ведет к формированию климаксовых темнохвойных (Юго-Западная Якутия), а в условиях неоднократного прерывания лесными пожарами – квазиклимаксовых лиственничных лесов (на остальной территории Якутии).
-
Лиственничные биомы мерзлотной зоны являются одним из основных элементов сохранения природного баланса на локальном, региональном и глобальном уровнях, в связи с чем они нуждаются в принятии комплекса специальных мер охраны.
Апробация работы. Результаты исследований по теме диссертации доложены на конференциях, симпозиумах, рабочих совещаниях разного уровня. Международные: Международная научно-практическая конференция «Стратегия сохранения, восстановления и устойчивого использования бореальных лесов» (Якутск, 1996); The Sixth Symposium on the Joint Siberian Permafrost Studies between Japan and Russia in 1997 (Sapporo Japan, 1997); Seventh Symposium on the Joint Siberian Permafrost Studies between Japan and Russia in 1998 (Sapporo Japan, 1998); The 5th International Conference on Northeast Asian Natural Gas Pipeline (Yakutsk, 1999); Eighth Symposium on the Joint Siberian permafrost Studies between Japan and Russia in 1999 (Sapporo Japan, 1999); The International Conference «Protected Areas and Biodiversity Hotspots: Russian far East, Vladivostok, 1999); The Ninth Symposium of the Joint Siberian permafrost Studies between Japan and Russia in 2000 (Sapporo Japan, 2000); The International Conference «The Role of Permafrost ecosystems in Global Climate Change» (Yakutsk, 2001); The 10th Symposium on the Joint Siberian Permafrost Studies between Japan and Russia in 2001 (Sapporo Japan, 2001); Международная Саха-Финляндская конференция, посвященная 100-летию экспедиции А.К. Каяндера по р.Лене (Якутск, 2002). The 2th international conference “The role of permafrost ecosystems in global climate change” (Yakutsk, 2002); The 5th International Workshop on Global Change: Connection to the Arctic (GCCA5) (Tsukuba Japan, 2004); International conference “Symptom of Environmental Change in Siberian Permafrost Region” (Sapporo, Japan, 2006); The 3rd International WS “C/H2O/Energy balance and climate over boreal regions with special emphasis on eastern Eurasia” (Nagoya, Japan, 2007); International Semi-Open Workshop “C/H2О/Energy Balance and Climate over Boreal Regions With Special Emphasis on Eastern Eurasia” (Yakutsk, 2008); The International Symposium «Sentinel Earth, Detection of Environmental Change» (Sapporo, Japan, 2008); Proceedings of 4th International WS «C/H2O/Energy balance and climate over regions with special emphasis on Eastern Eurasia» (Yakutsk, 2009); Международная научно-практическая конференция «Культурное наследие и туризм Сибири» (Якутск, 2009); Международная научная конференция «Дельты Евразии: происхождение, эволюция, экология и хозяйственное освоение» (Улан-Удэ, 2010); IX международный симпозиум по развитию холодных регионов ISCORD (Якутск, 2010) и др. Всероссийские: ХI Всесоюзн. симп. «Биологические проблемы Севера» (Якутск, 1986); Всероссийская конференция «Проблемы лесовосстановления в таежной зоне СССР» (Красноярск, 1988); Всероссийская конференция «Теория лесообразовательного процесса» (Красноярск, 1991); Всероссийская конференция, посвященная 60-летию Института леса им. В.Н. Сукачева СО РАН и 70-летию образования Красноярского края (Красноярск, 2004); Всероссийская научно–практическая конференция «Геоботанические и ресурсоведческие исследования в Арктике», посвященная 100-летию со дня рождения проф. В.Н.Андреева (Якутск, 2007); Научно-практический семинар «Порядок и методики проведения экологических, археологических и землеустроительных работ при проектировании и строительстве гидротехнических сооружений» (Сочи, 2009) и др. Региональные: научно-практич. конф. «Экология растительного мира Якутии» (Якутск, 1991); конф. «Механизмы адаптации организмов Севера» (Якутск, 1994); конф. «Экологические и генетические исследования в Якутии» (Якутск, 1995); конф. «Теоретические и прикладные проблемы охраны генофонда и обогащения биоразнообразия» (Якутск, 1997); конф. «Проблемы изучения растительного покрова Якутии» (Якутск, 2003); научно-практич. конф. «Экологическая безопасность при разработке россыпных месторождений алмазов» (Якутск, 2004); научно-практическая конференция «Лесные исследования в Якутии: итоги, состояние и перспективы» (Якутск, 2006); научно-практическая конференция «Научное обеспечение реализации мегапроектов Республики Саха (Якутия)» (Якутск, 2008); научно-практическая конференция «Научное обеспечение решения ключевых проблем развития г. Якутска» (Якутск, 2009) и др.
Публикации. По теме диссертации опубликовано свыше 160 работ, в т.ч. 12 коллективных монографий, 13 статей в рецензируемых и рекомендованных ВАК изданиях, 12 статей в иностранных журналах, имеющих импакт-фактор, 5 картографических материалов.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, списка литературы и приложений. Работа изложена на 430 (вместе с таблицами, рисунками, приложениями) страницах, иллюстрирована 94 рисунками и 92 таблицами. В конце приводится 2 приложения. Список литературы состоит из 515 названий, в числе которых 40 – на иностранных языках.
Физико-географические условия формирования лесов
Республика Саха (Якутия) - один из крупнейших по размерам субъект Российской Федерации. Площадь ее - 3,103 млн. км2. Протяженность территории Якутии с севера на юг - 2000 км и с запада на восток - 2500 км. Свыше 40% территории республики расположено за Полярным кругом. С севера республика омывается морями Ледовитого океана: Лаптевых и Восточно-Сибирским - самыми холодными из всех морей северного полушария.
Территория республики размещена в пределах трех природных зон - зоны арктических пустынь и полупустынь, тундровой зоны с подзонами арктических и субарктических тундр и таежной зоны, занимающей 72% территории и представленной подзонами притундровых лесов, северной и средней тайги (рис. 2.1.1).
Геоморфология и рельеф. По геоморфологическим признакам территория Якутии подразделяется на две крупные области: платформенную, в которую входят западная и южная части, и складчатую, расположенную к северу и северо-востоку. Горы и плоскогорья занимают 2/3 территории и в основном сосредоточены на востоке и юго-востоке республики. Плоскогорья и плато расположены в западной части республики, а северная и центральные районы заняты обширными низменностями (Коржуев, 1965). На 40%) территории, занятой горными сооружениями, хорошо выражена высотная поясность. На западе простирается Среднесибирское плоскогорье, на юге - Приленское плато, Алданское нагорье и Становой хребет (максимальная отметка - 2412 м), на севере - кряж Чекановского, на востоке - Верхоянский хребет (наивысшая точка - 2389 м), хребет Черского (наивысшая точка на территории Якутии - пик Победы высотой 3147 м), Янское, Эльгинское, Юкагирское плоскогорья, Оймя-конское нагорье и др.
Крупнейшими равнинами Якутии являются Центрально-Якутская и Анабаро-Ленская, имеющие абсолютные высоты соответственно 60-200 и 50-100 м. По строению поверхности Центрально-Якутская низменность представ ляет собой колоссальную впадину, опоясанную почти со всех сторон системой горных хребтов и высоких плато. Она открыта с севера в направлении низовий р. Лены.
Гидрография. Якутия омывается морями Лаптевых и Восточно-Сибирским. Речная сеть довольно сложная и принадлежит к бассейнам выше названных морей. Самым большим является бассейн р. Лены (65 % территории республики) с ее главнейшими притоками Вилюем и Алданом. Кроме того, крупными реками являются Анабар, Оленек, Яна, впадающие в море Лаптевых, Индигирка и Колыма, впадающие в Восточно-Сибирское море. Широкое распространение в Якутии также имеют озера. Большинство озер термокарстового и пойменного происхождения.
Климат. На большей территории Якутии климат резко континентальный с очень низкими температурами воздуха зимой и высокими летом, с малой облачностью и относительно слабыми, особенно в зимний период ветрами. Зима продолжительная и суровая (здесь зарегистрирован рекорд минимальной температуры населенной части Земли - минус 68-72С), лето короткое, но теплое (до 38С в г. Якутске). Осадков выпадает мало - 200-250 мм в Центральной, 500-700 мм в горах Восточной и Южной Якутии.
Самый теплый месяц - июль. Средняя температура июля в центральных, южных и юго-западных районах равна 17-19С, к северу от реки Вилюя она составляет 12-15С. В горных районах распределение температур зависит от высоты, рельефа и других микроклиматических особенностей. На большей части низменностей максимальные температуры могут достигать 34-38С, на побережье морей -29-32С, а на островах 18-24С.
Суммы положительных температур, характеризующие термические ресурсы теплого периода от побережья к низменной части территории, изменяются в широких пределах (табл. 2.1.1).
Продолжительность теплого периода со средней суточной температурой воздуха больше 0 в земледельческой зоне республики в среднем составляет 150-165 дней с конца апреля - начала мая до конца сентября.
Переход средней суточной температуры воздуха через 10, означающий начало активной вегетации растений, происходит в тундровой зоне в начале июля, на западе - в первой декаде июля, в центральных и юго-западных районах - в конце мая. В период понижения температур этот период осуществляется в первой декаде августа в тундровой зоне, во второй и третьей декадах августа - на западе и в начале сентября - в центральных и юго-западных районах (Изюменко, 1968). Средняя длительность периода с температурой выше 10 составляет: 0-50 дней в тундровой зоне, 65-90 в западных и 90-100 дней в центральных и юго-западных районах.
Длительность безморозного периода благодаря большой протяженности территории и сложности рельефа очень разнообразна. Самый длинный безморозный период (95-100 дней) наблюдается в долине среднего течения р. Лены. В тундре безморозный период едва достигает двух месяцев, в отдельные годы заморозки могут наблюдаться в течение всего лета. В горных районах длительность безморозного периода весьма различна. В отдельные годы при вторжении холодных масс воздуха с севера адвективно-радиационные заморозки возможны по всей территории в течение всего лета. Приход солнечной радиации в летний период весьма значителен благодаря большой продолжительности светового дня и большой интенсивности радиации. До широты 67 в летние месяцы наблюдается полярный день. На остальной территории продолжительность дня в июне составляет 18-20 часов. Суммарная радиация в три летних месяца в Якутии составляет 38-46 ккал/см3, то есть примерно 41-49 % годовой суммы (Мозолевская, 1973).
Годовые суммы осадков для большей части территории составляют 200-250 мм, на юге и юго-западе - 350-500 мм. В течение года осадки распределяются неравномерно; в холодный период (с ноября по март) выпадает всего 15-20 % общего их количества, в теплый (с апреля по октябрь) - 75-80 %, то есть в 4-5 раз больше. Особенно малое количество осадков (от 150 до 250 мм в год) выпадает на побережье и островах, Янеком и Оймяконском плоскогорьях, Верхоянской и Момо-Селенняхской котловинах, а также Центрально-Якутской равнине. Снежный покров в большинстве районов Якутии сохраняется в течение 225-250 дней в году. Высота снежного покрова на территории Якутии вследствие преобладания в зимний период антициклонической циркуляции невелика. Наибольшая высота снежного покрова (40-60 см) наблюдается в верховьях р. Алдан, в долине р. Колымы, в некоторых горных районах. Сход снежного покрова начинается в конце апреля, но уже в марте под активным воздействием солнечных лучей снег интенсивно испаряется (Изюменко, 1968).
Ветровой режим, обусловленный характером атмосферной циркуляции, характеризуется сменой направлений и скорости ветра в зимний и летний сезоны. Зимой на большей части территории республики преобладают ветры южных, юго-западных и западных направлений, а в юго-восточной части - северные и северо-западные. В летнее время на территории республики в основном преобладают северные, северо-восточные, северо-западные и западные ветры, а в юго-восточной Якутии - южные. Скорости ветра небольшие. На преобладающей части территории наименьшие скорости (1-2 м/сек) отмечают ся в январе и феврале. Летом в связи с усилением циклонической деятельности скорости ветра увеличиваются в среднем до 5 м/сек. Сильные ветры на большей части территории республики бывают сравнительно редко. В табл. 2.1.2, представлен характер изменения климата Якутии в плане географической зональности (The Far North..., 2010).
Изменения микроклиматических условий на гарях
Первые сведения по данной проблеме можно встретить в работах В.Н. Сукачева (1912), А.А. Красюка (1927), Р.И. Аболина (1929), Б.Н. Городкова (1930), В.А. Шелудяковой (1938). Детальные исследования по изучению гидрологического и гидротермического режима почв лиственничных лесов и после пожаров на них проведены Л.К. Поздняковым (1953, 1961, 1963а, б, в, 1983) в лесах верхнего течения Яны и Якутском лесхозе. В лесах Центральной Якутии такие работы проведены А.И. Уткиным (1965), Д.Д. амосее (1971а, 1976), А.П. Исаевым (1993) на вырубках, Л.П. Лыткиной (2005) на гарях. М.К. Гавриловой (1967, 1969) изучены радиационный и тепловой баланс в лиственничных лесах Юго-Западной Якутии и амос-Амгинского междуречья. Значительный интерес представляют наблюдения Б.В. Чугунова (1961, 1966) за динамикой влажности и температуры почв в лесах Юго-Западной Якутии. Также на Юго-Западе Якутии систематические исследования по влиянию пожаров на гидротермический режим, физические и химические свойства лесных почв проведены сотрудниками лабораторий леса и почвоведения ИБПК СО РАН (Щербаков, Забелин, Карпель и др., 1979; Саввинов, 1971а, 1976; Короходкина, 1974а, б, 1975а, б, 1976а, б; Тарабукина, Саввинов, 1990; Исаев, 1993; Тарабукина, 2000; Аласные экосистемы.., 2005). На гарях северной тайги работали Д.Д. Саввинов (1971а, б, 1976), Г.М. Степанов и В.Г. Тарабукина (1983), В.Г. Тарабукина и Г.М. Степанов (1984), Г.М. Степанов (1988). Сведения об изменении лесорастительных условий на гарях в лесах среднетаежной подзоны Якутии приведены в работе П.А. Тимофеева, А.П. Исаева, И.П. Щербакова и др. «Леса среднетаежной подзоны Якутии» (1994).
Своеобразие гарей заключается в изменении почвенных условий, наличии послепожарных остатков (сухостой, валеж) и специфически развивающейся послепожарной растительности.
Все изменения, происходящие в режиме микроклиматических и почвенных условий, напрямую зависят от изменения радиационного режима леса после пожара. В результате вырубок и лесных пожаров увеличивается приток света к поверхности почвы (Гаврилова, 1967, 1969; Исаев, 1993 и др.). Например, по данным М.К. Гавриловой (1973), в Центральной Якутии в лиственнич-нике под полог леса проникает 56 ккал/см общей суммарной радиации, а на открытых пространствах - от 90 до 100 ккал/см тепла за год. Основная часть светового потока (54,8-69,5%) в лесу задерживается кронами деревьев. Причем каждый балл сомкнутости снижает освещенность на 8-9% (Щербаков и др., 1977; Исаев, 1993). Кроме того, отражательная способность лесной подстилки составляет около 20%, а темной поверхности огнища 10% (Гаврилова, 1969).
Ниже приведем характер изменения лесорастительных условий на гари в условиях Центральной Якутии, в основном опираясь на данные Л.П. Лытки-ной (2005, 2010). В целом температура воздуха на гарях была несколько выше по сравнению с лесом. Так по данным наблюдений в 2002-2003 гг. на гарях в июле приземный слой воздуха был теплее, чем в лесу, на 1,2-1,4С, в августе -на 0,6-1,1 С (табл. 4.2.1).
В середине вегетационного периода (11.07.2004-17.07.2004) ночью на гари теплее, и разница в средних минимальных температурах между гарью и лесом колеблется в пределах 0,4-0,9. Это вероятно связано с отдачей тепла, накопленного за день кронами деревьев и отсутствием турбулентного перемешивания воздуха.
В конце вегетационного периода (25.08.2004-31.08.2004) средняя температура воздуха как на гарях, так и в лесу почти выровнялась за счет снижения дневных температур (в отдельные дни до 24С), а ночные еще не упала до минусовой отметки. Но все же, на гари ночью холоднее, чем в лесу на 0,5-2. Это явление объясняется турбулентным теплообменом (Саввинов, 1971), амосевающимся ночью на открытых местах. В пасмурную погоду температуры на гарях и в лесу, как известно (Тарабукина, Саввинов, 1990), сглаживаются, что и видно по данным за 15.07.2004 и 28.08.2004. Наибольшие колебания температуры 27 августа происходили на 10-летней гари: днем в 16 часов самая высокая температура составила 24С и ночью в 5 часов самая низкая температура -11,1 С.
Изменение температуры мерзлотных почв на гарях и вырубках в мерзлотных почвах наблюдали многие исследователи (Уткин, 1965; Короходкина, 1974; Щербаков, Михалева, Чугунова и др., 1977; Щербаков, Забелин, Карпель и др., 1979; Тарабукина, Саввинов, 1990; Тимофеев, Исаев, Щербаков и др., 1994; Евдокименко, 1996; Абаимов, Прокушкин и др., 1996; Прокушкин, Абаимов и др., 2002 и др.). Большинство из них отмечали повышение температуры почвы на этих участках по сравнению с лесом.
По наблюдениям на гарях Центральной Якутии (Лыткина, 2005, 2010) в течение всего вегетационного периода температура почвы на гарях намного выше, чем в лесу. Причем самая высокая температура отмечена на 1-2-летней гари (табл. 4.2.2). Так, на 2-летней гари температура почвы на глубине 5 см в начале вегетационного периода (в начале июня) была на 5,5 С выше, чем в лесу и на 2,4С, чем на 12-летней гари. Средняя температура в середине вегетационного периода (в середине июля) на 1-2-летней гари на той же глубине была 15С, на 10-12-летней гари - 17,3С, а в лесу - 14,1 С. Значительная прогреваемость почвы на свежих гарях обусловлена прежде всего хорошим поглощением солнечных лучей черной поверхностью, так как отражательная способность темной поверхности огнища заметно ниже, чем лесной подстилки (соответственно 10 и 2%; Гаврилова, 1969). К тому же уменьшение затеняющей способности крон деревьев улучшает условия инсоляции. Известно, что в Центральной Якутии температура открытой поверхности почвы в два раза выше, чем в лесу (Гаврилова, 1973).
По мере зарастания гари в ходе сукцессии увеличивается затенение поверхности почвы растениями и, соответственно, уменьшается проникновение прямых солнечных лучей, в результате чего постепенно снижается температура почвы.
По наблюдениям М.К. Гавриловой (1967) в районе оз. Тюнгюлю Меги-но-Кангаласского улуса под лиственничником брусничным отрицательные температуры на глубине 50 см держатся до середины июня. Наши 3-летние наблюдения показали, что в лиственничнике брусничном отрицательные температуры на глубине 50 см держатся до середины июля, что, на наш взгляд, зависит от сомкнутости крон деревьев на данном участке леса и от погодных условий конкретного года исследования.
Анализ изменения температуры почвы за сутки (табл. 4.2.3) показал наибольшее повышение температуры между 14.00-15.00 ч., наименьшее - в 5.00 утра.
Общая схема экзогенных сукцессии лиственничных лесов и закономерности формирования климаксовых сообществ
При большом количестве сохраненного предварительного подроста или массовом появлении самосева лиственницы лесовосстановление на вырубках и гарях в лиственичниках в большинстве случаев не вызывает сомнения. Даже сильное развитие трав при этом не может кардинально изменить направление и ход лесообразовательного процесса. Если же исключается возможность не-просредственного (впервые 2-5 лет) возобновления лиственницы, условия для появления самосева на могут возникнуть и в последующем. Таким образом, при достаточном количестве лиственничного подроста сукцессионное развитие растительности протекает чаще без смены пород. Образующийся обычно березовый (с участием высоких кустарников) полог следует рассматривать лишь в качестве восстановительной стадии, так как он неустойчив, кратковре-менен и поэтому не может свидетельствовать о смене пород. Формирование березового леса, устойчивого, по крайней мере, в течение одного поколения березы (лишь в этом случае следует говорить об истинной смене пород), происходит довольно редко. Иная ситуация возникает в шелкопрядниках, где даже на 9-ый год после гибели древостоя самосев лиственницы фактически отсутствует, перспективы успешного восстановления лиственницы весьма малы. Однако, в случае отсутствия сильных ландшафтных изменений, все же можно прогнозировать хотя и длительное, но восстановление лиственничного леса. Предпосылками этому являются единично встречающиеся молодые лиственницы с довольно хорошими темпами роста, высокая вероятность пожарного «очищения» шелкопрядника с последубщим всплеском лесовозобновления, если не лиственницы, так, по крайней мере, березы.
Направление и ход лесообразовательного процесса резко изменяются при возможных проявлениях термокарста. Вторичная сукцессия в этом случае представляет собой не обычную демутацию, а своеобразную «первичную», названную Т.А. Работновым (1983) квазипервичной. При этом могут развиваться как более влажные типы лиственничников, так и ерниковые формации, травяные болота или провальные озера (Уткин, 1960; Тыртиков, 1969; Поздняков, 19836, 1986). Такая трансформация растительности чаще встречается после крупных пожаров, лесосводки под сельскохозяйственные нужды (чаще после того, как пашни перестаются возделываться и забрасываются), отмечена местами после нарушения шелкопрядом, на вырубках же встречается реже, что связано с небольшими размерами вырубок и сохранением на них части растительности, предотвращающей сильное таяние льдов. К тому же лесозаготовки в раойнах, где наиболее развиты процессы термокарста, проводятся в очень незначительных объемах (Северная Якутия) или проводятся в лиственничниках сухих, свежих и средневлажных местопроизрастаний (Центральная Якутия), под которыми вероятность наличия жильных льдов низка, то есть низка и вероятность термокарста после их рубки.
Ход лесовозобновления на любом этапе может быть изменен или прерван лесным пожаром. Однако беглые низовые пожары могут даже ускорить рост и развитие лиственничного молодняка (Уткин и др., 1964), тем более, что групповой подрост достаточно пожароустойчив (Щербаков и др., 1979).
Обобщая разнообразие имеющихся сведений о динамике растительноого покрова на вырубках и гарях можно выделить несколько стадий развития лесного фитоценоза. Первой является травяная стадия, когда происходит трансформация покрова с типично лесного в лугово-лесной или луговой. Эта стадия характеризуется резко измененными по сравнению с лесом микроклиматическими и почвенно-гидрологическими условиями. Выделяются два периода: 1 - неустойчивого травяного сообщества с интенсивно перестраивающимся неустоявшимися биоценотическими взаимосвязями (условно - открытая травяная вырубка); 2 - более или менее устойчивого травяного сообщества с относительно устоявшимися биоценотическими связями между отдельными его компонентами (закрытая травяная вырубка).
Березовая с участием кустарников стадия - по существу лесовозобно-вившаяся вырубка. Однако хвойные породы еще не образуют сомкнутого яруса, более или менее сомкнутой полог образуют лиственные породы и кустарники. На этом этапе развития в составе и структуре растительного покрова уменьшаются элементы и признаки нелесных группировок.
Стадия березово-лиственничного или лиственничного (лиственничного с примесью других хвойных пород) молодняка (чащи) - стадия лесовозобно-вившейся по основной породе вырубки или гари. Наряду со смыканием крон лиственницы и других древесных пород значительно снижается проективное покрытие травяного покрова (в отдельных случаях подчиненные ярусы растительности исчезают полностью), усиливается дифференциация деревьев по жизненности и по высоте. Отпад хвойных пород незначительный.
Стадия лиственничного (лиственничного с примесью других хвойных пород) молодняка (жердняка) - это этап формирования морфологической структуры исходного типа леса. Продолжается процесс дифференциации деревьев, начинается и усиливается самоизреживание, подчиненные ярусы постепенно приобретают исходный (дорубочный или допожарный) вид. Складываются условия для возможного появления истинного (с биологической точки зрения) подроста.
Последующие стадии лесообразовательного процесса идут уже на фоне сформировавшегося набора основных диагностических признаков исходного биогеоценоза (Исаев, 1994, 1994, 2000). Под воздействием эколого-биологических факторов и периодически повторяющихся лесных пожаров формируется подрост, а одновозрастные на стадиях молодняка и средневозрастных насаждений древостой переходят в различной степени разновозрастные на стадиях приспевающего спелого и особенно перестойного леса (Шурдук, 1982 и др.).
Формирование лесного сообщества на вырубках в наиболее распространенных типах лиственничников среднетаежной Якутии в общих чертах нами представляется в следующем виде:
Лиственничник разнотравно-брусничный
Сплошная вырубка: живой покров, подлесок и подрост в целом сохранены, условия для появления нового подроста вполне благоприятны. Гарь: живой покров, подлесок и подрост уничтожены, условия для появления нового подроста весьма благоприятны.
Травяная стадия:
- открытое травяное сообщество с участием рудеральных видов (в первую очередь Chamaenerion angustifolium). На вырубке у сохранившегося подроста лиственницы - период адаптации к изменившимся условиям среды. Активны порослевая береза, кустарники (Rosa acicularis, виды рода Salix, реже кустарниковые березки, Duschekia fruticosa). Появляются многочисленные всходы лиственницы. 1-4-й год после нарушения;
- закрытое травяное сообщество (разнотравно-злаковое). Разрастаются ксеро- и мезофитные злаки и осоки, разнотравье. На вырубке предварительный подрост дает хорошие приросты. На гари и вырубке отмечается интенсивный рост березы и кустарников. Самосев лиственницы (и сосны) многочисленен, находится в острых конкурентных отношениях с травяным покровом. 5-8- й год.
Проблемы охраны лесов криолитозоны
Глобальное потепление климата и прогнозируемое изменение растительного покрова вызывает озабоченность состоянием лесов криолитозоны (Bersenev, 1996; Isaev et al., 1997; The last frontier forests..., 1997; Isaev, 2001; Abramov et al., 2004). Наиболее важными с точки зрения лесного комплекса являются охрана лесов от пожаров, минимизация техногенного и иного антропогенного воздействия на леса, организация в лесных регионах охраняемых территорий.
В лесном фонде республики имеется 45,5 млн. га непокрытых лесом земель, что составляет почти 18% от общей площади лесного фонда. Наибольшие площади приходятся на редины - 32,8 млн.га,, гари и погибшие насаждения - 10,6 млн. га. Подавляющая часть редин естественного происхождения и не является объектом лесохозяйственного воздействия. На землях, переданных в долгосрочное пользование (площадь непокрытых лесом земель в них составляет 7,8 млн.га) лесохозяйственные мероприятия не проводятся. По сведениям лесохозяйствен-ных органов около 45% непокрытых лесом земель обеспечены естественным возобновлением хозяйственно ценных пород. Для создания лесов на остальной площади требуется проведение активных лесовосстановительных мероприятий, однако основная часть этих земель по тем или иным причинам недоступна для хозяйственного воздействия.
В настоящее время нарушенные земли (вырубки, гари, техногенные образования и пр.) в большинстве своем оставляются на естественное самовосстановление. Меры содействия этому процессу сводятся, главным образом, к некоторым организационным моментам при проведении лесосечных пород, направленным на сохранение подроста предварительного возобновления и создание условий для появления последующего. В большинстве случаев это оправдано. Лиственница, как и сосна, способна быстро заселять нарушенные территории, то есть активно выступает в качестве пионерного вида. Однако, совершенно очевидно, что в отдельных случаях следует предусматривать проведение специальных мер содействия, посев семян, другие лесокультурные мероприятия и уход за насаждениями. Так, по материалам лесоустроителей на 15% площадей гарей в условиях средней тайги возобновление слабое, а на 8% - отсутствует, на вырубках эти цифры соответственно равны 14% и 6%. Крайне затруднено естественное лесовозобновление на границе географического и экологического ареалов.
Следует уделить внимание проблеме рекультивации техногенно нарушенных земель. Горнодобывающие предприятия на территории Якутии до недавнего времени негласно были практически освобождены от проведения мер реабилитации нарушенных ими ландшафтов. В связи с этим биологическая, в том числе ле-сохозяйственная рекультивация не проводилась. Наработанный специалистами опыт выращивания на отвалах различных видов деревьев, кустарников и других растений не востребован.
В свете вышесказанного весьма необходимо проведение специальных ле-совосстановительных работ, предусматривать проведение мер содействия, посев семян, другие лесокультурные мероприятия и уход за насаждениями. В этой связи приоритетными задачами являются организация лесных питомников, разработка научно обоснованных мер содействия естественному возобновлению лесной растительности, выращивания посевного материала, лесохозяйственной рекультивации нарушенных земель и пр.
Важным лесохозяйственным мероприятием, направленным на повышение продуктивности насаждений, их устойчивости являются меры ухода за лесом, направленные на повышение производительности древостоев путем создания оптимальных для роста и развития деревьев условий. К сожалению, рубки ухода в лесах Якутии практически не практикуются. Экспериментальные же работы показали хорошую возможность получения насаждений заданного состава, высокой продуктивности и товарности в относительно короткий срок (Шурдук, 2000).
Весьма сложной является проблема поддержания санитарного состояния лесов. В условиях преобладания спелых и перестойных насаждений, повреждения лесной растительности пожарами повышается уровень зараженности лесов дереворазрушающими грибами, энтомовредителями. Горельники, шелкопрядни-ки, погибшие деревья в перестойных лесах являются источником массового размножения вредителей. В связи с этим необходимо широко практиковать санитарные рубки, причем без особой на первый взгляд экономической выгоды - получаемая в результате древесина преимущественно дровяных сортиментов и не пользуется большим спросом.
Актуальным следует, видимо, признать обеспечение охранных мероприятий, проведение практических мер по минимизации вредного воздействия промышленности и сельского хозяйства, восстановлению природных экосистем. Лишь принятие экстренных и выверенных мер может предотвратить дальнейшее ухудшение экологического состояния лесов Якутии. Если учесть биосферное значение бореальных лесов, одним из наиболее ранимых звеньев которых являются леса мерзлотной зоны, актуальность грамотной организации лесохозяйст-венной деятельности приобретает и мировое значение. Глобальное потепление климата, которое будет сопровождаться таянием мерзлоты, несомненно, приведет к деформации ландшафтов и смене растительности. Это в свою очередь внесет свою лепту в усиление парникового эффекта, тем более что, по мнению специалистов, вечная мерзлота в определенной мере аккумулирует большое количество веществ (в первую очередь метана), ответственных за парниковый эффект.
Неотложной задачей сегодняшнего дня является разработка программы комплексного изучения бореальных лесов, мероприятий по оздоровлению их экологического состояния.
Для приостановления процессов деградации лесов криолитозоны требуется принятие неотложных мер научного и хозяйственного плана. В первую очередь необходимо разработать республиканские нормативные документы, регламентирующие порядок лесопользования, особенно на территориях распространения ледового комплекса. В республике в настоящее время фактически не работает «Закон о лесе», практически нет ни одного документа, регламентирующего лесопользование с учетом местной специфики. Определенный научный задел для разработки собственной правовой базы имеется.
В связи с этим предлагаем начать разработку республиканской правовой и нормативной базы в области лесопользования, дополняющей федеральную, что даст возможность вести лесную политику с учетом региональной специфики. Среди таких документов нам видятся следующие: новый Закон РС(Я) «О лесе», Закон РС(Я) «Об охране многолетней мерзлоты», региональные наставления и рекомендации по лесохозяйственной и лесозаготовительной деятельности, учитывающие не только природно-климатическую, но и социально-экономическую специфику региона и культурные традиции населения.
В настоящее время в лесопользовании превалирует использование древесины в виде кругляка и пиломатериалов. С учетом строительства железной дороги до Якутска видится вполне разрешимой проблема транспортировки не только деловой, но и балансовой древесины до центров переработки. В то же время необходимо развивать другие виды переработки древесины. В связи с этим в республике необходимо расширить исследования не только в области переработки древесины, но и иных древесных продуктов, а также начать изыскания в области лесохимии. Важным направлением деятельности является использование так называемых недревесных ресурсов леса - лекарственные растения, пищевое сырье, технические культуры. В табл. 6.3.1 и 6.3.2 представлены оценочные сведения о валовых запасах наиболее важных ресурсных видах растений.
Проблема лесовосстановления обширных территорий, пройденных пожарами, шелкопрядом или затронутых хозяйственной деятельностью, практически никак не решается. Еще одна проблема - наши леса остро нуждаются в уходе - в рубках ухода в молодняках и в санитарных рубках в спелых и перестойных лесах, в лесах, поврежденных пожарами, энтомовредителями. Проведение таких работ не только улучшает качественные показатели древостоев, но и существенно снижает пожарную опасность в лесу, стабилизирует санитарное состояние лесов.
