Содержание к диссертации
Введение
1 ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА ИССЛЕДОВАНИЯ И МЕТОДИКА РАБОТ 8
1.1 Характеристика объекта исследования. . 8
1.2 Методикам объемы выполненных работ 22
2. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА 33
3. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ СОСТОЯНИЕ ЛЕСОВ КАМСКО-ВИШЕРСКОГО МЕЖДУРЕЧЬЯ 39
3.1 Общие сведения 39
3.2 Возрастная устойчивость темнохвоиных лесов к влиянию отрицательных экологических факторов 45
3.3 Воздействие загрязнения атмосферного воздуха на исследуемые леса 51
3.4 Климатические условия как один из экологических факторов, определяющих состояние исследуемых лесов 69
3.5 Зараженность лесов Камско-Вишерского междуречья грибными болезнями 74
3.6 Насекомые-ксилофаги, как фактор влияния на состояние темнохвоиных лесов 80
4. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕМНОХВОИНЫХ ЛЕСОВ КАМСКО-ВИШЕРСКОГО МЕЖДУРЕЧЬЯ 92
СОДЕРЖАНИЕ Стр.
5. ХОД РОСТА НАСАЖДЕНИЙ В УСЛОВИЯХ КОМПЛЕКСНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ 101
5.1 Общие положения 101
5.2 Разработка таблицы хода роста елово-пихтовых насаждений в условиях комплексного воздействия отрицательных экологических факторов 105
6. МОНИТОРИНГ СОСТОЯНИЯ ИССЛЕДУЕМЫХ ЛЕСОВ 117
6 Л Общие положения , \ 17
6.2 Мониторинг состояния темнохвойных лесов 121
7. ОРГАНИЗАЦИЯ ВЕДЕНИЯ ЛЕСОПОЛЬЗОВАНИЯ НА ОСНОВЕ СОСТОЯНИЯ ЛЕСОВ 128
7.1 Общие положения 128
7.2 Организация лесопользования в темнохвойных лесах Камско-Вишерского междуречья при комплексном
воздействии отрицательных экологических факторов 132
ВЫВОДЫ 136
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 138
ЛИТЕРАТУРА 139
ПРИЛОЖЕНИЯ 157
- Характеристика объекта исследования.
- Возрастная устойчивость темнохвоиных лесов к влиянию отрицательных экологических факторов
- Разработка таблицы хода роста елово-пихтовых насаждений в условиях комплексного воздействия отрицательных экологических факторов
Введение к работе
Актуальность темы. В результате воздействия отрицательных экологических
факторов и нарушения сукцессионных процессов происходит снижение
биологической устойчивости лесов. Воздействие этих факторов приводит к резкому ухудшению состояния насаждений на больших площадях и изменению экологических условий на территории Западного Урала в частности Камско-Вишерского междуречья. В процессе исследований насаждения с нарушенным состоянием отмечены на площади 699,0 тыс. га.
В условиях постоянного прессинга отрицательного воздействия на природную среду актуальным становится своевременное выявление изменений состояния природной среды, решаемые методом лесного мониторинга и организации рационального лесопользования на основе состояния лесов.
В связи с развитием процессов деградации исследуемых лесов, в целях сохранения древесины, рационального лесопользовании, предотвращения вспышек массового размножения вредных насекомых, распространения очагов грибных болезней, необходимо ускорение процесса рубки этих древостоев, что требует изменения "Правил рубок главного пользования в лесах Урала".
Цель исследований. Цель исследований заключалась в изучении состояния насаждений и факторов его определяющих, установлении особенностей их комплексного воздействия, разработке и обосновании рекомендаций по организации лесопользования и ведения хозяйства на основе состояния лесов Камско-Вишерского междуречья.
Основные задачи исследования: выявление комплексов экологических факторов, определяющих состояние лесов района работ, и закономерности их воздействия; изучение состояния темнохвойных лесов района работ; создание таблицы, характеризующей ход роста елово-пихтовых насаждений при комплексном воздействии экологических факторов, нарушении биологической устойчивости и состояния лесных экосистем; адаптация системы лесного мониторинга, методики его организации и ведения в исследуемых лесах; определение составляющих основы организации и ведения лесопользования, рекомендация мероприятий на основе состояния лесов района исследований.
Научная новизна. Определены факторы, определяющие состояние лесов исследуемого региона в условиях комплексного отрицательного воздействия экологических факторов, и разработана региональная таблица хода роста елово-пихтовых древостоев, даны рекомендации по организации и ведению лесопользования на основе состояния лесов района исследования в условиях комплексного воздействия отрицательных экологических факторов.
Практическое значение работы. Дана оценка состояния исследуемых лесов и установлены отрицательные факторы его определяющие, реализована система мониторинга состояния лесов, в зависимости от уровня деградации и отрицательного воздействия, внесено предложение об изменении правил рубок главного пользования, разработаны рекомендации по рациональному лесопользованию, составлены схемы состояния исследуемых лесов.
Личный вклад. Личное участие автора заключается в постановке задач
исследований, непосредственном участии в восьми экспедиционных
лесопатологических обследованиях, положенных в основу диссертации, работах по
сбору экспериментальных данных и их обработке, а таїрксапробациирезультатов.
і кис НАЦИОНАЛЬНАЯ!
і 6КБДН0ТЇКА 1
з I cnropftpr fbt/J
Настоящая работа является итогом исследований, выполненных автором в период 1995-2002 годов.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались на ежегодных научно-практических и научно-технических конференциях в Брянской государственной инженерно-технологической академии - 1997-2000гт, научно-производственном совещании при главном управлении природных ресурсов и охраны окружающей среды МПР России по Пермской области "Мониторинг состояния хвойных лесов" (г. Соликамск 2002г.), научно-производственной конференции "Экологические, экономические и социальные аспекты лесоустройства и лесозащиты" (г. Брянск 2003г.), научно-производственном совещании при главном управлении природных ресурсов и охраны окружающей среды МПР России по Кемеровской области "Мониторинг состояния хвойных лесов" (г. Мыски 2003 г.).
Публикации. По материалам выполненных исследований опубликованы четыре работы, в том числе одна книга в соавторстве.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 183 страницах машинописного текста, состоит из введения, 7 глав, выводов, заключения и приложений. Список литературы насчитывает 229 наименований. Работа содержит 18 таблиц, 14 рисунков.
Характеристика объекта исследования
Исследования проводились на Западном Урале в Пермской области и Коми-Пермяцком автономном округе, в междуречье главных рек региона Камы и Вишеры, протекающих по территории области и округа с севера на юг. Географическое положение района работ определяется координатами 59 40 - 61 30 - северной широты и 52 00 - 59 30 - восточной долготы. Протяженность территории района работ с севера на юг около 230 км, с запада на восток около 400 км.
Объекты работ располагаются в северной части территории области и округа (рис. 1). Исследуемая территория характеризуется в целом слабо развитой сетью дорог общего пользования. Основными путями транспорта являются лесовозные дороги. Имеется сеть проселочных дорог, связывающих между собой населенные пункты и лесные массивы лесхозов.
Климат района обследования континентальный с довольно продолжительной суровой и снежной зимой и сравнительно коротким теплым летом. Характерны поздние весенние и ранние осенние заморозки. Разность среднемесячной температуры наиболее теплого месяца (июля) и самого холодного (января) в среднем составляет 30 С, Крайние колебания температур, то есть абсолютные максимум и минимум, соответственно приходятся на июль-август и декабрь-январь месяцы. Продолжительность вегетационного периода составляет около 150 дней (с начала мая до конца сентября), из них в среднем 110 дней со среднесуточной температурой выше 10 С.
Смена холодного и теплого сезонов характеризуется, переходом температуры воздуха через О С. Этот переход весной происходит в первой половине апреля и осенью в последней декаде октября. Поздние весенние заморозки наблюдаются даже в первой декаде июня, когда температура воздуха иногда опускается до - 3С. Ранние осенние заморозки, наступающие в конце августа, приводят к выжиманию саженцев в лесных культурах и повреждению лесных семян. Интенсивность заморозков зависит от особенностей рельефа местности, характера почв и растительности.
Наибольшей силы заморозки достигают в низких и плохо проветриваемых глубоких долинах, что необходимо учитывать при производстве лесных культур. Глубина и характер промерзания почвы зависит от температуры воздуха зимой, влажности почвы в предзимний период, толщины снежного покрова, характера почв. Глубина промерзания почвы в среднем 80 см и колеблется от 20 см до 140 см. Снежный покров держится с октября по апрель месяц, при максимальной его глубине около 70 см, приходящейся на март месяц.
Реки имеют устойчивый ледяной покров средней продолжительностью около 5 месяцев, который устанавливается в первой половине ноября. Вскрытие рек происходит в конце апреля. Режим уровня рек характеризуется высоким весенним половодьем и наличием летней и зимней межени.
Среднегодовое количество осадков составляет 500- 600 мм, а в отдельные годы оно колеблется от 390 до 840 мм. Основная масса осадков выпадает в виде дождя в теплое время года с мая по сентябрь - до 300 мм, что составляет 60 % годовой суммы. Осадки в виде снега в холодный период с ноября по март выпадают до 120 мм - 24 % годовой суммы. На переходные сезоны года, когда идет то снег, то дождь, приходится примерно 16 % годовой суммы.
Находясь на Западном Урале, территория района работ защищена Уральскими горами от холодных восточных ветров. Преобладающими направлениями являются юго-западное, южное, отмечаются северо-западные и северные ветра. Климатические условия района работ в целом благоприятны для роста основных лесообразующих пород.
Исследуемые леса расположены на западном склоне Среднего Урала, переходящий от Русской равнины к Уральскому хребту. Поверхность территории имеет холмистый, увалистый характер с постепенным повышением по направлению на восток, с наличием долин рек и ручьев между увалами. Преобладающие высоты на равнинной части исследуемого района в пределах от 100 до 400 метров над уровнем моря. Наибольшие абсолютные отметки горной части, достигают 1000 метров и находятся в восточной части региона Байского лесхоза - гора Белый камень.
В районе исследования леса подразделяются на равнинные и горные. В основе выделения горных лесов лежит ряд параметров /202/. К ним, прежде всего, относятся леса, расположенные в пределах горных систем и отдельных горных массивов. Они расположены в северо-восточной горной части района, на территории, прежде всего, Байского, Красновишерского и Колвинского лесхозов. На севере Предуралья почвообразующие породы представлены в основном покровными суглинками водно-ледникового происхождения. В северной части преобладают покровные валунные суглинки, северо-восточная и восточная часть представлена вводно-ледниковыми, озерно-ледниковыми и древ неаллювиальными песками и супесями. В центральной части района работ преобладают покровные лессовидные суглинки и глины, а в южной части - элювиально-делювиальные глины и суглинки, образовавшиеся из глин, мергелей и известняков пермской системы /112/.
Наиболее распространенными почвами района работ являются различной степени оподзоленности тяжелосуглинистые почвы. В районе городов Чердынь, Красновишерск, Соликамск по реке Каме распространены песчаные, супесчаные, подзолистые, дерново-подзолистые и заболоченные почвы, а горная часть региона - горно-лесными и горно-луговыми скелетными почвами /112/. Характерной особенностью района работ является сильно разветвленная речная сеть, которая включает в себя большое число больших и малых рек и ручьев, являющихся первичными и вторичными притоками реки Камы. Наиболее крупные из них: Вишера, Косьва, Колва, Березовая, Весляна, Иньва. Питание рек происходит за счет атмосферных осадков, грунтовых и талых вод. Заболоченность территории в целом не высокая. В поймах рек и речек отмечаются участки избыточного увлажнения с наличием сфагновых и осоковых болот верхового типа. Уровень грунтовых вод колеблется от 0,3 до 7,0 метров, причем близкое к поверхности их залегание наблюдается по долинам рек и пониженным местам, глубокое - на высоких водоразделах. В местах залегания почв тяжелых суглинков и глин воды летних осадков задерживаются у поверхности, улучшая водный режим лесных площадей, способствуя росту лесной растительности, а на относительно ровных местах и в понижениях создаются условия для заболачивания.
Возрастная устойчивость темнохвоиных лесов к влиянию отрицательных экологических факторов
Средняя продолжительность жизни организмов в соотношении биомассы видов различного возраста, характеризуется возрастной структурой лесных пород. Изменение возрастной структуры происходит в результате совместного действия старения, смертности и размножения /200/.
Со временем даже в пределах одного и того же вида растений могут происходить значительные изменения возрастной структуры. В таких случаях автоматически включаются экологические факторы, возвращающие вид к некоторому нормальному для данного вида возрастному распределению. Причем виды, включающие в себя много возрастных групп, в меньшей степени подвержены воздействию различных факторов, влияющих на размножение в конкретном году. Даже крайне неблагоприятные условия, вызывающие полную гибель семян вида в тот или иной год, не становятся катастрофическими для вида сложной структуры, так как воспроизводство вида идет ежегодно. Тем не менее, следы изменения условий жизни сохраняются в облике сложных видовых структур /127,200/.
Анализ возрастной структуры позволяет прогнозировать ее изменчивость на ряд ближайших лет. Этим пользуются для оценки возможности ведения лесного хозяйства в конкретных регионах.
Основные лесообразующие породы, района работ ель и пихта способны формировать насаждения различных типов возрастной структуры, под которой понимается порядок сочетания деревьев в насаждениях по возрасту /183,184/. Анализ возрастного строения обследованных насаждений важен потому, что наряду с характеристикой сочетания деревьев по возрасту, объясняющей пути формирования лесных фитоценозов и указывающей на ход их дальнейшего развития, возрастная структура определяет также их устойчивость и состояние древостоев /94/.
Для большинства таежных лесов, не подвергающихся интенсивной хозяйственной деятельности, характерно их формирование с определенной закономерно складывающейся возрастной структурой, для которой характерна их возрастная неоднородность. Результаты исследований свидетельствуют, что значительная часть таежных лесов представлена разновозрастными лесами с различным характером и степенью разновозрастности. Так П. Н. Ушатин /208/ считает, что разновозрастными является примерно половина естественных таежных лесов.
Как отмечает В. А. Глаголев и др. /37/, широко используемое в литературе понятие - разновозрастность, разновозрастные леса, часто применяется далеко не однозначно. В настоящее время наиболее широко в практике лесного хозяйства используется понятие поколения, предложенное И. В. Семечкиным /183,184,185/, под которым понимается однородная в генетическом, возрастном, морфологическом, экологическом и физиологическом отношении совокупность деревьев одной породы, сформировавшаяся в элементарный древостой в процессе использования определенной экологической ниши. Это определение расширено П. А. Анишиным /8/, который считает необходимым сохранить, с понятием поколения природный смысл в рамках естественного поколения, определение которого предложено И. В. Семечкиным /183/, и дополняет его существенной, на наш взгляд, деталью, по которой для поколения характерна примерно одна реакция на изменение условий жизнедеятельности.
При оценке возрастной структуры насаждений выделяют несколько ее типов. Наиболее широко в практике лесного хозяйства используется предложенная И. В. Семечкиным /185/ обобщенная схема типов возрастной структуры, в которой устанавливается 9 типов, объединенных в три крупные группы: одновозрастные, условно разновозрастные и разновозрастные. Выделенные группы - это древостой отдельных разрядов возрастной структуры, с которой корреляционно связана размерная изменчивость деревьев. В этой схеме учитывается не только возрастное строение древостоя, но и мера его таксационной изменчивости через коэффициенты варьирования по диаметру и высоте. Также отмечается, что строение древостоев по диаметру и другим таксационным признакам тесно связано с их возрастной структурой /6,13,37,210,21 II.
В. Ф. Лебков /121,122/ считает, что хотя разновозрастность и описывается как специфическое свойство горных лесов, возрастное строение последних чрезвычайно многообразно. Оно зависит от типа леса, влияющего на горимость древостоев, длительности возобновительного процесса и состав древостоев, а также от биологических и экологических свойств, древесных пород - устойчивости против огня, возобновляемости, теневыносливости и долговечности. По данным Ф. В. Аглиуллина /1/, еловые леса Урала представлены древостоями различной возрастной структуры, обусловленной, прежде всего особенностями ведения хозяйства в них.
Строение древостоев по диаметру, считает Э. Н. Фалалеев /210,211/, как и по другим таксационным признакам, тесно связаны с их возрастной структурой. С усложнением последней, ряды распределения деревьев по диаметрам становятся всё более растянутыми, у них может быть несколько максимумов. При графическом изображении изменения таксационных показателей во времени, В. И. Семечкин /183/ отмечает, что данные предшествующего поколения существенно отличаются от величины следующего, и считает, что уступы на графиках, отображающие связь таксационных характеристик (прежде всего диаметра) с возрастом насаждения являются объективным показателем границ поколений.
Разработка таблицы хода роста елово-пихтовых насаждений в условиях комплексного воздействия отрицательных экологических факторов
При составлении таблицы хода роста елово-пихтовых насаждений использован аналитический метод по методике, указанной в первом разделе.
В соответствии с целью и методикой исследований на основе выявленных закономерностей таксационного строения, взаимосвязей и динамики таксационных показателей нами составлена модальная таблица хода роста для наиболее распространенных, в исследуемом Камско-Вишерском междуречье, елово-пихтовых насаждений III-IV классов бонитета травяно-папоротникового типа леса, относящихся к зоне хвойных лесов подзоне северной и средней тайги (таблица 15).
Для выявления закономерностей таксационного строения нами были рассчитаны и составлены графики распределения числа деревьев по ступеням толщины (рис. 11), которые дают общее представление о строении насаждения. При построении графиков на оси абсцисс откладывали ступени толщины, а по оси ординат - количество деревьев в процентах соответствующей ступени толщины. Соединение полученного ряда точек дает кривые распределения числа деревьев по диаметру. При построении такого рода графиков для простых одновозрастных насаждений получаем одновершинное распределение. В одновозрастных простых насаждениях распределение деревьев по толщине характеризуется симметричной, одновершинной линией, называемой кривой нормального распределения. Однако довольно часто после смыкания крон у кривых распределения появляется асимметрия. Она есть следствие конкуренции между деревьями. Более крупные деревья, занимающие в насаждении лучшее положение, имеют все преимущества для успешного роста и поэтому характеризующая их правая ветвь кривой распределения становится длинней. Левая ветвь, изображающая отстающие в росте деревья, оказывается более короткой из-за ослабленных деревьев по различным экологическим факторам. Таким образом, на графике наблюдается асимметрия.
Исходными данными для построения кривых нормального распределения являются результаты перечетов деревьев на пробных площадях в исследуемых насаждениях по соответствующим возрастам 60-140лет.
Анализируя изменение числа деревьев по диаметру на рисунках в возрасте 70, 100, 120 лет (рис. 11), отслеживается одновершинность, что свидетельствует о одновозрастности данного насаждения, и закономерном распределении числа деревьев по толщине. Следовательно, характер распределения деревьев ели близок к закономерностям, присущим распределению случайной величины статистической совокупности. Аналогические закономерности получены и по древостоям других возрастов, которые имеют схожие характеристики (приложение 6).
В связи с тем, что в литературе данных таблиц хода роста елово-пихтовых насаждений по IV классу бонитета для района исследования недостаточно/124/, сравнительный анализ таксационных показателей производили только по III классу бонитета.
Для проверки правильного подбора насаждений для исследования и методов вычислений составлена сравнительная таблица полученных данных исследуемых насаждений с имеющимися таблицами хода роста, применяемых в данном регионе (таблица 16).
Из всех имеющихся и проанализированных таблиц хода роста наиболее близкие к нашим исследованиям являются данные таблиц, приведенные в «Лесотаксационном справочнике для лесов Урала» /124/. По данным таблицы 16 видно, что отклонения по запасу растущей части древостоя не велики и составляют от 0,4% до 4%, и находятся в допустимых нормах отклонений. Для наглядности, сравнительная оценка запасов растущей части приведена на рисунке 12. Полученные кривые запаса растущей части древостоя по нашим исследованиям и по данным справочника для лесов Урала находится почти на одном уровне, то есть прослеживается общая закономерность, что подтверждает правильность построения таблиц хода роста на всех этапах.
Анализ значений отпада, полученных нами в сравнении с данными таблиц ряда других авторов /1,10,49,124/, используемых в исследуемом регионе (таблица 17), показал, что запас отпада в елово-пихтовых насаждениях выше от 2 м3(8,7%) - в 70 лет до 29м3(59,2%) - в 140 лет.
Аналогичные сравнения данных по числу стволов отпада свидетельствует о том, что идет тенденция к увеличению этого показателя.
Более наглядно тенденция увеличения отпада просматривается на графиках (рис.13, 14). Из рис.13 видно, что кривая числа стволов отпада по нашим исследованиям отображает общую закономерность для данного региона. В 70 лет отпад числа стволов находится в наибольшем значении. С последующим увеличением возраста, число стволов отпада становится меньше, но по сравнению с кривой данных используемых в данном регионе для лесов Урала, кривая наших данных находится выше, то есть количество стволов отпада больше.
