Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. ВЛИЯНИЕ ПРИРОДНЫХ И АНТРОПОГЕННЫХ ФАКТОРОВ НА ЛЕСНЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ 8
1.1. Пожары 8
1.2. Рубки 16
1.3. Копытные животные и грызуны 22
ГЛАВА 2. ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЯ 29
2.1. Рельеф и гидрология 29
2.2. Климат 31
2.3. Почвы 40
2.4. Растительность 45
ГЛАВА 3. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 48
3.1. Таксационная характеристика и расположение объектов 48
3.2. Методы исследования 57
ГЛАВА 4. ЭКОЛОГО-ЛЕСОВОДСТВЕННАЯ ОЦЕНКА ЕСТЕСТВЕННОГО ЛЕСОВОЗОБНОВЛЕНИЯ ВЕРХНЕ-ОБСКОГО БОРА 61
4.1. Современное состояние и изменение лесного фонда 61
4.2. Возобновление древесно-кустарниковой растительности
на гарях разных типов леса 71
4.3. Лесовозобновление на вырубках различных типов леса 90
4.4. Повреждение сосновых молодняков лосями 98
ГЛАВА 5. ФОРМИРОВАНИЕ ТРАВОСТОЯ НА ВЫРУБКАХ И ГАРЯХ И ВЛИЯНИЕ ЕГО НА ЛЕСОВОЗОБНОВЛЕНИЕ 105
5.1. Развитие травостоя на вырубках 105
5.2. Формирование травостоя на гарях 115
5.3. Влияние травяного покрова на формирование полога возобновления 122
ВЫВОДЫ 126
РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ 129
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 130
ПРИЛОЖЕНИЯ
Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее время продолжается сокращение площади лесов. Ежегодно в мире теряется 0,8 % их площади и ежеминутно вырубается 26 га (Птичников, 2000). Леса Верхне-Обского бора лесостепной зоны Западной Сибири не являются исключением.
Верхнеобские боры находятся в легкодоступном районе, поэтому эксплуатация этих лесов в период с 1950 до 1990 г. велась очень интенсивно, с перерубом расчетных лесосек в 50-60 гг. При действующей расчетной лесосеке по хвойному хозяйству в 1950 г. в объеме 492 тыс. м3 фактический от-пуск древесины составил 796,4 тыс. м или 162 %. В основном проводились сплошнолесосечные рубки главного пользования. Расчетные лесосеки по хвойному хозяйству с 1950 по 1992 год варьировали от 770 до 290,4 тыс. м и только в связи с переводом в 1995 г. лесного фонда Верхнего Приобъя из второй группы в первую расчетная лесосека была снижена. Анализ данных учета лесного фонда за период 1950 и 2004 гг. показал, что общая площадь Верхне-Обских боров изменилась незначительно, но существенным образом изменился качественный состав.
До недавнего времени в Верхне-Обском бору преобладали сосновые насаждения высокой продуктивности (I и II класса бонитета) с запасом до 600 м3/га. Эти леса имеют не только большое экономическое, но и климато-регулирующее, водорегулирующее и почвозащитное значение. Интенсивная эксплуатация лесов Приобья, значительно ухудшила состав и качество дре-востоев. Несмотря на это, вопросам рационального лесопользования и лесовозобновления после рубок и пожаров, динамики роста и развития древо-стоев, анализу изменений, происходящих в лесном фонде, не уделялось должного внимания.
Поэтому изучение вопросов динамики лесного фонда и процессов естественного лесовозобновления Верхне-Обского бора в условиях антропогенного воздействия является актуальной проблемой и имеет теоретическое и практическое значение для решения конкретных вопросов лесохозяйствен-ной практики.
Цель и задачи. Целью работы является изучение динамики и современ-ного состояния лесного фонда и эколого-лесоводственных аспектов естественного лесовозобновления Верхне-Обского бора в условиях антропогенного воздействия.
Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи: і
Охарактеризовать природные условия формирования сосновых боров
Верхнего Приобья.
Проанализировать динамику и современное состояние лесного фонда у Верхне-Обского бора за последние 50 лет.
Выявить особенности естественного лесовозобновления на гарях для наиболее распространенных типов леса после низовых пожаров различной интенсивности.
Охарактеризовать процессы естественного лесовозобновления на вырубках различных типов леса;
Изучить влияние копытных животных (лосей) на возобновление со- I сны.
Исследовать характер восстановления травяного покрова на вырубках и гарях и его влияние на возобновления древесных пород. 1 Дать практические предложения производству для оптимизации про- цессов лесовосстановления в условиях Верхнего Приобья.
Научная новизна. Впервые автором проведена оценка современного * состояния лесного фонда Верхне-Обского бора, выявлена динамика процес- сов естественного лесовозобновления за 50 лет с учетом влияния природных и антропогенных факторов. Изучены процессы естественного лесовозобновления после низовых пожаров и выборочных рубок в наиболее распростра-ненных типах леса; выявлен характер повреждения лосями лесных культур и возобновления сосны. Установлено, что длительность процессов лесовозоб- новления в Верхне-Обском бору зависит от интенсивности и характера воздействия антропогенных факторов, что вызывает необходимость проведения дальнейших исследований по оценке объемов использования искусственного лесовосстановления и естественного лесовозобновительного потенциала лесных экосистем.
Защищаемые положения.
1. Естественное лесовозобновление на гарях и вырубках Верхне-Обского бора зависит от интенсивности антропогенного воздействия и типа леса.
2. Успешное естественное лесовозобновление сосны в Верхне-Обском бору прослеживается только в сосняках мшисто-ягодниковых, на гарях и вырубках других типов леса без искусственного лесовосстановления происходит смена сосны лиственными породами.
Практическая значимость. Результаты исследований использованы при разработке рекомендаций по лесовозобновлению после пожаров, рубок и повреждения насаждений лосями на территории Верхнего Приобья. Результаты исследования могут быть использованы для экологического обоснования производственных работ по созданию лесных культур на гарях и вырубках и сокращения затрат на лесовосстановление, а также при планировании мероприятий по защите лесонасаждений от копытных животных. Полученный материал может быть использован для чтения курсов по лесоведению и лесоводству.
Апробация работы. Результаты исследования доложены на региональной научной конференции «Пожары в лесу и на объектах лесохимического комплекса: возникновение, тушение и экологические последствия» (Томск, 1999); круглом столе «Лесовосстановление после пожаров в ленточных борах» (Барнаул, 2000); I Международной конференции «Проблемы лесоводства и лесовосстановления на Алтае» (Барнаул, 2001); IV Всероссийской научно-практической конференции «Региональные проблемы устойчивого развития природоресурсных регионов и пути их решения» (Кемерово, 2003); III Международной конференции «Восстановление нарушенных ландшафтов» (Барнаул, 2004); I Международной конференции «Проблемы промышленной ботаники» (Кемерово, 2006); IV Российской конференции «Флора и растительность Сибири и Дальнего Востока» (Красноярск, 2006).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ, в том числе 3 из них - материалы международных конференций. Общий объем публикаций составляет 4,0 печатных листа, доля автора в них - 2,5.
Структура диссертации. Диссертация изложена на 165 страницах машинописного текста и состоит из введения, пяти глав, выводов, библиографического списка и приложения. Работа иллюстрирована 39 таблицами и 29 рисунками. Список литературы насчитывает 231 наименование, в том числе 16 - на иностранных языках.
Пожары
Пожары являются мощным фактором, оказывающим на лесные экосистемы как положительное, так и отрицательное влияние. Положительное влияние устойчивых низовых пожаров, проявляющееся в выжигании опада и лесной подстилки и способствующее процессам естественного возобновления сосны обыкновенной, установлено во многих регионах, в том числе в различных природных зонах и подзонах Скандинавии и Русской равнины (Мелехов, 1937, 1944, 1948; Молчанов, 1949; Корчагин, 1954; Lehto, 1956; Молчанов, Преображенский, 1957; Репневский, 1961; Siren, 1974; Цветков, 1981; Санникова и др., 1986). В Средней и Восточной Сибири положительная роль пожаров в возобновлении сосновых лесов отражена в работах В. А. Поварницына (1934), Л. И. Малышева (1957), Э.Н. Фалалеева (1957), И.Ю. Коропачинского (1958), А.В. Побединского (1965), И.П. Щербакова (1975), М.А. Шешукова (1979) и других авторов. В лесах Зауралья, как отмечал П.И, Чудников (1931), новые поколения подроста сосны появляются, как правило, в первые пять лет после пожара. На основании исследований в Джабык-Карагайском бору Южного Зауралья Ф.Ф. Симон (1934) пришел к выводу о том, что "сосна - не случайный гость на гарях": в большинстве случаев плотность молодняков на пожарищах составляет 18-20 тыс. экз./га, что можно считать естественной нормой.
Послепожарное возобновление в сосновых лесах отдельных районов Западной Сибири изучали С.Н. Санников (1958, I960, 1964, 1966, 1972, 1973, 2003), Г.Е. Комин (1963, 1967), ВВ. Фуряев (1967), A.M. Бойченко (1970, 1980), С.Н. Санников и др. (1972, 2004), Б.П. Колесников и др. (1973), Н.С. Санникова (1977, 1978, 1992), Ю.Н. Ильичев и др. (2003). Зонально-географические закономерности естественного возобновления со сны на гарях в сосновых лесах западной части Западной Сибири и Северно го Тургая с эволюционно-экологических позиций обобщены в работе С.Н.
Санникова (1992). Им отмечено, что в светлохвойных лесах группы Pineta hylocomiosa интенсивные пожары, повторяющиеся с интервалом в 40-60 лет, улучшают все главные факторы среды, необходимые для появления и роста самосева сосны и лиственницы: почвенные, климатические и биотические. Кроме того, огневое воздействие вызывает вспышку семяношения древостоя. В связи с этим, циклически повторяющиеся пожары в сосняках вызывают "волны возобновления" сосны, приводя к формированию ступенчатой возрастной структуры древостоев. На основании изучения пожарных адаптации деревьев на различных стадиях онтогенеза и численно сти и структуры популяций лесообразующих пород выдвинуты гипотезы "импульсной пирогенной стабильности" и "пирофитности" популяций сосны обыкновенной (Санников, 1973, 1983,1985).
В предгорной полосе Северного Урала С.Н. Санниковым (1961) выявлено обильное возобновление лиственницы Сукачева на обширной ки прейно-паловой вырубке в лиственничнике бруснично-чернично 10 зеленомошном на расстоянии до 500 м (в направлении вниз по покатому склону холма) от крупных семенных куртин древостоя. Численность возобновления составляла от 5-10 до 50-75 тыс. экз./га самосева 3-6-летнего возраста. Обильные всходы того же вида лиственницы, но на вырубке в лиственничнике лишайниково-моховом в небольшом радиусе обсеменения от семенных куртин вблизи верхней границы леса на Приполярном Урале наблюдал и С.Г. Шиятов (1981),
1 Улучшение лесорастительных условий после пожаров отмечают многие зарубежные исследователи (Uggla, 1967; Scotter, 1971; Brown; 1983; Payett, 1992).
Пожары высокой интенсивности могут оказывать и существенное отри-дательное воздействие на существование лесных экосистем (Матвеев и др., 1987). В.Г. Нестеров (1949) считает, что увеличение безлесных площадей в Бузулукском бору напрямую связано с пожарами.
Лесной пожар - это сложный комплекс физических и химических фак торов, действующих катастрофически на весь ранее существующий экологический комплекс леса. Его воздействие на лесные экосистемы чрезвычайно многопланово и затрагивает все уровни экосистем (Одум, 1975). С.Н. Сан-ников и Н.С. Санникова (1985) приводят обширную схему прямых и косвенных влияний интенсивности пожаров на основные компоненты биогеоценозов светлохвойного соснового леса, которая включает увеличение или уменьшение биомассы отдельных видов, изменение численности и плотности видов в популяции, запаса семян, видового разнообразия и т.д.
Пожар действует на древесные породы достаточно избирательно в зави-симости от пирофитности конкретных пород (Санников, 1973,1985; Цветков, 2004). Согласно мнению С.Н. Санникова (1985), пирофитность-это высокая огнестойкость вида к пожарам и хорошая биоэкологическая адаптация» его к условиям гари. Пирофитность сосны является результатом длительного филогенеза в условиях континентального климата при частом воздействии пожаров. Пирофитность сосны заключается в высокой огнестойкости, усилений послепожарного плодоношения, соответствии стадий развития сеянцев условиям повышенной минерализации на гарях, высокой численности, выживаемости, ускоренном росте самосева в первые 3-5 лет после пожара. Сосновые леса многими авторами рассматриваются как пирогенное сообщество, возникшее и существующее в результате постоянно действующих пожаров.
В.В. Фуряев (1996) относит лесные пожары к категории непериодических экологических факторов, которые в нормальных условиях в том или ином природном комплексе не существуют, а появляются внезапно.
В настоящее время существует множество классификаций пожаров (Мелехов, 1948, 1985; Курбатский, 1962, 1970; Ильичев и др., 2003;). Чаще всего в лесохозяйственной практике выделяют два вида: низовые и верховые.
Низовые и верховые пожары подразделяют на беглые и устойчивые. При беглых низовых пожарах сгорают кустарнички и подрост, деревья повреждаются незначительно. Как правило, сразу же происходит восстановление поврежденных деревьев. Верховые пожары характеризуются горением подстилки и всех ярусов растительности вместе с кронами. При беглом верховом пожаре огонь в кронах распространяется скачками. При устойчивом верховом пожаре горение всех компонентов древостоя происходит одновременно. От верховых пожаров лесные сообщества погибают полностью, древесный ярус остается в виде сухостоя. По данным статистики наиболее распространены низовые пожары, составляющие 97,5-99,5 % (Парамонов, Ишу-тин, 1999). В лесном фонде России на низовые пожары приходится 77 % площадей, пройденных пожаром, на верховые - 22% (Ваганов и др., 1998).
Рельеф и гидрология
Современный рельеф Западно-Сибирской равнины сформировался поддействием молодых тектонических движений на протяжении последнего миллиона лет, а также четвертичного оледенения и последующего накопле ь ния морских, озерных и речных осадков. Сложившийся современный рельеф равнинной части края разнообразен и характеризуется наличием множества типов и форм.
Приобские боры возникли на территории аккумулятивных равнин, из-мененных процессами выветривания. Под воздействием эрозии они утратили первичный облик и в настоящее время характеризуются развитием аллюв-тально-эрозионных форм рельефа.
Равнинно-волнистые формы рельефа образовались на участках, где ледниковые воды имели ограниченное распространение. Эта форма характерна для площадей, приуроченных к границам бора со степью. Пристепная часть бора с равнинно-волнистым рельефом по мере продвижения вглубь бора сменяется мелко-холмистым и далее средне-холмистым.
Древние аллювиальные песчаные террасы расположены на правобережье Оби до Бийско-Чумышской возвышенности. Выделяется 3 уровня песчаных террас с отметками; 1 уровень - 146-150 м, 2 уровень - 165-175 м, 3-й уровень - 175-200 м. Все террасы слабо наклонены к Оби. Их поверхность расчленена ложбинами, которые, в свою очередь, разделены узкими гривами, вытянутыми с северо-востока на юго-запад в направлении гидрографической сети. Предполагается, что такой ложбинно-гривный рельеф здесь возник в результате размыва поверхности террас потоками воды с Бийско-Чумышской возвышенности. Положительные формы мезорельефа представлены вытянутыми грядами, буграми и дюнами. Нередко бугры, значительной высоты, с крутыми склонами. Перепады между низом и верхом врезов около 20 м. Иногда бугристость выположена до плоских понижений (Занин, 1958).
На восток от правобережных песчаных террас расположена Бийско-Чумышская возвышенность, характеризующаяся волнисто-увалистым рельефом с густой сетью балок и долин шириной 1-3 км и глубиной 60-80 м, а на высоких террасах Оби, на плоских слабо дренированных поверхностях - заиленными выположенными западинами, занятыми колками и болотцами.
Согласно гидрогеологическому районированию (Бейром и др., 1958) изучаемая территория относится к району Бийско-Барнаульской тектонической впадины, которая выполнена толщей третичных и четвертичных континентальных осадков общей мощностью до 350 м. В орографическом отношении эта часть территории имеет общий уклон с северо-востока на юго-запад, и именно в этом направлении вытянуты ложбины древнего стока, к которым приурочены долины современных рек.
В районе Верхне-Обского бора по правобережью реки Оби от с. Боров-лянка до г. Барнаула гидрографическая сеть развита слабо и приурочена к бассейну р, Обь. Здесь протекают правые притоки р. Обь - р. Большая речка, р. Петровка, р. Бобровка, р. Камышенка. В межгривных понижениях и междюнных замкнутых котловинах, в крупных и мелких впадинах формируются осоковые и моховые типы болот.
Глубина залегания грунтовых вод зависит от геоморфологических и рельефных особенностей: высоты элементов рельефа и глубины залегания водоупорных глинистых прослоек. В поймах рек грунтовые воды расположены на глубине 1-2 м. На древней боровой террасе, представленной бугристо-грядово-ложбинным типом рельефа, грунтовый воды находятся на глубине 1-4 м, на песчаных грядах - иногда на глубине до 10 м.
При крупнохолмистом рельефе, в неглубоких понижениях между холмами, грунтовые воды залегают на глубине 6-\0 м и ниже. На участках со среднехолмистым рельефом грунтовые воды вскрываются на глубине 2-6 м; в пониженных элементах рельефа среди мелких холмов - на глубине 2-4 м. В опушечной части бора на возвышенно-равнинных участках грунтовые воды обнаружены на глубине 4-11 м, на пониженно-ровных участках глубина залегания грунтовых вод составляет 1-2 м. По своему химическому составу грунтовые воды в основном пресные.
Режим грунтовых вод связан с цикличными изменениями климата, а также носит сезонный характер. В сухие годы пополнение грунтовых вод за счет атмосферных осадков происходит только в ранне-весенний период во время снеготаяния, когда создаются условия инфильтрации воды в грунт. На протяжении остального времени года наблюдается сильное понижение уровня грунтовых вод, т.к. прихода воды нет, а расход влаги на испарение через почво-грунты и транспирацию растительностью сильно возрастает. Во влажные годы суммарный годовой приход влаги в грунтовые воды повышает ее расход на транспирацию и испарение. В такие годы повышение уровня грунтовых вод наблюдается не только весной, но и осенью.
Таксационная характеристика и расположение объектов
Практически весь Верхне-Обской бор входит в состав лесного фонда Бобровского, Боровлянского, Верх-Обского и Петровского лесхозов и относится к зоне лесостепных и степных боров подтаёжно-лесостепного округа (Правила рубок ..., 1994). Лесной фонд изучаемой территории был отнесен к эксплуатационным лесам II группы и подвергался интенсивной лесоэксплуа тации. Лесоэксплуатации предшествовала подсочка, нередко двухсторонняя с применением химических стимуляторов. В подсочку часто вовлекались при спевающие и даже средневозрастные насаждения сосны. В 1992 г. произведен перевод лесов II группы в I группу леса с целью ужесточения режима лесо пользования. Бобровский лесхоз расположен в северной части Верх-Обского бора в пределах Первомайского района Алтайского края и состоит из 4-х лесничеств: Калининское, Бобровское, Рассказихинское, Петровское. По лесорас тительному районированию изучаемая территория отнесена к району остеп ненных лесов зоны лесостепи Западно-Сибирской равнины Восточно Казахстанской провинции Евроазиатской степной области. Последнее лесо устройство было проведено ФГУП «Западно-Сибирское государственное ле соустроительное предприятие» в 2001 г. По данным учета лесного фонда по состоянию на 01.01,2006 года общая площадь лесхоза составляет 144579 га, в том числе покрытая лесной растительностью - 129457 га (89,5%).
Распределение лесного фонда лесхоза на группы и категории защитно-сти лесов произведена в соответствии с «Лесным кодексом РФ» (1997) и сложившимися естественноисторическими и природоохранными условиями района. Все леса лесхоза относятся к I группе, в пределах которой выделены следующие категории защитности:
1. Запретные полосы лесов, защищающие нерестилища ценных промысловых рыб, шириной 1 км вдоль р.Оби на площади 5134 га (3,5%).
2. Леса зеленых зон, лесопарковая часть (г. Барнаул) на площади 2723га (1,8%).
3. Особо ценные лесные массивы на площади 81538 га (56,4%).
4. Другие леса на пустынных, полупустынных, степных, лесостепных и малолесных горных территориях, имеющие важное значение для защиты окружающей природной среды на площади 55184 га (38,2%).
На территории Первомайского и Косихинского районов выделен Бобровский государственный природный заказник краевого значения площадью 26 тысга. В Бобровском лесхозе он занимает 20429,2 га и расположен на территории Бобровского лесничества.
По породному составу лесной фонд распределяется следующим образом: сосна занимает 29614 га, ель - 59 га, лиственница - 141 га, береза -70827 га, осина - 24595 га, тополь - 151 га, ива - 92 га. Кустарники занимают площадь 3978 га, из них облепиха - 2 га. Хвойные насаждения занимают 23,0 % по площади и 45,7 % по запасу.
По группам возрастов в составе лесопокрытой площади молодняки занимают 27,3 %, средневозрастные насаждения - 39,9%, приспевающие -14,6%, спелые и перестойные - 18,1 %. Преобладают насаждения I—II класса бонитета. По полнотам распределение следующее: среднеполнотные древостой (0,5-0,6): хвойные породы - 53,2%, лиственные - 63,6%. Высокопол-нотные насаждения (0,8-1,0): хвойные породы - 43%, лиственные -24,8%. Низкополнотные насаждения (0,3-0,4): хвойные породы - 3,8%, лиственные -11,6%.
В расчет размера главного пользования лесом включено 39472 га покрытых лесной растительностью земель, из которых спелые и перестойные паса-ждения с запасом 1286,1 тыс. м , в том числе по хвойным породам - 239,3 тыс. м , по лиственным породам - 1046,8 тыс. м . В Бобровском лесхозе наибольшее распространение имеют насаждения низкотравной группы типов леса - 54,1 % площади лесопокрытых земель. Довольно широко распространены насаждения папоротниковой (16,4%), тра-вяно-болотной (14,5%) и мшистой группы типов леса (9,8%).
В целом по лесхозу в 5% спелых и перестойных насаждений имеется подрост хвойных пород, в том числе по соснякам он составляет 25%, по березнякам - 9,7%, по осинникам - 0,3% . Однако для лесовозобновления такого количества подроста в большинстве случаев недостаточно. Так, в сосняках подроста достаточно для лесовозобновления лишь на 3,4 % площади спелых и перестойных насаждений, в березняках - 3,1% , в осинниках таких площадей вообще нет. Все это свидетельствет о том, что в условиях Бобровского лесхоза в широких масштабах рекомендуется проводить рубки обновления и переформирования, нацеленные на содействие естественному возобновлению ценных пород.
На территории лесхоза нет промышленных объектов, но отрицательное влияние на лесные экосистемы оказывают автомобильный и железнодорожный транспорт, а также население, либо работающее в лесу, либо активно отдыхающее в природных условиях. Главным фактором, резко нарушающим экологическое равновесие в лесах лесхоза, являются пожары, которые за ревизионный период привели к гибели 1,6 млн.м3 древесины.
