Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. ПРОБЛЕМЫ ИЗУЧЕНИЯ И СОХРАНЕНИЯ СТРУКТУРНОГО РАЗНООБРАЗИЯ ЛЕСНЫХ СООБЩЕСТВ 7
1.1 Современное состояние проблемы изучения биоразнообразия 7
1.2 Естественные механизмы, поддерживающие разнообразие лесных территорий 14
1.3. История лесопользования в Республике Коми 28
ГЛАВА 2. ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ 31
ГЛАВА 3. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 44
3.1. Исследование структурного разнообразия 44
3.2 Оценка сукцессионного разнообразия крупных территорий 48
ГЛАВА 4. ОЦЕНКА СТРУКТУРНОГО РАЗНООБРАЗИЯ 49
4.1. Характеристика отдельных выделов трансекты № 1 50
4.2. Характеристика отдельных выделов трансекты №2 54
4.3. Характеристика лесных выделов водосборного бассейна правого притока р. М. Деб
ГЛАВА 5. СУКЦЕССИОННОЕ РАЗНООБРАЗИЕ КРУПНОЙ ТЕРРИТОРИИ 67
5.1 .Основные типы динамик 67
5.1.1. Типы динамики, характеризующиеся флуктуационной стабильностью 67
5.1.1. Типы динамики, характеризующиеся импульсной стабильностью 72
5.2. Разработка методики изучения сукцессионного
разнообразия крупных территорий 80
ГЛАВА 6. ОЦЕНКА СУКЦЕССИОННОГО РАЗНООБРАЗИЯ КРУПНОГО МАССИВА ДЕВСТВЕННЫХ ЛЕСОВ 93
6.1. Анализ разнообразия сообществ по таксационным данным 93
6.2. Оценка распространения типов естественной лесной динамики в изученном массиве 96
6.3. Анализ онтогенетического состояния отдельных пород в лесных сообществах 97
ГЛАВА 7. ПРАКТИЧЕСКОЕ ВНЕДРЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКОГО ПОДХОДА ДЛЯ СОХРАНЕНИЯ РАЗНООБРАЗИЯ ЛЕСНЫХ СООБЩЕСТВ В ПЛАНИРОВАНИЕ ЛЕСНОГО ХОЗЯЙСТВА 111
ВЫВОДЫ 115
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 117
ПРИЛОЖЕНИЕ 128
- Современное состояние проблемы изучения биоразнообразия
- Характеристика отдельных выделов трансекты № 1
- Типы динамики, характеризующиеся флуктуационной стабильностью
Введение к работе
Актуальность темы. Одной из насущных проблем современности является сохранение биологического разнообразия. Российская Федерация подписала «Конвенцию по сохранению биологического разнообразия». В соответствии с международными обязательствами была разработана «Национальная стратегия по сохранению биоразнообразия». Для территории Европейского Севера основной природной зоной является тайга. Невозможно говорить о каком-либо содействии биоразнообразию без сохранения таежных сообществ.
Несмотря на то, что биологические дисциплины в последнее время пролили свет на множество естественных закономерностей и структур, присущих естественным таежным экосистемам, невозможно даже представить всей полноты картины леса, включающей огромное видовое, таксономическое, структурное и ландшафтное разнообразие. Однако экономические интересы общества к древесине приводят к большому дисбалансу между необходимостью сохранения экологических ценностей лесных ландшафтов и экономическими потребностями человека. В подобных условиях наиболее приемлемым способом сохранения биоразнообразия является сохранение уникальных местообитаний, их пространственного распределения, а также естественных соотношений данных местообитаний. Для изучения и сохранения биоразнообразия таежных сообществ необходимо наиболее полно изучить особенности их структуры и закономерности формирования сообществ после катастрофических воздействий и в их отсутствии.
Лесные ландшафты Европейского Севера характеризуются относительно однородными физико-географическими условиями экотопов. Комплекс условий экотопа определяет внешний облик и основные закономерности сложения древостоя - эдификатора лесных сообществ. В пределах подобных однородных условий определяющее значение для формирования мозаичного и разнообразного лесного ландшафта имеют катастрофические лесные пожары и следующие за ними сукцессионные механизмы развития сообществ. Вся территория характеризуется определенной естественной частотой лесных пожаров. Вслед за развитием древостоя так же динамически развивается комплекс видов всех нижележащих ярусов. Изучение биологического разнообразия лесных сообществ в настоящее время практически невыполнимо на генетическом и видовом уровнях, из-за огромных площадей лесных территорий и нерешенности ряда теоретических вопросов. Путем изучения и сохранения не конкретных видов и популяций видов, а сохранением их естественных местообитаний возможно сохранение биоразнообразия крупных лесных территорий.
В соответствии с экономическими потребностями и необходимостью сохранения естественного биоразнообразия наиболее приемлемым в современных условиях способом является имитирование естественных динамических процессов, происходящих в лесу.
Целью данной работы являлась оценка разнообразия лесных сообществ, выявление закономерностей их формирования, способов оптимизации лесопользования крупных лесных территорий юга средней подзоны тайги Республики Коми с целью сохранения биоразнообразия
В задачи исследования входило:
Оценка комплексности лесных территорий, приуроченных к массивам девственных лесов
Оценка сукцессионного разнообразия крупного лесного массива
Разработка динамической типологии лесов для изучаемой территории
Разработка методов по оценке разнообразия типов и стадий динамик при проведении масштабных исследований во время стандартного лесоустройства
Разработка рекомендаций по проведению рубок главного пользования в лесах высокой природоохранной ценности
Научная новизна. В данной работе представлена региональная динамическая типология лесов. Для изучения естественного сукцессионного разнообразия крупных лесных территорий использовалась оригинальная методика оценки естественного типа динамики и стадии динамики на уровне лесохозяйственного выдела. Предлагается использовать для выявления естественного типа динамики и стадии сукцессии для выделов периодически проводящееся лесоустройство лесных территорий. Также предлагается упрощенный алгоритм обработки таксационных данных при невозможности выполнения подробного описания в полевых условиях.
Практическое значение. Проведенная работа представляет собой первый опыт применения динамического подхода к проведению рубок главного пользования в участках девственных лесов. Несовершенство современных технологий и методов лесопользования и следующая отсюда необходимость в разработке экологически ответственного подхода к проведению рубок сейчас общепризнано. Разработка и проведение дифференцированного способа рубок в участках девственных лесов с различными направлениями формирования и развития лесных сообществ является одним из принципов устойчивого лесопользования и необходимым критерием для получения сертификата по системе «Лесного попечительского совета» (FSC)(Komh региональный..., 2005). На основе утвержденных рекомендаций по проведению рубок в девственных лесах, были разработаны и проведены курсы для работников лесхозов, лесозаготовителей сертифицируемых лесхозов. На полигоне общей площадью 10000 га приведенные рекомендации используются при планировании лесохозяйственных мероприятий.
Внедрение в практику лесного хозяйства. Результаты работы были представлены к утверждению и утверждены как «Рекомендации по сохранению биологического разнообразия в участках девственных лесов при проведении рубок главного пользования» Агентством лесного хозяйства Республики Коми (Рекомендации по..., 2005).
Личный вклад автора. Оценка структурного разнообразия малонарушенных территорий проводилась автором. Разработка методики оценки сукцессионного состояния лесных сообществ при проведении лесоустроительных работ проводилась автором или при его непосредственном участии. Апробация методики на территории Прилузского лесхоза проводилась инженерами-таксаторами при непосредственном участии автора.
Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на: студенческих конференциях в 1999-2001 г.г; 15 молодежной научной конференции Института биологии КомиНЦ УроРАН, 19-23 апреля 2004 г.; 16 молодежной научной конференции Института биологии КомиНЦ УроРАН, 4-9 апреля 2004 г.; V International Conference, Moscow., Dubna, 1-5 августа 2004 г; З международном семинаре «Леса Высокой Природоохранной ценности и ключевые биотопы - методы оценки и сохранения», Пушкинские Горы, 6-8 октября 2004 г.; Международной научно-практической конференции «Антропогенная трансформация таежных экосистем Европы: Экологические, ресурсные и хозяйственные аспекты», 23-25 ноября 2004 г., Петрозаводск; IV совещании международного контактного форума по местообитаниям в Сыктывкаре; на февральских чтениях СыктГУ, в 2003-2005 г.г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ
Современное состояние проблемы изучения биоразнообразия
Лесные сообщества, как и любая естественная система, обладают определенными характеристиками. Одной из наиболее значимых фундаментальных характеристик растительного сообщества является разнообразие (Алексеев, 1997; Алексеев и др., 2002; Ангельстам и др., 1993; Атлас биологического..., 1996; Атлас малонарушенных..., 2003; Исаев и др., 1997; Лебедева и др., 1999; Лебедева и др. 2002; Мамаев, Махнев, 1996; Методы изучения..., 2002; Мэгарран, 1992; Оценка и сохранение..., 2000; Розанов, 1999, Романовский, 2002; Biodiversity conservation, 1997; Biological Diversity in Sweden, 1994; Margalef, 1968; Simpson, 1992).
Концепция биологического разнообразия оформилась в самостоятельное направление биологии совсем недавно и в настоящее время находится на стадии детальной разработки. Основные вехи в исследовании и основной терминологический аппарат концепции биологического разнообразия закреплены юридически на международном уровне (Global Biodiversity..., 1992; Morin, 1999). Большинство исследователей разделяют биологическое разнообразие на: генетический, видовой и структурный уровни (Алексеев, 1997; Алексеев и др., 2002; Методы изучения..., 2002; Мэгарран, 1992; Biological Diversity in Sweden, 1994; Simpson, 1992).
Генетическое разнообразие связано с разнообразием набора генов внутри популяции. Все естественное разнообразие живой природы связано непосредственно с разнообразием варьирований четырех комплементарных нуклеотидов в нуклеиновых кислотах (Лебедева и др., 2002; Simpson, 1992). Для сохранения генетического разнообразия лесных сообществ некоторыми авторами предлагается создание специальной сети охраняемых территорий, включающих в себя все типичные лесные ландшафты. При этом необходимо, чтобы подобные охраняемые территории включали в себя все типичные экотопы (Романовский, 2002).
Видовое разнообразие, связано с набором видов, составляющих сообщества. Оценку видового разнообразия сообществ в большинстве случаев проводят как простой учет видов, обитающих в сообществе, а видовое разнообразие представляют, как количество обитающих в нем видов (Лебедева и др., 2002, Носков, 2000, Лебедева и др., 1999; Biological Diversity in Sweden, 1994; Margalef, 1968; Simpson, 1992). Ряд исследователей утверждают, что видовое разнообразие сообщества необходимо исследовать с позиций экологических ниш, которые представляют собой систему взаимоотношений видов сообщества с окружающей их живой и неживой средой (Носков, 2000). Следующий подход к исследованию видового разнообразия связан с изучением не количества видов, а пропорции доминирующих и скрытых, редких видов, постоянно присутствующих в сообществе в форме недоступной для стандартных экологических мониторингов (Сапунов, 2000). М.Г. Романовский (2002) указывает на несовершенство методов оценки биоразнообразия с целью оценки биологического разнообразия лесного сообщества в целом, предлагая взамен проводить оценку свойств экотопа.
Исследователи различают альфа-, бета-, гамма-разнообразие (Whittaker, 1977). Альфа-разнообразие определяет сложность видового состава растительного сообщества и может быть определено числом видов на единицу площади, или по соотношению долей участия видов в сложении сообщества. Бета-разнообразие представляет собой характеристику видового богатства растительных сообществ, упорядоченных по градиентам экологических факторов. Гамма-разнообразие является показателем разнообразия растительного покрова ландшафта, включающим альфа- и бета-разнообразие (Миркин и др., 1989; Алексеев и др., 2002). Вплоть до настоящего времени никто не внес ясности в вопрос о методологическом аппарате выявления гамма-разнообразия территории, однако большинство исследователей соглашаются с тезисом, что изучение структурного разнообразия, вероятно, более трудоемкая работа, чем изучение генетического или видового разнообразий (Biological Diversity in Sweden, 1994; Global Biodiversity..., 1992).
Наиболее высокий уровень биоразнообразия - структурное разнообразие, связан со структурами различного масштаба (Юрцев, 1994; Лебедева и др. 2002). Структурное разнообразие лесных сообществ и территорий имеет несколько уровней. Одним из важнейших свойств лесных сообществ, обеспечивающих их естественной разнообразие, является мозаичность. Данная характеристика является мерой неоднородности облика лесных сообществ (Цветков, 2004; Дылис и др., 1964). Различается два уровня мозаичности: неоднородность облика внутри биоценоза - собственно мозаичность и неоднородности на более высоком уровне - комплексность (Ярошенко, 1961). Более высокий уровень структурного разнообразия, часто выделяемый в отдельный уровень биоразнообразия -ландшафтное разнообразие. Ландшафтное разнообразие таежных экосистем определяется разнообразием типов леса (Алексеев и др., 2002; Романов, 2002), распределение которых в пространстве и во времени детерминировано с одной стороны свойствами экотопа, с другой стороны естественными динамическими процессами, протекающими в лесных сообществах. Однако изучение разнообразия лесных сообществ на основе лесотипологических исследований затрудняется малой достоверностью таксационных баз данных (Исаев и др., 1997).
Характеристика отдельных выделов трансекты № 1
Заложенная трансекта включает в себя различные природно-территориальные комплексы, среди которых можно выделить спуск к пойме ручья; водораздельное пространство, пойма небольшого ручья. Всего в пределах трансекты выделяется 9 участков леса, однородных по древостою и субдоминантному ярусу, почвенно-гидрологическим условиям, микрорельефу. Водораздельное пространство представлено четырьмя выделами, спуск к пойме тремя, а пойма ручья двумя. Средняя протяженность выдела - 104 м, наибольшая - 293 м, наименьшая - 60 м.
1. Выдел №1 расположен на самом возвышенном участке трансекты и относится к ассоциации осинник вейниковый. Преобладающей породой здесь является осина, возрастом 90-110 лет. Средняя высота осины равна 23,5 метра, а средний диаметр 47 см. Второй ярус занимает ель средней высотой 10 м и средним диаметром 13 см. Возраст деревьев 60-100 лет. В состав древостоя входит также и береза, но в незначительном количестве (Приложение 1, рис. 1). Происхождение леса связано с повальным пожаром, прошедшим около 110 лет назад. Доказательством этого служит наличие старых обгорелых пней, большого количества углей в лесной подстилке. Древостой с преобладанием осины, возникший сразу после пожара создал условия, необходимые для успешного возобновления ели.
2. Выдел №2 занимает часть водораздела между ручьями и относится к ассоциации березняк чернично-разнотравно-зеленомошный. Доминирующей породой для данного выдела является береза возрастом 90-100 лет, высотой 21,2 м и диаметром 24 см. Во втором ярусе преобладает ель возрастом 50-100 лет. Ее высота равна 11,6 м, а диаметр 14 см. Также в древостое имеется незначительное количество пихты (Приложение 1, рис. 2). Данный выдел, также как и предыдущий, имеет послепожарное происхождение, связанное с пожаром, прошедшим здесь ПО лет назад. Через 10 лет после пожара началось возобновление темнохвойных пород, особенно ели, которое продолжается до сих пор.
3. Выдел №3 расположен в локальном понижении рельефа на водораздельной возвышенности и относится к ассоциации ельник чернично-долгомошный. Для него характерно почти полное отсутствие лиственных деревьев. Преобладает ель возрастом 50-150 лет, средней высотой 13,8 м и диаметром 17 см. Второе место по запасу занимает пихта возрастом 50-150 лет, средней высотой 14,2 м и диаметром 16 см. В составе также принимает участие береза, которая из-за небольшого количества не играет значимой роли в структуре древостоя (Приложение 1, рис. 3). Структура древостоя позволяет предполагать, что данный выдел выступал в роли пожарного рефугиума, во время пожара, прошедшего около 110 лет назад.
4. Выдел №4 расположен на краю надпойменной террасы. Далее по трансекте начинается понижение к пойме. Данное сообщество относится к ассоциации березняк чернично-зеленомошный. Первый ярус здесь занимает пихта возрастом около 150 лет, высотой 22 м и диаметром 27 см. В состав древостоя данного выдела также входит пихта возрастом 60-80 лет, высотой 12,9 м и диаметром 14 см. Распределение по классам возраста двухвершинное, с максимумами в 80 и 160 лет. Второй ярус сложен березой возрастом 90-100 лет, высотой 15,8 м и диаметром 13 см. В настоящее время береза замещается елью, возрастом 60-80 лет, высотой 15,2 м и диаметром 16 см (Приложение 1, рис. 4). Во время пожара прошедшего ПО лет назад, в этом выделе не был полностью уничтожен древостой, на территории трансекты сохранилось дерево пихты возрастом 160 лет, возможно, это связано с большой структурированностью микрорельефа. Формирование второго яруса состоящего из березы и подроста темнохвойных пород под ее пологом происходило также как и в выделах №1;№2. Во время пожара уцелело небольшое количество деревьев пихты.
5. Выдел №5 расположен в начале спуска к пойме и относится к ассоциации ельник чернично-долгомошный. Преобладающей породой является ель, которая представлена практически непрерывным возрастным рядом от 100 до 250 лет. Основное количество деревьев ели имеет возраст 80-110 лет, их средняя высота 10,3 м, диаметр 12 см. Поколение ели возрастом 120-150 лет имеет высоту 14 м, а диаметр 17 см. Также в составе древостоя присутствует ель и более старая, возрастом до 240 лет. В сложении древостоя участвует пихта, возрастом 80-110 лет, со средней высотой 13 м, диаметром 14 см, а также береза возрастом 100-120 лет, со средней высотой 15 м и диаметром 15 см (Приложение 1, рис. 5). Пожар 120-ти летней давности не затронул данный выдел, а примесь березы объясняется примыканием горевших участков.
6. Выдел №6 расположен на спуске к пойме ручья и принадлежит к ассоциации ельник осоково-чернично-долгомошный. Древостой его представлен исключительно елью. Преобладают деревья возрастом 140-180 лет, которые составляют 44% от общего числа деревьев. 180-220- летние деревья составляют 20%, 30% - 240 лет и старше, и 6% - 60-100 лет. Для данного участка характерна полная вертикальная сомкнутость, встречаются деревья высотой 13-27 м. Средняя высота равна 19,9 м, диаметр равен 24 см (Приложение 1, рис. 6). Данный древостой формировался длительное время, на это указывает наличие всех поколений, и отсутствие лиственных деревьев в составе. Он долгое время не подвергался действию огня и массовых ветровалов. Отсутствие других пород деревьев связано также с большой историей древостоя, они не выдержали конкуренции с елью.
Типы динамики, характеризующиеся флуктуационной стабильностью
Для выполнения данной работы в качестве подобных признаков были взяты отдельные онтогенетические состояния для основных лесообразующих пород, (табл. 7). Анализ заполненных дополнительных показателей позволил сделать следующие выводы. Половина выделов, 51% - девственные леса. Из «недевственных» большинство (37% от всех выделов), со следами низкоинтенсивных выборочных рубок, 6,5% выделов - со следами сплошных рубок. Выделы с измененными почвами или гидрологическим режимом не отмечены. Только 2 выдела — со следами сельхозпользования. 23 выдела (5%) - с прочим антропогенным воздействием. Таким образом, исследованный лесной массив не подвергался значительному антропогенному воздействию, подавляющее большинство «недевственных» выделов сохранила естественные структуру и динамику.
Признаки онтогенетических состояний отдельных лесообразующих пород встречаются неравномерно (рис. 21). Наиболее распространенным для березы и осины является признак «Поколение спелое или перестойное», для сосны — «Поколение высотой более 2/3 от потенциально возможной высоты».
Это связано, в первую очередь, с катастрофическим пожаром 120-ти летней давности. Среди описанных выделов встречается 88 различных сочетаний признаков состояния древостоев (Рис. 22). Различные сочетания неравномерно представлены: 52 сочетания из 88 (59%) встречаются только в одном выделе, еще 17 сочетаний встречаются в 2-3 выделах. Таким образом, 69 сочетаний (78% от общего числа всех полученных сочетаний) являются очень редкими -встречаются в 1-3 выделах, данные сочетания признаков признавались случайными и пренебрегались при дальнейшем анализе. В то же время, 13 самых распространенных сочетаний покрывает 75% выделов, а 19-ти сочетаниям соответствует 80%.
За исключением некоторых выделов, которые были отнесены к случайным, все остальные выделы, можно объединить по совокупности признаков макета дополнительных сведений, которые отображают онтогенетическое состояние всех лесообразующих пород в древостое.
