Повышение рекреационной устойчивости и привлекательности сосновых лесов Казахстана Данчева Анастасия Васильевна

Содержание к диссертации

Введение

1. Состояние вопроса 11

2. Природные условия регионов исследований 37

2.1. Общие сведения 37

2.2. Лесорастительная зона и климат 39

2.3. Геология, рельеф, почвы 42

2.4. Растительность 46

2.5. Гидрография и гидрологические условия 52

Выводы 56

3. Районирование сосновых лесов Казахстана 58

3.1. Общие сведения о сосновых лесах Казахстана, история их возникновения 58

3.2. Геоморфологическое районирование 61

3.3. Природное (физико-географическое) районирование 67

3.4. Лесоэкономическое и лесохозяйственное районирование 71

3.5. Лесорастительное районирование 75

3.6. Лесопожарное районирование 85

Выводы 86

4. Сосновые леса Казахстана 90

Выводы 118

5. Влияние рекреационных нагрузок на состояние и устойчивость сосняков Казахстана 121

5.1. Методика и объекты исследований 121

5.2. Функциональное зонирование сосновых насаждений 131

5.3. Определение стадий рекреационной дигрессии и предельно допустимых рекреационных нагрузок 136

5.4. Влияние рекреационных нагрузок на таксационные показатели и жизненное состояние сосновых древостоев 138

5.5. Влияние рекреационных нагрузок на биометрические показатели ассимиляционного аппарата сосны 163

5.6. Оценка состояния рекреационных сосняков по величине покрытия эпифитными лишайниками стволов сосны 177

5.7. Дендрохронологический анализ влияния рекреационных нагрузок на сосновые древостои 182

5.8. Количественные и качественные показатели подроста в рекреационных сосняках 188

5.9. Флористический состав и проективное покрытие живого напочвенного покрова в рекреационных сосняках 200

5.10. Количественные показатели лесной подстилки в рекреационных сосняках 210

Выводы 214

6. Влияние рубок ухода на состояние, устойчивость и защитные функции рекреационных сосняков Казахстана 219

6.1. Влияние рубок ухода на таксационные характеристики сосняков ГЛПР «Семей орманы» 220

6.2. Влияние рубок ухода на биологическую устойчивость и пожароустойчивость сосняков ГЛПР «Семей орманы» 224

6.3 Динамика сосновых насаждений под влиянием рубок ухода 232

6.3.1 Изменение таксационных показателей сосновых древостоев под влиянием рубок ухода 233

6.3.2 Влияние рубок ухода на состояние сосняков 248

6.3.3 Дендрохронологический анализ эффективности рубок ухода в сосняках 255

6.3.4 Влияние рубок ухода на таксационные характеристики кроны деревьев в рекреационных сосняках 272

6.3.5 Влияние рубок ухода на естественное возобновление и живой напочвенный покров в рекреационных сосняках 282

Выводы 298

7. Особенности формирования сосновых молодняков рекреационного назначения на гарях Казахстана 302

7.1. Таксационные характеристики послепожарных сосновых молодняков 302

7.2. Влияние густоты произрастания на таксационные характеристики крон подроста сосны в послепожарных молодняках 323

7.3 Влияние густоты произрастания на биометрические показатели ассимиляционного аппарата деревьев сосны в послепожарных молодняках 331

Выводы 336

Заключение 338

Библиографический список 349

Приложения 402

• Растительность
• Влияние рекреационных нагрузок на таксационные показатели и жизненное состояние сосновых древостоев
• Дендрохронологический анализ эффективности рубок ухода в сосняках
• Влияние густоты произрастания на биометрические показатели ассимиляционного аппарата деревьев сосны в послепожарных молодняках

Введение к работе

Актуальность темы исследования. Урбанизация жизни обусловила вовлечение в сферу рекреационного использования больших территорий природных ландшафтов. С колоссальной быстротой приобретают популярность различные виды отдыха в лесу и, способствующая этому, коммерциализация данных видов отдыха. При этом неконтролируемое рекреационное использование лесных насаждений зачастую имеет отчетливо выраженные отрицательные последствия. Рекреация становится одним из факторов экологического риска.

Особенно остро проблема сохранения рекреационной устойчивости насаждений стоит в регионах, где площадь лесов ограничена, а, следовательно, концентрация отдыхающих весьма значительна. Характерным примером могут служить сосновые леса Республики Казахстан, представляющие собой уникальное природное явление.

Рекреационное использование сосновых лесов Казахстана должно основываться на глубоком комплексном исследовании влияния различных видов антропогенного воздействия на компоненты рассматриваемых насаждений с учетом специфичности их природы. Поэтому поиск оптимальных критериев оценки состояния и путей повышения биологической устойчивости, защитных функций сосновых насаждений Казахстана, как основы их рекреационного потенциала, является весьма актуальным.

Степень разработанности темы. Вопросы рекреационного лесопользования лесных насаждений широко освещаются в научной литературе. Существенный вклад в изучение данной проблемы в насаждениях Казахстана внесли сотрудники КазНИИЛХА. Влияние антропогенных факторов на леса Казахского мелкосопочника рассматривалось в работах А.И. Воробьева, В.Т. Внучкова, С.М. Мусина, А.В. Портянко и др. При этом, на сегодняшний день, мало изученными остаются вопросы рекреационного лесопользования сосновых лесов других регионов Казахстана, в которых происходит интенсивное развитие сферы рекреационных услуг.

Автором продолжены исследования в направлении изучения особенностей влияния рекреационного воздействия на компоненты сосновых насаждений Казахстана, поиска специфических критериев и диагностических признаков их состояния, обобщения полученного материала и разработки на этой основе предложений по повышению их биологической устойчивости, а также защитных и рекреационных функций.

Диссертация является законченным научным исследованием.

Цели и задачи. Целью данной работы является комплексное изучение влияния различных видов антропогенного воздействия, лесохозяйственных мероприятий на состояние и устойчивость сосновых лесов Казахстана и разработка на этой основе рекомендаций по повышению их рекреационной устойчивости и привлекательности.

Поставленная цель достигалась решением следующих задач:

1. Проведение общего, с учетом особенностей рекреационного использования сосновых лесов Казахстана, их функционального зонирования.

2. Изучение влияния рекреационных нагрузок различной интенсивности на компоненты сосновых насаждений в различных условиях произрастания.

3. Установление возможности использования показателей проективного
покрытия стволов деревьев сосны эпифитными лишайниками в качестве крите
рия рекреационной дигрессии насаждений.

4. Анализ возможности использования параметров кроны и ассимиляционного аппарата при оценке состояния рекреационных сосняков Казахстана.

5. Изучение эффективности проведения рубок ухода в рекреационных сосняках Казахстана в различных лесорастительных условиях.

6. Изучение последствий рекреационного воздействия и эффективности
проведения лесохозяйственных мероприятий в сосняках методами дендрохро
нологии.

7. Анализ возобновительной способности сосновых насаждений рекреационного назначения на пройденных лесными пожарами площадях.

8. Разработка рекомендаций по повышению рекреационной устойчивости и привлекательности сосновых насаждений.

Научная новизна. Впервые для сосновых лесов Казахстана проведено их функциональное зонирование, основанное на принципе удаленности от мест массового отдыха и фактической величины рекреационных нагрузок. Изучены особенности рекреационного воздействия на компоненты сосновых насаждений ленточных боров Прииртышья (на примере государственного лесного природного резервата (ГЛПР) «Семей орманы»). Дано обоснование использования биометрических показателей ассимиляционного аппарата и проективного покрытия эпифитными лишайниками стволов сосны в качестве диагностических показателей при определении состояния как древостоя в целом, так и каждого дерева в отдельности. Разработана диагностическая шкала определения рекреационной дигрессии сосновых насаждений Казахстана. Установлены критерии отбора деревьев в рубку, а также некоторые принципы ведения хозяйства в чистых сосновых насаждениях с использованием дендрохронологических методов.

Теоретическая и практическая значимость работы. Расширены современные знания о влиянии рекреации на компоненты сосновых насаждений Казахстана, произрастающих в аридных условиях. На основе анализа величины рекреационных нагрузок проведено разделение сосняков Казахстана по функциональным зонам (ФЗ). Обобщены данные по районированию сосняков Казахстана. Проанализированы особенности возобновительных функций сосновых лесов Казахстана на пройденных лесными пожарами площадях. Проанализированы особенности проведения рубок ухода в сосняках Казахстана. Установлены дополнительные количественные показатели оценки состояния сосновых дре-востоев и диагностические показатели, такие как биометрические параметры ассимиляционного аппарата и проективное покрытие стволов сосны эпифит-ными лишайниками, позволяющие оперативно с большой точностью контроли-

ровать происходящие изменения в состоянии сосновых насаждений и отдельных деревьев.

На основе предложенной ранее С.М. Мусиным (1999) диагностической шкалы для определения стадий рекреационной дигрессии лесов Щучинско-Боровской курортной зоны разработана шкала для определения стадий рекреационной дигрессии сосновых насаждений Казахстана, позволяющая более точно, оперативно и объективно определять состояние сосновых древостоев, тем самым своевременно назначать проведение необходимых мер по повышению их устойчивости.

Материалы исследований вошли в лекционные курсы по рекреационному лесоводству и лесоведению для студентов института леса и природопользования ФГБОУ ВО «Уральский государственный лесотехнический университет».

Научно-исследовательская работа выполнена в рамках бюджетных программ 212, 256 – «Прикладные научные исследования в области АПК Республики Казахстан» в период 2011-2017 гг. по разделам «Оценка продуктивности основных лесообразующих насаждений Казахского мелкосопочника и их эко-лого-экономический потенциал», «Увеличение эколого-биологического потенциала лесных экосистем Казахского мелкосопочника в процессе облесения го-рельников и обоснование перевода нелесных земель в лесные» и «Разработать эколого-лесоводственные основы рационального лесопользования сосновых насаждений, принципы и методы оптимизации развития».

Представленные материалы могут служить основой для разработки нормативной документации по использованию ресурсов лесного фонда в рекреационных целях.

Методология и методы исследования. Методология исследований базируется на системном подходе к их проведению. Использовались типовые методики, применяемые в лесной таксации, лесоведении, лесоводстве и дендрохронологии.

Положения, выносимые на защиту.

1. Оценка современного состояния рекреационных сосняков Казахстана, а также экологических условий их формирования, общая значимость и защитно-экологическая роль сосняков в различных лесорастительных районах.

2. Использование ряда показателей (биометрические параметры ассимиляционного аппарата, величина проективного покрытия стволов сосны эпифит-ными лишайниками, индекс относительного проективного покрытия (К_пп)) в качестве диагностических признаков при определении степени рекреационного воздействия и оценке состояния отдельных деревьев и древостоев в целом.

3. Уточненная и дополненная шкала рекреационной дигрессии сосновых насаждений Казахстана.

4. Критерии успешности естественного лесовосстановления рекреацион
ных сосняков на пройденных лесными пожарами площадях.

5. Новые критерии отбора деревьев в рубку, а также усовершенствованные
принципы ведения хозяйства в чистых сосновых насаждениях.

6. Концепция рекреационного лесопользования в сосновых лесах Казахстана и пути повышения их рекреационной устойчивости и привлекательности.

Степень достоверности и апробация результатов. Обоснованность выводов и практических разработок подтверждается применением системного подхода и современных методических приемов исследований; длительностью исследований с использованием стационарных методов, значительным объемом экспериментального материала, а также объективностью в оценке полученных результатов и проверкой основных выводов и практических рекомендаций в производственных условиях. Полученный материал обрабатывался современными методами математической статистики с помощью приложения Microsoft Excel.

Основные теоретические положения и практические результаты исследований представлялись и обсуждались на международных (Томск, 2011, 2016; Омск, 2012; Улан-Удэ, 2012; Алматы, 2012, 2015, 2016, 2017; Щучинск, 2013, 2017; Гомель, 2013; Санкт-Петербург, 2014; Шымкент, 2014; Жанозен, 2014; Екатеринбург, 2014, 2015, 2017; Астана, 2015; Барнаул, 2015; Брянск, 2015, 2016, 2017; Воронеж, 2015; Барнаул, 2016; Волгоград, 2016; Саратов, 2016; Минск, 2017), республиканских (Астана, 2016; Алматы, 2016), всероссийских (Екатеринбург, 2011, 2012; Петрозаводск, 2016; Чебоксары, 2016) конференциях, форумах, семинарах, а также в СМИ.

Научно-исследовательские работы по разделам «Оценка продуктивности основных лесообразующих насаждений Казахского мелкосопочника и их эко-лого-экономический потенциал», «Увеличение эколого-биологического потенциала лесных экосистем Казахского мелкосопочника в процессе облесения го-рельников и обоснование перевода нелесных земель в лесные» и «Разработать эколого-лесоводственные основы рационального лесопользования сосновых насаждений, принципы и методы оптимизации развития» выполнены в рамках бюджетных программ 212, 256 – «Прикладные научные исследования в области АПК Республики Казахстан» в период 2011-2017 гг. Основные результаты по научным исследованиям ежегодно заслушивались на ученых советах Каз-НИИЛХА, г. Щучинск.

Личный вклад автора. Постановка цели и задач исследований, программа и методика работ выполнены автором. В сборе полевого материала принимали участие сотрудники отдела лесоведения и лесоводства КазНИИЛХА. Статистическая обработка данных, анализ и обобщение полученных материалов осуществлялась лично автором.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 132 работы, в том числе 2 монографии, 1 учебное пособие, 1 учебный справочник, 1 методическое указание, 44 статьи в рецензируемых журналах, включенных в Перечень ВАК РФ и ВАК РК, получены свидетельства на 4 базы данных и 1 патент.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 7 глав, заключения, библиографического списка, включающего 519 наименований, в том числе 50 иностранных авторов. Работа изложена на 515 страницах,

текст проиллюстрирован 157 рисунками, 101 таблицей и включает 69 приложений.

Благодарности. Автор выражает глубокую признательность и благодарность сотрудникам КазНИИЛХА Портянко А. В., за предоставление данных по ряду ПП и содействие в выполнении диссертационной работы, Битиевой Т.В., к. с.-х. н. Баранову С.М., лаборантам Новокшонову И.В. и Меркель К.А. за помощь в проведении полевых работ, а также к. с.-х. н. Гурской М. А. и к. с.-х. н Кукарских В. В., сотрудникам лаборатории дендрохронологии Института экологии растений и животных УрО РАН за оказанную помощь в проведении дендрохронологических исследований.

Особая благодарность специалистам ГЛПР «Семей орманы» и Баянауль-ского ГНПП за помощь в организации полевых исследований и за предоставленные информационные материалы.

Растительность

Основными лесообразующими породами регионов исследований является сосна обыкновенная (Pinus sylvestris L.), береза повислая (Betula pendula L.) и пушистая (B. pubescens Ehrh.), а также осина (Populus tremula L.) (Сукачев, 1948). Все сосновые леса имеют высокую степень пожарной опасности и иногда подвергаются периодическим опустошительным пожарам. В более влажных борах, в понижениях рельефа, совместно с сосной растут береза и осина, образуя смешанные древостои (Лимберг, 1948; Сукачев, 1948; Гудочкин, Чабан, 1958; Основные положения…, 1988 а, б; 1990).

Сосновые боры Казахского мелкосопочника находятся в степной зоне, при этом Кокшетауская их группа – в подзоне разнотравно-ковыльных степей, а Бая-наульско-Каркаралинская – в подзоне сухих типчаково-ковыльных степей (Горча-ковский, 1987). Гранитные массивы, возвышающиеся над уровнем окружающей территории, нарушают картину зонального распределения растительности, поэтому их низкие уровни относятся к лесостепному, а более высокие – к лесному поясу, образуя своеобразные лесные оазисы среди окружающих степей. Производительность сосновых насаждений Казахского мелкосопочника характеризуется ІІІ и ІV классами бонитета, местами (на скалах) V, Vа и Vб классами бонитета (Основные положения…, 1979, 1988а) (табл. 2.2).

Наиболее распространенные типы леса на гранитоидах и кварцито-сланцах – очень сухие каменисто-скальные или каменистые боры и сухие каменисто-лишайниковые сосняки или мертвопокровно-лишайниковые боры; также выделяют мшисто-травяные более сухие, мшисто-травяные более влажные, кустарниковые боры (Сукачев, 1948; Гудочкин, Чабан, 1958; Основные положения …, 1988; Грачев, 2006).

В очень сухих скальных сосняках (группа типов леса С1) травяной покров развит слабо, его проективное покрытие 1%. В травяном покрове иногда встечаются очиток гибридный (Sedum hybridum L.), гвоздика игольчатая (Dianthus acicularis Fisch. ex Ledeb.), молочай полусердцевидный (Polypodium vulgare L.), вероника седая (Veronica incana L.) и др. Кустарниковый ярус не выражен (Гир-лов и др., 1984; Сукачев, 1948; Грибанов, 1960). Наиболее характерные представители нижнего яруса – лишайники. Выходы гранита покрыты накипными и корковыми лишайниками, сухолюбивыми петрофитными мхами. По производительности это насаждения V-Vб классов бонитета.

Сухие каменисто-лишайниковые сосняки или мертвопокровно лишайниковые боры (группа типов леса С2) занимают сглаженные вершины сопок и невысоких гранитных кряжей. Производительность насаждений варьирует от II до IV классов бонитета в связи с мозаичностью почвенного покрова. Травяной покров развит слабо, проективное покрытие не превышает 1-2%. Под пологом лишайниковых сосняков встречаются кошачья лапка двудомная (Antennaria dioica L.), вероника колосистая и седая (Veronika specata L., V.incana L.), прострел желтоватый (Pulsatilla flavescens (Zucc.) Juz.). Наиболее характерное явление для описываемых сообществ – обилие лишайников. Они сплошь покрывают поверхность почвы, а также отмечается обилие эпифитных лишайников. Среди лишайников встречаются небольшие пятна мхов. По производительности это насаждения II-III классов бонитета (Сукачев, 1948; Грибанов, 1960).

Мшисто-травяные более сухие сосняки (группа типов леса С3) характеризуются чистыми, с незначительной примесью березы, древостоями II-III классов бонитета. Подлесок редкой или средней густоты. Моховой покров развит слабо. В травяном покрове встречаются грушанка однобокая (Pyrola secunda L.), золотарник обыкновенный (Solidago virga aurea), лобазник шестилепестной (Filipendula hexapetala Gilib.), полынь обыкновенная (Artemisia vulgaris L.) и др.

Мшисто-травяные более влажные сосняки (группа типов леса С4) характеризуются пониженным положением, хорошо выраженным микрорельефом, значительно более увлажненными почвами. В древостое обычно имеется значительная примесь березы. В травяном, хорошо развитом покрове, встречаются лесные виды, такие как брусника обыкновенная (Rhodococcum vitis idaea L.), золотарник обыкновенный (Solidago virga aurea L.), линнея северная (Linnaea Borealis L.), грушанка круглолистная (Pyrola rotundifolia L.), лабазник вязолистный (Filipendu-la ulmaria L.) и др. (Сукачев, 1948; Пачикина, Рубинштейн, 1960; Основные положения …, 1988 а). На территории, примыкающей к островным борам Кокшетауской группы, естественная растительность почти не сохранилась. Большая часть ранее существовавших богато-разнотравно-ковыльных, разнотравно-ковыльных степей в настоящее время почти все распаханы (Беклемишев, 1958; Горчаковский, 1987; Основные положения …, 1988 а).

Леса в Баянаульском подрайоне низкогорных сосновых лесов не имеют сплошного распространения (Основные положения…, 1979). В верхнем биоклиматическом поясе (800-1000 м) произрастают сосновые леса с редким подлеском из можжевельника казацкого и малины. Из травянистой растительности преобладают ксерофитные группировки и отчасти лишайники, по северным склонам встречаются зеленые мхи. В нижней зоне (400-800 м) сосна обыкновенная местами с примесью березы и осины занимает средние и нижние положения склонов сопок. В подлеске – шиповник черноплодный, жимолость мелколистная и кизильник; в живом напочвенном покрове (ЖНП) – брусника, вейник, грушанка и др. Долины и пологие склоны гор характеризуются редкими древостоями из сосны и березы. На вогнутых поверхностях произрастают осинники с хорошо развитым травянистым покровом. В поймах горных ручьев и ключей распространены ольховые леса с примесью березы, черемухи, ив.

В прилегающей к Баянаульскому массиву местности в низком мелкосопоч-нике и по межсопочным делювиально-пролювиальным понижениям преобладают серии сообществ овсецовой (Helictotrichon desertorum), тырсовой (Stipa capillata) формаций с Caragana pumila, типчаково-тырсовой (Festuca valesiaca ssp.sulcata, Stipa capillata) со Spiraea hypericifolia формацией, красноковыльной (Stipa rubens) формации (Горчаковский, 1987).

В ленточных борах Казахстана выделяются 4 основных типа леса (табл. 2.3) (Основные положения …, 1981 а, 1990; Бирюков, 1982).

Сухой бор крупных дюн и бугров (группа типов леса С1) характеризуется низко производительными, V класса бонитета, чистыми сосновыми насаждениями с преобладанием перестойных сосняков (Смирнов, 1966). Полнота – 0,3-0,4. Подлеска нет. Лесная подстилка состоит из мелкого опада, толщина ее не превышает 1 см и покрывает почву лишь на 20-30%, образуя пятна оголенного песка. ЖНП редкий – овсяница Беккера (Festuca Beckeri Hack.), осочка приземистая (Carex su-pina Willd. ex. Wahl), качим высочайший (Gypsophila altissima L.). Иногда, в давно не тронутых пожарам сосняках встречаются подушки лишайников рода Cladonia.

Сухой бор средних плосковершинных песчаных образований с пологими склонами (группа типов леса С2) представлен чистыми по составу сосняками IV, реже III классов бонитета. Подлесок отсутствует. Подстилка более мощная (1-2 см), создает почти сплошной слой, местами недостаточно сформирована. ЖНП редкий с яркими представителями овсяница Беккера (Festuca Beckeri Hack.), сон-трава (Anemone patens L.), вероника колосистая (Veronica spicata L.), осочка приземистая (Carex supina Willd.ex.Wahl) и др. (Смирнов, 1966).

Бор мелких всхолмлений и слабоволнистых пространств (группа типов леса С3) характеризуется чистыми сосновыми насаждениями III-II классов бонитета с примесью березы и осины в понижениях. Из подлеска встречается акация желтая, шиповник иглистый, спирея. Напочвенный покров сильно развит, образуя сплошное сплетение корневых систем. Эдификаторами являются степные злаки: типчак жестколистный, ковыль Иоанна, осочка приземистая и ранняя, вейник наземный (Смирнов, 1966).

В группе типов леса влажный (низинный, свежий) (С4) формируются сосновые насаждения с примесью березы и осины. Подлесок редкий, в основном, представлен ивой сибирской (Salex sibirica Pall.). Лесная подстилка довольно мощная – до 3 см. Напочвенный покров редкий: вейник наземный (Calamgrostis epigeios Roth.), хвощ зимующий (Eguisetum hiemale L.), мятлик луковичный (Poa bulbosa L.), золотая розга (Solidago vigra aurea L.), вероника колосистая (Veronica spicata L.) и др.

Влияние рекреационных нагрузок на таксационные показатели и жизненное состояние сосновых древостоев

В результате проведенных исследований установлено, что с увеличением рекреационной воздействия отмечается увеличение средних показателей диаметра и высоты высокополнотных сосновых древостоев (табл. 5.3).

В зоне активного посещения (ФЗ-I) рассматриваемый показатель увеличива ется в 1,2-1,7 раза в сравнении с зоной умеренного посещения (ФЗ-II) и зоной контроля (ФЗ-III) (табл. 5.3). В очень сухих и сухих сосняках разница в показателях среднего диаметра между сравниваемыми зонами значительно выше, в сравнении со свежими и влажными сосняками. Так, во влажных сосняках значение среднего диаметра в ФЗ-I превышает данный показатель в ФЗ-II и ФЗ-III на 11 и 20,6%, в свежих сосняках– на 19 и 14,6%, в сухих условиях – на 26,2 и 44,8% и в очень сухих сосняках– на 60,6 и 72% соответственно.

Аналогичная ситуация наблюдается и в изменении средних показателях высоты древостоя. Во влажных и свежих сосняках среднее значение высоты превышает данный показатель в зоне умеренного посещения (ФЗ-II) и зоне контроля (ФЗ-III) на 8,2-10,7%, в сухих сосняках – на 5,2-15,9%, в очень сухих сосняках – на 29,8-30,8% (табл. 5.3).

По мере улучшения условий произрастания во всех ФЗ высокополнотных сосняков отмечается увеличение средних показателей диаметра и высоты.

Сравнительный анализ влияния рекреационных нагрузок на таксационные показатели среднеполнотных сосновых насаждений сухих условий произрастания проведен на примере ГЛПР «Семей орманы», поскольку наличие таковых в зоне активного посещения (ФЗ-I) ГНПП «Бурабай» не выявлено.

Общая тенденция увеличения диаметра и высоты древостоя с увеличением рекреационного воздействия сохраняется в среднеполнотных сосняках сухих условий произрастания (табл. 5.4) и свежих условий произрастания (на примере ГНПП «Бурабай») (приложение 12). Значения рассматриваемых показателей в зоне активного посещения (ФЗ-I) увеличиваются в 1,1-1,3 раза в сравнении с аналогичными в зоне умеренного (ФЗ-II) и слабого (условно контроль) (ФЗ-III) посещения.

При этом следует отметить, что в среднеполнотных сосняках данная зависимость менее выражена, нежели в высокополнотных.

Полученные различия в значениях диаметра и высоты высокополнотных сосновых древостоев между зоной активного (ФЗ-I), зоной умеренного посещения (ФЗ-II) и зоной контроля (ФЗ-III) статистически достоверные во всех случаях (tфакт=3,5-11,7 при t0,05=2,10-2,26). Существенные различия в рассматриваемом показателе между ФЗ-II и ФЗ-III отсутствуют во всех группах типов леса (tфакт=0,8-2,5 при t0,05=2,10-2,26).

В среднеполнотных сосняках статистически достоверные различия в значениях диаметра и высоты древостоя установлены между зоной активного посещения (ФЗ-I) и зоной контроля (ФЗ-III), а также между зоной умеренного посещения (ФЗ-II) и зоной контроля (ФЗ-III) (tфакт=2,3-4,0 при t0,05=1,96). Существенные различия в сравниваемых показателях отсутствуют между ФЗ-I и ФЗ-II (tфакт=0,9-1,6 при t0,05=1,96).

Во всех рассматриваемых группах типов леса в высокополнотных сосняках ГНПП «Бурабай» с увеличением рекреационного воздействия наблюдается снижение густоты древостоев (приложение 1-6, табл. 5.3). Наиболее выражено это прослеживается в очень сухих и сухих сосняках. Так, если в ФЗ-II данный показатель составляет 1645,9 и 1311,6 экз./га соответственно, что в 1,2-1,5 раза меньше в сравнении с ФЗ-III, то в ФЗ-I данный показатель равен 794,4 и 871,0 экз./га, что в 2-2,5 раза ниже аналогичного показателя в ФЗ-III. Средний показатель густоты в зоне активного посещения (ФЗ-I) свежих и влажных условий произрастания в 1,2-1,4 раза меньше в сравнении с зоной контроля (ФЗ-III).

В среднеполнотных сосняках отмечается аналогичная картина. С увеличением рекреационного воздействия густота древостоев снижения в 1,1-2,7 раза.

На фоне снижения густоты древостоев отмечается увеличение площади роста деревьев. В высокополнотных сосняках (табл. 5.3) рассматриваемый показатель в ФЗ-I очень сухих и сухих условий произрастания более чем в 2 раза и в свежих и влажных условиях произрастания – в 1,2-1,4 раза превышает таковой в ФЗ-III. В среднеполнотных насаждениях густота древостоя увеличивается в 1,1-1,8 раза соответственно (табл. 5.4 и приложение 12).

По мере увеличения рекреационного воздействия отмечается увеличение количества деревьев I-II классов Крафта (рис. 5.11-5.12).

В высокополнотных сосняках ГНПП «Бурабай» (рис. 5.12) наиболее выражено эта зависимость прослеживается в очень сухих и сухих сосняках. В зоне активного посещения (ФЗ-I) доля деревьев I-II классов Крафта увеличивается в 1,4-1,9 и 1,5-2,5 раза в сравнении с зоной умеренного посещения (ФЗ-II) и зоной контроля (ФЗ-III) соответственно. В свежих и влажных сосняках количество таких деревьев в ФЗ-I увеличивается в 1,1-1,6 и 1,1-1,5 раза в сравнении с ФЗ-II и ФЗ-III соответственно.

В среднеполнотных сухих и свежих сосняках (рис. 5.12) отмечается та же закономерность. В зоне активного посещения (ФЗ-I) доля деревьев I и II классов Крафта в 1,2-1,4 раза выше в сравнении с зоной контроля (ФЗ-III).

В высокополнотных сосняках при снижении рекреационного воздействия отмечается резкое увеличение количества деревьев III-IV классов по Крафту во всех рассматриваемых группах типов леса (рис. 5.12). Так, в ФЗ-II и ФЗ-III количество деревьев III класса Крафта увеличивается соответственно в 1,6-3,0 раза, а IV класса Крафта – в очень сухих сосняках – в 2,9-6,1, за исключением влажных сосняков, где количество деревьев IV класса Крафта в ФЗ-III в 1,4 раза меньше в сравнении с ФЗ-I.

В среднеполнотных древостоях отмечается аналогичная ситуация (рис. 5.12). В зоне умеренного посещения (ФЗ-II) и зоне контроля (ФЗ-III) сухих и свежих сосняков количество деревьев III-IV классов Крафта в 1,3-2,3 раза ниже, в сравнении с зоной активного посещения (ФЗ-I).

Сухостойные деревья (Vб класса Крафта) в большинстве случаев, присутствуют только в зоне умеренного посещения (ФЗ-II) и зоне контроля (ФЗ-III). Количество сухостоя в высокополнотных сосняках составляет 5-10%, в среднепол-нотных сосняках 1-6% от общей густоты на ПП. Отсутствие сухостойных деревьев в ФЗ-I объясняется их своевременным удалением в процессе выборочных санитарных рубок.

Одним из основных показателей, характеризующих состояние древостоя, является показатель относительного жизненного состояния (ОЖС). По данным рисунка 5.13 ОЖС высокополнотных и среднеполнотных сосняков во всех функциональных зонах рассматриваемых группах типов леса колеблется в пределах 55-77,0%, что дает основание отнести их в категорию «ослабленные».

Увеличение рекреационного воздействия приводит к снижению значения показателя жизненного состояния в высокополнотных сосняках – на 10-15%, в сред-неполнотных – на 15-22%. Полученные различия в значениях ОЖС сосняков в ФЗ-I и ФЗ-II посещения, а также в ФЗ-I и ФЗ-III статистически достоверны в насаждениях всех групп типов леса (tфакт=2,2-5,5 при t0,05=1,97). Со снижением степени увлажнения наблюдается снижение показателя ОЖС в ФЗ-I – в высоко-полнотных и незначительное увеличение его значений – в среднеполнотных сосняках (рис. 5.13 а).

Анализ данных рисунков 5.14 и 5.15 свидетельствует, что во всех ФЗ в высо-кополнотных и среднеполнотных сосняков преобладают деревья, относящиеся к категории «ослабленные» – до 90% от общего количества.

С увеличением интенсивности рекреационного воздействия отмечается увеличение количества «ослабленных» деревьев и снижение количества «здоровых» деревьев. Так, в высокополнотных сосняках очень сухих условий произрастания (группа типов леса С1) в зоне активного посещения (ФЗ-I) количество «ослабленных» деревьев в 1,6 раза больше в сравнении с зоной умеренного посещения (ФЗ-II) и в 1,8 раза больше, чем в зоне контроля (ФЗ-III). В сухих сосняках – в 1,4 и 1,6 раза, в свежих – 1,4 и 1,8 раза, во влажных – 1,6 и 1,8 раза соответственно (рис. 5.14).

Дендрохронологический анализ эффективности рубок ухода в сосняках

По мнению многих авторов (Залесов, Луганский, 1989; Пшеничникова, 2008; Vincent еt al, 2011) при оценке воздействия различных факторов на лесные экосистемы наиболее достоверным информативных показателем происходящих изменений в состоянии древостоев является радиальный прирост деревьев, а режим его колебания является определяющим признаком для выявления цикличности колебаний природных процессов и масштабов антропогенных воздействий, а также степень устойчивости древесных растений.

При оценке степени воздействия хозяйственных мероприятий на лес, в частности, влияния рубок ухода на последующее развитие древостоев, продолжительность этого воздействия, изменение интенсивности прироста и структуры годичного кольца и др. успешно применяются дендрохронологические методы (Шиятов и др., 2000; Матвеев, 2003).

В Казахстане, в частности, в Северном регионе, при всей изученности вопроса влияния различных факторов на динамику прироста деревьев (радиального, линейного и т.д.) сотрудниками КазНИИЛХА, отсутствуют исследования с использованием дендрохронологических методов в оценке эффективности проведения лесоводственных мероприятий с целью повышения биологической устойчивости сосновых древостоев рекреационного назначения.

Исследования проведены в естественных сухих сосняках ГНПП «Бурабай» на секциях 3-2 и 4-2 опытного участка №2 и свежих сосняках на секциях 7-А, 7-Б и 7-В. В искусственных сосняках ГЛПР «Семей орманы» – на ПП-1С и 2С (сухие сосняки) и на ПП-3С и 4С (свежие сосняки). Основные таксационные характеристики древостоев приведены в приложении 44 и 45.

Длина полученных обобщенных хронологий в сухих (рис. 6.28 а) и свежих (рис. 6.28 б) сосняках ГНПП «Бурабай» составила 110-111 лет (1904-2015 гг). У хронологий хорошо выражены возрастные кривые. В среднем, период интенсивного роста сухих сосняков отмечается с 1904 по 1930 гг., в свежих сосняках – с 1904 по 1925 гг. С 1925-1930 гг отмечается снижение влияния фактора возраста на величину ширины годичного кольца.

Длина полученных обобщенных хронологий в сухих сосняках ГЛПР «Семей орманы» (рис. 6.29 а) составила 36 лет и в свежих сосняках (рис. 6.29 б) – 42-48 лет. У хронологий хорошо выражены возрастные кривые. В среднем, период интенсивного роста сухих сосняков отмечается с 1978 по 1995 гг., свежих сосняков – с 1966-1972 по 1984-1990 гг. С 1984-1990 годов отмечается снижение влияния фактора возраста на величину ширины годичного кольца.

Для анализа влияния рубок ухода на радиальный прирост проведена группировка средних значений ширины годичного кольца за временные периоды, следующие после приемов ухода.

По данным таблицы 6.13 в сухих сосняках ГНПП «Бурабай» существенных различий в средних значениях ширины годичного кольца за весь период их роста (1904-2015 гг) на сравниваемых по интенсивности изреживания секциях не наблюдается (tфакт=0,5 при t0,05=1,98). Статистически достоверные различия в средних значениях рассматриваемого показателя отмечаются после 1 приема ухода в период с 1950 по 1961 гг (рис. 6.30) (tфакт=2,5 при t0,05=1,98). После всех последующих приемов ухода, включая данные последних 10 лет (2005-2015 гг.), существенные различия в средних значениях рассматриваемых показателей между секциями не наблюдаются (tфакт=0,2-1,4 при t0,05=1,98).

В свежих сосняках ГНПП «Бурабай» различия в средних значениях ширины годичного кольца деревьев за весь период их роста (1904-2015 гг) между контролем и древостоями, пройденными рубками ухода умеренной интенсивности статистически достоверные (tфакт=3,1 при t0,05=1,98) с наибольшими значениями в последних (табл. 6.14).

Полученные различия статистически достоверные во всех следующих после проведения 4 приемов рубок ухода периодах (tфакт=3,2-6,5 при t0,05=1,98). При этом следует учитывать тот факт, что в период с 1950 по 1961 гг перед проведением 1 приема ухода различия в значениях ширины годичного кольца между контрольными и рабочими секциями были статистически не достоверны (tфакт=0,9 при t0,05=1,98) (рис. 6.31).

Анализ изменения ширины годичного кольца за 6 лет после проведения рубок умеренной интенсивности в искусственных сосновых древостоях сухих и свежих условий произрастания ГЛПР «Семей орманы» позволяет отметить увеличение его значений по сравнению с контролем на 25 и 30% соответственно (табл. 6.15). Полученные различия статистически достоверны (tфакт=3,4-3,6 при t0,05=1,99-2,00). При этом в сухих сосняках за предшествующий уходу период (1996-2009 гг.) отмечаются достоверные различия между контролем и секцией, где позднее проведены рубки ухода (tфакт=2,5 при t0,05=1,99), что оказало влияние на различия в ширине годичного кольца между указанными секциями после рубки (рис. 6.29 а). В свежих сосняках за предшествующий рубкам ухода период различия в значениях ширины годичного кольца между сравниваемыми участками отсутствуют (tфакт=0,7 при t0,05=2,00) (табл. 6.14,рис. 6.29 б).

Для анализа радиального прироста у различных по крупности деревьев в сосняках ГНПП «Бурабай» применены следующие категориям крупности: в сухих сосняках: крупные – 18,1-22,0 см, средние – 10,1-18,0 см, мелкие – 5,0-10,0 см, в свежих сосняках: крупные – 24,1-41 см, средние – 13,1-24,0 см, мелкие – 8,0-13,0 см. В ГЛПР «Семей орманы»: в сухих сосняках: крупные – 15,0-19,0 см, средние – 9,1-14,9 см, мелкие – 5,0-9,0 см, в свежих сосняках: крупные – 19,0-25,0 см, средние – 10,1-18,9 см, мелкие – 6,0-10,0 см.

Данные таблицы 6.16 и рисунков 6.32-6.34 свидетельствует, что в сухих сосняках ГНПП «Бурабай» после 1 приема ухода (период с 1950 по 1961 гг.) у деревьев всех рассматриваемых категорий крупности наблюдается увеличение прироста по диаметру на 6-26% в сравнении с контролем. Статистически достоверные различия в значении данного показателя отмечается у «мелких» и «крупных» деревьев (tфакт=2,1-2,2 при t0,05=2,01-2,08).

Влияние густоты произрастания на биометрические показатели ассимиляционного аппарата деревьев сосны в послепожарных молодняках

По мнению ряда авторов (Nakajima et al., 2011; Rtheli et al., 2012) характеристики развития и функционального состояния ассимиляционного аппарата деревьев являются важными показателями жизнеспособности и потенциальных возможностей лесных насаждений. Ассимиляционный аппарат деревьев наиболее важная часть с точки зрения продуцирования кислорода (Феклистов, Жидков, 2002), а также показатель роста и развития дерева.

Исследования биометрических показателей хвои и побегов производились в соответствии с методическими рекомендациями А.А. Молчанова и В.В. Смирнова (1967), а также С.В. Залесова (1986), Я. Цельникер, И.С. Малкиной и А.Г. Ковалева (1992).

С каждого дерева срезали 1 модельную ветку в средней части кроны с южной стороны и высушивали до воздушно-сухого состояния. Охвоенные побеги однолетнего возраста брали с ветвей II и III порядка ветвления. Измеряли и рассчитывали следующие показатели: длину хвои (мм), массу 1 пары хвоинок (г 10), длину побега (мм). Длину хвои измеряли с точностью до 1 мм миллиметровой линейкой. Массу хвоинок определяли с точностью до 0,0001 г на электронных весах марки AR-2140. Всего обмерено 122 дерева сосны, проанализировано 3521 пар хвоинок, 150 навесок хвои и 53 побега.

В ходе изучения формирования ассимиляционного аппарата в послепожар-ных сосновых молодняках Казахского мелкосопочника было установлено влияние густоты на такие биометрические показатели, как масса 1 пары хвоинок, длина хвои и длина побега. Данные о средней величине указанных показателей подроста сосны и его таксационные характеристики по объектам исследований приведены в таблице 7.12.

Материалы таблицы 7.12 свидетельствуют, что при прочих равных условиях с увеличением густоты формирующегося молодняка масса 1 пары хвоинок и их длина уменьшаются. Так, на объекте 1 в очень сухих лесорастительных условиях масса 1 пары хвоинок при густоте произрастания 16,2 тыс. экз./га в 1,8 раза меньше таковой при густоте молодняка 4,8 тыс. экз./га. Длина хвои при этом меньше в 1,5 раза. Следует отметить, что в данном случае, средний возраст, диаметр и высота формирующихся сосновых древостоев не оказывают существенного влияния на биометрические показатели ассимиляционного аппарата. Полученные различия в таксационных параметрах, сравниваемых по способу происхождения сосновых молодняков, статистически не достоверны (tфакт=0,9-1,8 при t0,05 = 2,04). При этом, полученные существенные различия в массе 1 пары хвоинок и длине хвои в зависимости от густоты произрастания подтверждены статистически (tфакт=3,9-4,8 при t0,05 = 2,04).

Анализ влияния густоты произрастания, в формирующихся естественным путем послепожарных сосновых молодняках Казахского мелкосопочника, на биометрические показатели ассимиляционного аппарата подроста сосны в очень сухих (объект 1) и сухих (объект 5) условиях показывает, что при увеличении густоты произрастания более, чем в 2 раза (с 4,8 до 10,7 тыс. экз./га), значения массы 1 пары хвоинок и длина хвои практически не изменяются, достоверные различия отсутствуют (tфакт=0,1-0,8 при t0,05 = 2,00). В данном случае, на рассматриваемые показатели влияет фактор возраста, что подтверждается статистически (tфакт= 6,1 при t0,05 = 2,01). Отсутствие различий у подроста сосны по диаметру и высоте исключает влияние последних на рассматриваемые показатели (tфакт= 0,1-0,7 при t0,05 = 2,01).

В свежих условиях произрастания Казахского мелкосопочника при естественном способе лесовосстановления (объект 2, 4 и 5) увеличение густоты подроста с 18,6 до 24,8 тыс. экз./га (в 1,4 раза) влечет за собой снижение массы 1пары хвоинок в 1,5 раза и длины хвои в 1,2 раза.

В результате обобщения материалов выполненных исследований, представленных на рисунке 7.18, установлена тесная взаимосвязь массы 1 пары хвоинок и длины хвои с густотой произрастания послепожарных молодняков Казахского мелкосопочника (R2=0,7942-9445).

Следует отметить, что при построении графика были использованы данные, полученные на гарях четырех типов лесорастительных условий. Последнее подтверждает важную роль густоты в формировании массы ассимиляционного аппа рата.

Анализ состояния, формирующихся на гарях Казахского мелкосопочника, сосновых молодняков свидетельствует, что диапазон изменения густоты от 5 до 18 тыс. экз./га является, с учетом лесорастительных условий, благоприятным для формирования ассимиляционного аппарата у подроста высотой более 1 м.

В результате исследований влияния густоты произрастания на параметры ассимиляционного аппарата подроста сосны в послепожарных молодняках ленточных боров Прииртышья, приведенных в таблице 7.13, отмечается общая тенденция снижения значений прироста побега, длины хвои и массы 1 пары хвоинок с увеличением густоты произрастания. Так, увеличение густоты послепожарных молодняков с 0,4 до 1,6 тыс. экз./га влечет за собой снижение прироста побега, дины хвои и массы 1 пары хвоинок подроста сосны на 15-20, 8-12 и 25-45% соответственно.

Увеличение густоты произрастания до 3,6 тыс. экз./га приводит к снижению рассматриваемых показателей на 37-60, 15-25 и 35-53% соответственно. При этом следует отметить, что наибольшими изменениями, среди сравниваемых по густоте произрастания показателей, характеризуются прирост побега и массы 1 пары хвоинок. Увеличение густоты послепожарных молодняков с 0,4 до 3,6 тыс. экз./га влечет за собой снижение рассматриваемых показателей более, чем в 1,5-2 раза, в то время как длина хвои снижается не более, чем в 1,3 раза.

Анализ данных, представленных на рисунке 7.19, свидетельствует о превышении, на протяжении последних 3 лет, значений прироста побега, длины хвои и массы 1 пары хвоинок подроста сосны в послепожарных молодняках с густотой произрастания 0,4 тыс. экз./га над аналогичными показателями при густоте мо-лодняков 1,6 и 3,6 тыс. экз./га. Полученные различия значений рассматриваемых показателей в указанном диапазоне густоты статистически достоверны (tфакт= 2,1-10,8 при t0,05 = 2,03-2,04).

Данные средних значений прироста побега, длины хвои и массы 1 пары хвоинок подроста сосны за 3 года, представленные на рисунке 7.20 свидетельствуют о существующей тесной взаимосвязи рассматриваемых показателей с густотой произрастания (R2=0,92-0,99). Различия в приросте побега, длины хвои и массы 1 пары хвоинок статистически достоверны во всех значениях густоты произрастания (tфакт= 3,1-17,6 при t0,05 = 2,03-2,04).