Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса 8
1.1 – Общий обзор исследований по лесоосушению в России 8
1.3 – Рубки в осушаемых лесах 11
1.4 – Влияние рубок в осушаемых лесах на нижние ярусы фитоценоза 19
Глава 2. Программа, объекты и методика исследования 23
2.1 – Программа исследования 23
2.2 – Естественно-исторические условия района исследований 23
2.3 – Объекты и методика исследований 30
Глава 3 – Динамика таксационных характеристик разновозрастных осушаемых сосновых древостоев, пройденных рубками 39
3.1 – Общие сведения. Изменение состава древостоя 39
3.2 – Динамика радиального прироста деревьев старшего поколения 44
3.3 – Изменение запаса, полноты, отпада и производительности древостоев 45
3.4 – Динамика густоты древостоев 52
Глава 4 – Естественное возобновление леса в осушаемых сосняках, пройденных комплексными рубками 61
4.1 – Динамика возобновления сосны 61
4.2 – Динамика возобновления березы и ели 67
Глава 5 – Динамика растений живого напочвенного покрова в осушаемых сосняках, пройденных комплексными рубками 74
5.1 – Изменение структуры и проективного покрытия растений мохово-лишайникового яруса 74
5.2 – Изменение структуры и проективного покрытия растений травяно кустарничкового яруса 80
Выводы и рекомендации 95
Библиографический список 96
- Рубки в осушаемых лесах
- Изменение запаса, полноты, отпада и производительности древостоев
- Динамика возобновления березы и ели
- Изменение структуры и проективного покрытия растений травяно кустарничкового яруса
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Полуторавековой опыт осушения избыточно увлажннных лесных земель в России выявил особую роль гидромелиорации для коренного улучшения роста лесов. При условии правильного выбора объектов осушения и надлежащем качестве строительства осушительных систем гидролесомелиорация является непревзойднным по эффективности средством повышения продуктивности лесов.
Одна из актуальных задач современного лесоводства – эффективное ведение лесного хозяйства на осушаемых землях, в которые вложены огромные трудовые затраты и денежные средства. Важное значение приобретает вопрос о рубках в осушаемых лесах с неудовлетворительным породным составом и возрастной структурой (Архипов и др., 2016).
Степень разработанности темы. Первоначальная реакция лесоболотных древостоев на разреживание достаточно хорошо изучена и освещена в ряде публикаций (Медведева, Матюшкин, 1977, 1983; Ипатьев, Смоляк, Блинцов, 1984; Медведева, 1989; Залесов, 1989; Залесов, Луганский, 2002; Дружинин, Неволин, 1997, 2000; Смирнов, 2002, 2003; Тараканов, 2004; Дружинин, 2006; и др.). Однако почти отсутствуют длительные наблюдения на участках рубок (30 лет и более). Кроме того, недостаточно исследований совместного длительного влияния двух факторов – осушения и рубок – на естественное возобновление леса и динамику растений живого напочвенного покрова.
Цель работы: выявить особенности восстановительных реакций на разреживание разновозрастных древостоев в осушаемых сосняках.
Задачи исследования:
1. Выявить динамику основных таксационных характеристик осушаемых
сосновых древостоев в результате комплексных рубок.
2. Оценить успешность естественного лесовозобновления на участках рубок.
3. Выявить изменения в составе и проективном покрытии растений живого
напочвенного покрова в связи с интенсивностью гидромелиорации и изреживанием
древостоев.
4. Разработать практические рекомендации по проведению рубок в
разновозрастных сосняках на осушаемых верховых болотах.
Научная новизна исследований:
1. Впервые за длительный период наблюдений (30 лет) выявлены
особенности восстановительных реакций интенсивно осушаемых разновозрастных
сосняков на проведение комплексных рубок.
-
Установлено, что омолаживание древостоя привело в большинстве случаев к быстрому (за 10-15 лет) восстановлению запаса до уровня контроля.
-
Выявлено, что подрост сосны через 30 лет после устройства каналов резко уменьшил численность, а через 45 лет полностью ушел в отпад; его место частично занял подрост березы.
-
После проведения рубок активно разрастались сфагновые мхи, багульник и пушица; через 30 лет произошло выравнивание состава и проективного покрытия живого напочвенного покрова с контролем.
Теоретическая значимость работы:
1. На основе многолетних наблюдений на постоянных пробных площадях
установлены закономерности изменения основных таксационных показателей
древостоев сосны после проведения комплексных рубок.
2. Выявлены особенности естественного возобновления основных
лесообразующих пород в осушаемых сосняках в связи с давностью осушительных
работ и разреживанием разновозрастных древостоев.
3. Экспансия сфагновых мхов на разреженных участках интенсивно
осушаемых лесных фитоценозов вызвала кратковременный возврат к прежней
лесоболотной стадии.
4. В течение 30 лет после проведения рубок функцию стабилизации и
усиления биологического круговорота активно поддерживали омоложенный
древостой, остающийся эдификатором лесного биогеоценоза, подрост сосны и
берзы, зеленые мхи, кустарнички и пушица.
Практическая значимость работы:
Предложены рекомендации по проведению рубок в осушаемых
разновозрастных сосняках для повышения их продуктивности и эффективного ведения лесного хозяйства на интенсивно осушаемых верховых болотах.
Полученные данные могут быть использованы при формировании лесных планов и лесохозяйственных регламентов на Северо-Западе РФ.
Методология и методы исследования. Методология базировалась на системном подходе к изучению природных объектов. Участки осушаемых и разреженных сосновых древостоев рассматривались как открытые и динамические биологические системы. Использованы стандартные методики, применяемые: для таксации осушаемых древостоев; для определения успешности естественного возобновления; для изучения динамики живого напочвенного покрова на опытных участках.
Исследования проведены на постоянных пробных площадях, расположенных на Тосненском стационаре кафедры почвоведения и гидромелиорации Санкт-Петербургского лесотехнического университета (Ленинградская область). 30-летняя длительность опытов позволила сохранить методологическую преемственность в сборе и обработке информации.
Использованы современные методы сбора и обработки экспериментальных данных. При обработке полученного материала использованы приложения Microsoft Excel и пакет прикладных программ STATGRAPHICS Plus 5.0.
Положения, выносимые на защиту:
-
Динамика таксационных показателей древостоев после проведения комплексных рубок в интенсивно осушаемых разновозрастных сосняках.
-
Особенности естественного лесовозобновления в осушаемых сосняках в связи с давностью осушительных работ и разреживанием древостоев.
3. Динамика состава и проективного покрытия растений живого напочвенного
покрова в результате комплексных рубок в интенсивно осушаемых сосняках.
Степень достоверности результатов подтверждается большим объемом экспериментального материала, обработанного современными методами.
Апробация результатов. Результаты работ представлены на II
Международной научно-технической конференции “Леса России: политика, промышленность, наука, образование”, СПб, СПБГЛТУ, 2017, а также на ежегодных внутривузовских конференциях в 2015-2018 гг.
Личный вклад автора. С участием автора сформулирована научная проблема, разработана программа, уточнена методика исследований. Совместно с коллегами осуществлен сбор полевого материала. Лично автором выполнена статистическая обработка, анализ и обобщение эмпирического материала.
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 5 работах в научных журналах и изданиях, в том числе 3 статьи научных журналах, входящих в перечень ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, рекомендаций, списка литературы из 150 наименований, из них 22 источника на иностранном языке. Текст диссертации изложен на 110 страницах, включает 18 таблиц, 26 рисунков.
Автор выражает благодарность научному руководителю, доктору
сельскохозяйственных наук, профессору А.П. Смирнову, а также доцентам А.А. Смирнову и А.Ф. Потокину за помощь в сборе полевых материалов. Особая благодарность – доктору сельскохозяйственных наук, профессору Б.В. Бабикову за предоставленную возможность проведения исследований на организованном им стационаре.
Рубки в осушаемых лесах
Лесорастительный потенциал осушаемых торфяных почв не проявляется в полной мере, если леса на болотах имеют высокий возраст или образуют высоковозрастные, низкополнотные и малоценные древостои. Одним из первых на эту проблему обратил внимание Н.И. Пьявченко (1972). По его словам, часто осушаются площади с разновозрастными древостоями, в которых велика доля старых деревьев, не реагирующих или слабо реагирующих на мелиорацию. После устройства каналов они будут стоять ещ десятилетия, угнетая молодняк, затрудняя возобновление и служа рассадником насекомых-вредителей и болезней. Когда эти деревья естественно отпадут или будут вырублены, и появятся, наконец, условия для развития молодого леса, осушительная сеть уже выйдет из строя или эффективность е действия сильно понизится. Поэтому одновременно с осушением разновозрастных древостоев или сразу после него необходимо удаление спелых и перестойных деревьев с целью устранения таких отрицательных факторов, как затенение и корневая конкуренция между древесными растениями старого и молодого поколений.
Сотрудники ЛенНИИЛХ А.Н. Кузнецов, В.Г. Рубцов и А.А. Книзе (1977) в свое время указывали, что проблема формирования древостоев оптимального состава и максимальной производительности в предельно короткие сроки является одной из актуальных в таежном лесоводстве. Особенно важное значение приобретают вопросы формирования указанных древостоев в связи с проведением таких лесохозяйственных мероприятий, как гидротехнические мелиорации лесных земель и различные виды рубок главного пользования.
По утверждению К.К. Буша и И.К. Иевиня (1984), осушение представляет собой единственное мероприятие, при котором коренным образом изменяется состояние лесных биогеоценозов и происходит их стабилизация на новом уровне. Создаваемые антропогенные, частично управляемые биогеоценозы осушаемых лесов отличаются высокой потенциальной продуктивностью. Однако она не может быть подобающим образом использована, если преобладающие древесные породы не отвечают условиям произрастания или образуют низкополнотные и неполноценные древостои. Неудовлетворительный или даже конфликтный состав древостоев во многих случаях препятствует использованию потенциальных возможностей осушаемых лесов для продуцирования ценной хвойной древесины. В осушенных древостоях сосна и особенно ель способны к омолаживанию и увеличению прироста по крайней мере до 100-летнего возраста. Поэтому в осушенных лесах физический возраст древостоев, а также деление рубок ухода на основе этого возраста теряют всякий смысл. Практически вся осушенная площадь нуждается в преобразовании состава древостоев и реконструкции малоценных насаждений. (Реконструкция должна пониматься шире – при преобразовании строения древостоя коренным образом). Рубки реконструктивного характера занимают промежуточное положение между рубками ухода и некоторыми видами рубок главного пользования.
К тем же выводам пришли В.А. Ипатьев с соавт. (1984). Насаждения, сформировавшиеся на избыточно увлажненных почвах, имеют сложную возрастную структуру, невысокую полноту, низкий класс бонитета и различаются по санитарному состоянию. Осушение еще более усиливает контрастность данных факторов в пределах мелиорированного объекта вследствие резкого изменения водно-воздушного и пищевого режима. В связи с этим необходим уход за составом как в молодняках, так и в более старовозрастных насаждениях. Старые и фаутные деревья крайне слабо реагируют на осушение и часто отличаются крупными размерами, занимая при этом значительную площадь питания. Необходимо удаление этих деревьев для освобождения площади питания молодым деревьям с более высоким объемным приростом древесины. Таким образом, рубки ухода могут включать в себя и элементы главной рубки.
Вблизи каналов, отмечают авторы, происходят более интенсивные процессы дифференциации и отпада деревьев, поэтому здесь формируется продуктивный древостой, но густота его значительно ниже, чем в середине межканавного пространства. Поэтому в приканавной полосе должно преобладать санитарное направление рубки. По мере удаления от канала должно возрастать число отбираемых деревьев с целью увеличения площади питания оставляемого древостоя и создания благоприятных условий для естественного возобновления. Однако интенсивные рубки, особенно на слабоосушенных участках, могут вызвать заметный подъем грунтовых вод, что потребует дополнительных затрат на проведение каналов или борозд. Интенсивное изреживание древостоев возможно лишь на лесных землях с достаточной степенью осушения, где необходимая норма осушения существенно не изменяется при изреживании древостоев.
Разновозрастные сосновые осушаемые древостои, по литературным данным, встречаются очень часто, особенно в олиготрофных и мезоолиготрофных условиях произрастания. В частности, среди осушаемых объектов средней тайги они преобладают по площади (Медведева, 1989).
Для условий Карелии, где на осушенных землях преобладают спелые и перестойные насаждения, Институтом леса Карельского филиала АН СССР помимо обычных рубок ухода рекомендуются комплексные рубки, сочетающие в себе главное пользование и уход за возрастным и породным составом древостоев (Медведева, Матюшкин, 1980). Комплексные рубки проводят в разновозрастных насаждениях с запасом перестойной части не менее 40 м3/га, где могут быть улучшены условия роста для имеющегося в достаточном количестве жизнеспособного подроста хвойных пород.
Максимальный лесоводственный эффект от осушения березовых древостоев (осушаемый березняк осоково-тростниковый) проявляется при изреживании до полноты, составляющей 50-60% от первоначальной (Константинов, Скавыш, Попов, 1980).
Ю.А. Попов и С.Г. Петрук (1980), проводившие обследование осушаемых лесов в Южной Карелии, выделили две наиболее характерные группы сфагновых типов леса, цели и способы рубок в которых различны. В редкостойных древостоях с полнотой 0,3-0,5, под пологом которых имеется 5-20 тыс. экз./га жизнеспособного подроста, необходимо вырубать все взрослые деревья для исключения конкуренции их корневых систем с подростом. В сомкнутых насаждениях с полнотой 0,7 и выше, где подроста мало, следует проводить рубку со снижением полноты до 0,5-0,6 с целью создания благоприятных условий для появления подроста и получения достаточно высокого дополнительного прироста у оставленных деревьев.
В методических рекомендациях по проведению рубок в осушаемых лесах Карелии (Лешок, Попов, 1983) изложены принципы выбора способа рубок в сосняках, порядок отбора деревьев в рубку, способы проведения рубки, очередность назначения древостоев в рубку и ее органиация. Рассмотрены мероприятия по лесовосстановлению, дана лесоводственная и экономическая оценка рубок.
В разновозрастных сосняках на осушаемых торфяниках угнетающее влияние старшего поколения проявляется в уменьшении параметров хвои и снижении накопления в ней элементов питания у молодых деревьев. Различие это тем существеннее, тем беднее почва и меньше степень осушения (Корчагина, Баишникова, 1989). При ведении лесного хозяйства на осушенных болотах желательно регулирование густоты древостоя рубками ухода. При осушении в условиях достаточного естественного возобновления желательна вырубка старого древостоя (Бабиков, 2000).
Лесоводственная цель несплошных рубок в осушаемых древостоях – омоложение и оздоровление лесов, повышение интенсивности роста перспективных деревьев и обеспечение сопутствующего лесовозобновления за счет выборки великовозрастных и фаутных деревьев (Тараканов, 2004).
Первоначальная реакция осушаемых лесоболотных древостоев на разреживание достаточно хорошо изучена и освещена в ряде публикаций в отечественной литературе (Медведева, Матюшкин, 1977, 1983; Попов, Петрук, 1980; Лешок, Попов, 1983; Ипатьев, Смоляк, Блинцов, 1984; Медведева, 1989; Залесов, 1989; Залесов, Луганский, 2002; Дружинин, Неволин, 1997, 2000; Смирнов, 2002, 2003, 2004; Тараканов, 2004; Дружинин, 2006; и др.). За рубежом основное внимание исследователей было направлено на воздействие рубок на элементы водного баланса (задержание осадков кронами, сток, режим уровней почвенно-грунтовых вод), на состояние каналов и т.д. (Paivanen, 1966, 1973, 1982, 2000; Heikurainen, Paivanen, 1970; Heikurainen, 1976; Verry, 1986; Seuna, 1988; Rantonen, Paivanen, 1989; Berry, Jeglum, 1991; Laiho, Laine, 1992; Laine, Vasander, Pyhalainen, 1992; Silver, Saarinen, 1995; Saarinen, 1996; Kojola at all, 2004; Jutras, Plamondon, 2005; и др.).
Наиболее значительные исследования в свое время были выполнены в Карелии под руководством В.М. Медведевой (1989). По е мнению, необходимым условием для проведения несплошных рубок в разновозрастных сосняках на осушенных землях должно быть наличие молодого поколения и достаточного количества хвойного подроста под пологом насаждения. При проведении несплошных рубок должны сочетаться элементы главной рубки с задачами ухода за возрастной структурой и породным составом, поэтому первоочередными объектами для них должны быть разновозрастные насаждения с большим участием спелых и перестойных деревьев и наличием хвойного подроста.
Изменение запаса, полноты, отпада и производительности древостоев
В первой серии участков на ПП 1-р и 7-р, при интенсивности рубки соответственно 32 и 28%, запас восстановился уже через 15 лет, а еще через такой же срок значительно превысил суммарный запас на контроле – таблица 3.4.
На ПП 4-р в результате сильного изреживания древостоя (57%) запас молодого поколения достиг контрольного (суммарного) только через 30 лет.
В 1-й серии опытных участков на ПП 1-р и 4-р, на момент рубки густота старшего поколения составляла 150 и 440 дер./га (доля в составе соответственно 1,2 и 2,8); молодого поколения – около 5-6 тыс. дер./га. Снижение полноты с 0,7 до 0,3-0,45 в условиях III-III,5 класса бонитета после осушения было, видимо, чрезмерным. Для этих условий вполне достаточным было снизить полноту до 0,5. Возможно, следовало провести здесь разреживание несколько позже (на 5-10 лет), ближе к возрасту кульминации прироста по запасу. Рубка старых деревьев в момент осушения здесь не имела смысла ввиду их малого количества по сравнению с густотой имеющегося молодняка.
Во 2-й серии, в результате улучшения роста деревьев на контроле, в том числе старых, на ПП 2А-р и 5А-р с сильным изреживанием (соответственно 52 и 77%) молодое поколение даже за 30 лет не смогло достигнуть уровня контрольных запасов – рисунок 3.2.
Доминирующая в составе спелая часть древостоя получила преимущество в использовании дополнительных ресурсов, полученных в результате интенсивного осушения и потепления климата. К этим ресурсам можно отнести большее количество элементов питания, высвобождающихся в результате усиления биологического круговорота, при явном преимуществе старшего поколения в объеме ризосферы.
На ПП 5А-р, где доля старшего поколения в составе на момент рубки составляла 7,3 при густоте 490 дер./га, относительная полнота после рубки была снижена до 0,16. Однако даже столь сильное разреживание древостоя на осушаемом торфянике не вызвало ветровала, что неминуемо произошло бы на минеральных почвах. Не произошло и задернения почвы, хотя в большом количестве разрослись сфагновые мхи (см. главу 5). Произошло резкое омоложение древостоя, которое продолжалось и в последующие годы, поскольку в перечтную часть поступали деревья из подроста. Через 15 лет полнота возросла до 0,51, через 30 лет – до 0,65. Тем не менее, при столь сильном разреживании, а также при наличии в составе обновленного древостоя значительной части поступающих в перечет молодых деревьев, вряд ли можно ожидать в ближайшей перспективе восстановления запаса до уровня контрольного. Здесь рубка явно запоздала, проводить е необходимо было одновременно с мелиорацией или в первые годы после не. Тем не менее, прирост запаса и общая производительность в последние 15 лет на опыте превысили контроль (соответственно 6,5 и 5,1 м3/га в год, 253 и 239 м3/га).
Темпы нарастания запаса молодого поколения на трх участках 2-й серии – ПП 4А-к, 1А-р и 2А-р за 15 лет после рубок составили соответственно 3,7; 3,5 и 4,6. Относительно слабое накопление запаса на ПП 1А-р (здесь, напоминаем, была проведена сплошная рубка одновременно с устройством каналов), объясняется меньшим возрастом древостоя по сравнению с ПП 2А-р. Однако в следующие 15 лет именно на ПП 1А-р продуктивность древостоя увеличилась в наибольшей степени: темпы нарастания запаса составили для того же ряда пробных площадей соответственно 1,9; 2,3 и 1,8. Относительная полнота на ПП 1А-р достигла 1,0 (см. таблицу 3.1).
Абсолютная полнота древостоев уже за первое 15-летие на половине участков с проведением рубок приблизилась к контролю (рисунок 3.3).
Заметно отставал этот показатель от контроля на ПП 4-р, 2А-р и 5А-р, где выборка по запасу была наибольшей, соответственно 57, 52 и 77% (см. таблицу 3.1). Во втором 15-летнем периоде сумма площадей сечений на этих участках так и не достигла уровня контрольных площадей, на которых усиление роста старых деревьев произошло не только по высоте, но и по диаметру. В то же время вновь следует обратить внимание на ускоренный рост площади сечения на ПП 1А-р, где рубка старых деревьев была проведена одновременно с осушением.
В целом выявленные тенденции для динамики полноты аналогичны тенденциям динамики запаса. Коэффициенты корреляции абсолютной полноты и запаса на всм объекте исследований в 1984, 1999 и 2014 г.г. составили соответственно 0,898; 0,896 и 0,963. Абсолютная полнота, как известно, определяется с высокой точностью непосредственными измерениями диаметра каждого дерева (с последующим распределением их по ступеням толщины, в нашем случае – по 2-сантиметровым). Высокие коэффициенты корреляции свидетельствуют о достаточной точности определения запасов древостоев (в том числе разновозрастных) на пробных площадях, т.к. полнота и запас яруса тесно связаны между собой (Моисеев, 1970).
В первое 15-летие после проведения рубок прирост по запасу заметно уступал контрольным значениям на двух сильно разреженных участках (ПП 4-р и 5А-р), во втором периоде – лишь на одном участке (ПП 2А-р) – рисунок 3.4.
На других вариантах опыта прирост запаса превышал соответствующий контрольный уровень. Особенно ярко во 2-м 15-летии проявилось значение удаления старого древостоя одновременно с осушением (ПП 1А-р). После одновременного проведения этих обоих мероприятий 50-летний древостой сосны на интенсивно осушаемом участке (20 м между каналами) вышел на 1-е место среди других вариантов опыта по продуктивности. Средний периодический прирост достиг 11 м3/га в год, несмотря на то, что возраст сосны на этом объекте на 10 лет меньше, чем на других участках с последующим разреживанием (таблица 3.6).
Это согласуется с данными других авторов. Так, В.Г. Рубцов и А.А. Книзе (1981) указывали, что, вырубая древостой одновременно с мелиорацией, за одно и то же время с одной площади можно получить больший запас.
Оценивая эффективность только осушительных работ (без проведения рубок омоложения древостоя), следует отметить, что прирост запаса на контрольных ПП за 30 лет превысил прирост на общем контроле (ПП 15-к) в 4,1-5,4 раза; на разреженных ПП – в 4,3-6,6 раза. Прирост полноты – соответственно в 3,0-4,1 раза и в 3,9-6,0 раз. Если рассматривать только ПП с расстоянием между каналами 65 м (ПП 5-к и 7А-к), то и здесь прирост запаса и полноты по сравнению с неосушаемыми (слабоосушаемыми) сосняками в среднем выше соответственно в 5,1 и 4,1 раза.
Коэффициент корреляции прироста полноты и прироста запаса в целом по объекту за 30 лет после проведения рубок составил 0,901.
На объекте практически отсутствует ветровал (бурелом, снеговал, снеголом). Отпад, представляющий в основном усыхание тонкомера, резко (в 2-10 раз) уменьшился в первые 15 лет на разреженных участках (рисунок 3.5).
На контрольных участках за последние 15 лет накопилось значительное количество тонкомерного сухостоя и ветровала (средний периодический прирост отпада достиг 1,5-2 м3/га в год), с преобладанием в ступенях толщины 6;8 и 10 см. На объектах рубок сухостойного отпада за этот период меньше в 1,5-3 раза. По литературным данным (Мястковский, Белый, 1989), в осушаемых сосняках без рубок ухода отпад может достигать 5 м3/га в отдельные годы.
Увеличение отпада и высокая относительная полнота древостоев (0,85-1,0) на участках с разреживанием свидетельствуют о необходимости проведения здесь рубок ухода (проходных).
Общая и эффективная производительность (без учета отпада) на большинстве ПП 1-й и 2-й серии увеличились по сравнению с контролем (см. таблицу 3.4). На ПП 5А-р, при сильном изреживании древостоя (77% по запасу), производительность снизилась в 1999 г., но резко выросла в 2014 г. в результате усиленного роста поступившего в перечтную часть молодняка.
Динамика возобновления березы и ели
В год проведения рубок (1984) подрост ели и берзы на всем объекте исследований полностью отсутствовал или встречался единично. Однако постепенно место подроста светолюбивой сосны на объекте исследований занял подрост берзы, породы не менее светолюбивой, но, по-видимому, более приспособленной к изменившимся световым (возможно, и почвенным) условиям. Подрост берзы появился через 25–30 лет после осушения (1990-2000 гг.) и постоянно усиливал свои позиции, заменяя подрост сосны на большинстве участков. Ель также появилась почти на всех вариантах опыта, но в незначительном количестве – таблица 4.3.
Корреляционная зависимость общей густоты подроста от густоты древостоя в 1999 г. – отрицательная и значительная (R = - 0,624); зависимость подроста березы от густоты древостоя ниже: R = -0,509. При этом на разреженных участках по сравнению с контрольными подроста березы было значительно больше (в 1,5-4,5 раза), и береза преобладала в составе подроста.
Состав и густота подроста березы определялись в основном трофностью почвы и степенью разреживания древостоев. Так, при интенсивности рубки 28% (ПП 7-р) существенных различий в составе и густоте подроста на опыте и контроле нет, причем подрост сосны отсутствовал полностью. Наибольшее количество подроста березы сохранилось (и появилось) на ПП 5А-р с предельно высоким разреживанием древостоя (до полноты 0,16), а также на ПП 1А-р в условиях повышенного плодородия почвы (II класс бонитета) и отсутствия конкуренции с подростом сосны, который к этому сроку почти полностью перешел в отпад.
Крупный или средний подрост березы преобладал на большинстве вариантов опыта. Почти полностью отсутствовал подрост берзы во все сроки наблюдений лишь на слабоосушаемом общем контроле ПП 15-к – таблица 4.4.
На разреженных участках в 1999 г. береза всюду преобладала в составе подроста. То же наблюдалось и на контрольных секциях 1-й серии, тогда как в год проведения рубок е присутствие здесь было единичным. В контрольных вариантах 2-й серии густота подроста березы уступала не только сосне, но и березе в 1-й, более олиготрофной серии. Возможно, в какой-то мере это объясняется значительно большим присутствием старшего поколения деревьев сосны на контрольных участках 2-й серии по сравнению с 1-й. При отсутствии этих деревьев на разреженных секциях численность подроста березы заметно возрастала. Встречаемость и жизнеспособность березы по объекту в целом также значительно выше была на изреженных участках. Отпад подроста березы практически отсутствовал на всем объекте.
В 2014 г. преобладает крупный подрост берзы. Наибольшее количество подроста (3–5,2 тыс. экз./га) наблюдается к настоящему времени на ОУ 2-й серии. Достоверно тесная отрицательная корреляция количества подроста берзы отмечена в 2014 г. с густотой древостоев сосны, причм как на контрольных, так и на экспериментальных вариантах опыта – таблица 4.5, рисунок 4.5.
В 1999 г. такая связь еще не прослеживалась. С полнотой древостоев связь значительно слабее. На участках 2-й серии подрост березы относительно равномерно распределн по площади. В 1-й серии ОУ подрост приурочен в основном к каналам, где больше света и лучше водно-воздушный и питательный режимы почвы. Почти во всех случаях подроста берзы больше на участках рубок по сравнению с контрольными – рисунок 4.6. Несмотря на присутствие подроста берзы на интенсивно осушаемых участках спустя полвека после устройства каналов, его перспективы весьма проблематичны. Известное светолюбие берзы, по-видимому, не позволит подросту выйти в 1-й ярус на большинстве участков, и она частично сохранится лишь в виде подлеска. Единичные экземпляры подроста березы имеют какие-то шансы выйти в основной ярус, и берза будет незначительно участвовать в составе древостоев, но только вблизи каналов. В литературе имеются рекомендации не оставлять при проведении рубок в смешанных осушаемых древостоях березу в количестве более 1-2 единиц в составе (Мариничев, 2005).
Разрастание подлесковой формы березы связано, по-видимому, с ресурсосберегающей ролью этой породы (Мельников, 1999). Известно, что береза характеризуется более высокой потребностью в элементах питания по сравнению с сосной (Медведева и др., 1977), и обеспечивает возможность быстрого захвата, связывания и возврата питательных веществ в почву с опадом. С другой стороны, опад березы угнетающе действует на сфагновые мхи (Книзе, Рубцов, 1982) и обогащает почву азотом (Мелентьева, 1980). Определенную ресурсосберегающую роль при разреживании древостоев на осушаемых торфяниках играл, по-видимому, и подрост сосны, количество живых экземпляров которого было всегда выше на изреженных участках.
В год рубки представители естественного возобновления ели в единичных экземплярах имелись лишь на участках 2-й серии. В количестве 0,1– 0,4 тыс. экз./га подрост ели присутствовал на опытных объектах 2-й серии через 15 лет после проведения рубок (1999) и в дальнейшем сохранил это присутствие. Несмотря на крайне незначительное количество елового подроста и его неравномерное распределение по площади, за последние 15 лет практически полностью отсутствует его отпад.
Подрост ели, несмотря на малую численность как на разреженных, так и на контрольных вариантах, относится к жизнеспособному, а по высоте – к мелкому и среднему. Подрост ели растет в высоту быстрее, чем сосновый. Например, в возрасте 13 лет он может достигать высоты 150 см, а лучшие экземпляры подроста сосны в 16 лет лишь 102 см. При одинаковой высоте средний возраст елового подроста всегда меньше, чем соснового. Так, у мелкого подроста он составляет соответственно 11,8 и 18,2, у среднего 18,0 и 24,2, у крупного 18,6 и 27,2 года. Из соотношений средних возрастов (0,65; 0,74 и 0,68). видно, что лучше всего растет мелкий еловый подрост относительно мелкого соснового (Смирнов, Грязькин, 1998). Положительное влияние на подрост ели при проведении несплошных рубок в осушаемых лесах отмечается в литературе (Грозин, 2003).
Изменение структуры и проективного покрытия растений травяно кустарничкового яруса
В общем проективном покрытии травяно-кустарничкового яруса в 1999 г. существенные изменения произошли в обеих сериях опытных участков: на участках с изреживанием (кроме ПП 1А-р) общее проективное покрытие яруса увеличилось по сравнению с контролем в 1,5-2 раза, причм в основном за счт трх видов – багульника болотного, подбела и пушицы влагалищной – таблица 5.3.
Во 2-й серии участков различия в ОПП травяно-кустарничкового яруса в связи с разреживанием в этот период были менее существенными, однако выявленная тенденция и здесь имела место – рисунок 5.4.
Об усилении присутствия кустарничков после рубки в сосняке кустарничково-сфагновом имеются сообщения в литературе (Кряжевских, 2000).
По разным участкам обеих серий проективное покрытие пушицы возрастает в 1-й серии ОУ, во 2-й – остается без изменений. Наиболее заметным здесь, как уже отмечалось, является увеличение доли мхов, рисунок 5.5.
В 2014 г., через 30 лет после проведения разреживаний, на всех вариантах опыта (на экспериментальных и контрольных) наблюдалось снижение присутствия растений травяно-кустарничкового яруса по сравнению с 1999 г., по аналогии с ОПП мохово-лишайникового яруса – см. рисунки 5.2 и 5.4. Это можно объяснить возрастанием полноты древостоев и сомкнутости их крон. Особенно резко, в 3-15 раз на изреженных участках уменьшилось проективное покрытие багульника. В то же время на слабоосушаемом контроле ПП 15-к, в условиях низкой полноты древостоя, присутствие багульника возросло почти втрое. По-видимому, разрастанию багульника здесь способствовало также резкое уменьшение обилия сфагновых мхов. Однако здесь трудно разделить причину и следствие. Известно, что чем сильнее развиты травы, тем больше подавлены мхи (Карпов, 1969; Сеннов, 1984; и др.). Правда, в этих случаях речь идет о минеральных почвах и зеленых мхах. Можно предположить, что и на осушаемом торфянике развитие травяно-кустарничкового яруса и яруса зеленых мхов в большей степени зависит от развития сфагновых мхов.
На большинстве разреженных участков к 2014 г. проявилась тенденция к уменьшению проективного покрытия кустарничков и пушицы по сравнению с контролем – рисунок 5.6.
Подбел в измеримых количествах (0,3-0,7%) к 2014 г. остался только на контрольных участках, тогда как в 1999 г. он присутствовал почти на всех ПП в количестве 2-7%. К 2014 г. почти исчезла водяника, однако на отдельных участках появились морошка, черника, брусника в количестве 1-7%; на участках с наиболее интенсивным осушением единично – плаун булавовидный, кипрей, марьянник луговой, щитовник игольчатый (см. таблицу 5.3). В целом по объекту количество видов живого напочвенного покрова за последние 15 лет или остается прежним (две ПП), или уменьшается (шесть ПП) или увеличивается (три ПП) – таблица 5.4.
Если не учитывать виды с единичным присутствием, то через 30 лет после рубок преобладают две тенденции в составе травяно-кустарничкового яруса:
1) уменьшение количества видов (на 1-2 вида);
2) отсутствие количественных изменений.
В целом по объекту следует отметить, что реакция видового состава травяно-кустарничкового яруса на разреживание осушаемых сосняков характеризуется значительной долей консерватизма. На минимальные изменения в составе ЖНП в сосняках на минеральных почвах даже после сильного изреживания указывал С.Н. Сеннов (1984). Рассмотрим не относительные, а абсолютные изменения (абсолютные проценты) представленности основных групп напочвенного покрова на разреженных участках сравнительно с контролем, через полтора и три десятилетия после проведения рубок, с учетом того, что доля участия этих групп в начале эксперимента на контроле и опыте была очень близкой. Выявлено, что три пробных площади с наибольшей интенсивностью рубок и наименьшей степенью осушения (ПП 4-р, 2А-р и 5А-р) в 1999 г. имели наибольшие отличия от контроля в отношении абсолютного проективного покрытия обеих групп мхов: обилие сфагнов возросло в среднем на 31%, зеленых мхов – уменьшилось на 23%. В другой условной группе ПП, в наиболее дренированных условиях (ПП 1-р и 1А-р, при среднем расстоянии между каналами 20 м), а также на ПП 7-р (65 м между каналами) произошло, напротив, некоторое уменьшение присутствия сфагнов по сравнению с контролем (в среднем на 7%), и настолько же (на 6%) – увеличение присутствия зеленых мхов– таблица 5.5.
Следовательно, в первой группе ПП с наибольшей интенсивностью изреживания древостоя (ПП 4-р, 2А-р и 5А-р) усиление позиций сфагнов могло привести к уменьшению скорости биокруговорота (Антипин, Лопатин, 1996). Особенно обильно разрастались сфагны на ПП 4-р (проективное покрытие на 50% выше контроля).
Проективное покрытие кустарничков и пушицы в 1999 г. возрастало, по сравнению с контролем, в обеих условных группах ПП. Особенно заметно разрослась пушица на ПП 7-р (превышение контроля на 25%), а кустарнички – на ПП 4-р (превышение контроля на 20%). Если иметь в виду ресурсосберегающую функцию компонентов ЖНП при разреживании древостоев в данных условиях, главную роль играют именно кустарнички и пушица. Так, наибольшее содержание зольных элементов и азота на мезотрофных и олиготрофных болотах южной Карелии характерно для надземной части пушицы и кустарничков (подбела, кассандры, клюквы, багульника); далее следуют мхи и корни кустарничков (Медведева и др.,1977). Следовательно, в первые 15 лет после проведения рубок ресурсосберегающая функция кустарничков и пушицы была более всего выражена на ПП 4-р и 7-р. На ПП 4-р в наибольшей степени разрастались как сфагны, так и кустарнички с пушицей, т.е. происходило как замедление биокруговорота, так и сбережение почвенных ресурсов в условиях интенсивного осушения и разреживания древостоев.
Через три десятилетия после проведения рубок разница в проективном покрытии сфагнов на ПП обеих условных групп была близкой – сфагны вс ещ имели некоторое преимущество на разреженных участках: в среднем на 4,5% (первая группа) и на 8% (вторая, с сильным разреживанием) больше по сравнению с контролем. Проективное покрытие зеленых мхов к этому сроку на опытных вариантах выявило противоречивые тенденции. В первой группе в среднем изменения составили около нуля, но на ПП 7-р зеленые мхи уменьшили свое присутствие существенно (на 17%); во второй группе эти же мхи также ослабили свои позиции (в среднем на 7%), причем на ПП 4-р уменьшение составило 26% по сравнению с контролем.
Кустарнички в первой группе ПП показали почти полное соответствие с контролем (в среднем -0,7%), во второй группе уменьшение их присутствия было более заметным – в среднем на 7%. Пушица в первой группе ПП несколько ослабила позиции – уменьшение в среднем на 4%, хотя по отдельным ПП изменения имели разные знаки; во второй группе – в среднем различий с контролем нет, но также имеются разные знаки у сравнительно небольших отличий по отдельным ПП. Напрашивается вывод, что кустарнички и пушица за 30-летний срок практически выровняли свои позиции на изреженных ПП по сравнению с контрольными, следовательно, их ресурсосберегающая функция также выровнялась с контролем.
Таким образом, на осушаемом верховом торфянике при разреживании древостоев наблюдается несколько иной ход восстановительных процессов в отношении живого напочвенного покрова по сравнению с минеральными почвами. Разреживание древостоя на осушаемом верховом торфянике так же, как и на минеральных почвах, приводит к возрастанию суммарного проективного покрытия ЖНП и изменению его структуры, в основном за счет усиления позиций сфагновых мхов. Практически все виды напочвенного покрова, произраставшие до рубки, сохранили свое присутствие и после нее. В этом сходство с реакцией ЖНП на рубки в суходольных лесах. Отличие в том, что разреживание древостоя на интенсивно осушаемых участках олиготрофного торфяника не увеличивает и, видимо, не может существенно увеличить разнообразие видового состава ЖНП после рубки. Не увеличил это разнообразие даже полувековой срок, прошедший после осушения. Интенсивно осушаемые участки с разреженным древостоем имеют почти тот же набор видов, что и контрольная ПП 15-к. Марьянник луговой, щитовник игольчатый, кипрей, плаун булавовидный, брусника, черника представлены на них пока лишь в виде единичных экземпляров.
В осушаемом сосняке кустарничково-сфагновом очень долго сохраняются черты бывшего верхового болота (1-2-метровая толща торфа, по-прежнему высокие уровни ПГВ, высокая кислотность почвы, значительное присутствие или даже доминирование в составе ЖНП сфагнов (Смирнов, 2003). По-видимому, это характерно не только для верховых торфяников (Смоляницкий, 1992).