Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Состояние проблемы 17
1.1 Влияние материнского древостоя на состав и структуру подроста... 17
1.2 Фенологические формы подроста ели 28
1.3 Влияние живого напочвенного покрова и подлеска на появление и рост подроста ели 42
1.4 Влияние хозяйственных мероприятий на естественное возобновление ели . 48
1.4.1 Влияние сплошных рубок на естественное возобновление ели. 49
1.4.2 Влияние несплошных рубок на естественное возобновление ели . 67
1.4.3 Влияние рубок ухода за лесом на естественное возобновление ели . 72
1.4.4 Предупреждение смены хвойных пород мягколиственными . 75
ГЛАВА 2 Общие сведения об объектах исследования . 81
2.1 Естественно-исторические условия района исследования 81
2.2 Характеристика лесного фонда 88
2.3 Объекты исследований . 114
ГЛАВА 3 Методика и объем выполненных работ . 116
3.1 Методика исследований 116
3.2 Объем выполненных работ 128
ГЛАВА 4 Зависимость естественного возобновленияели от состава спелых древостоев 129
ГЛАВА 5 Успешность возобновления ели в зависимости от относительной полноты древостоев . 142
ГЛАВА 6 Фенологические формы подроста ели 148
ГЛАВА 7 Особенности естественного возобновления ели на парцеллярном уровне . 163
7.1 Влияние парцеллярной структуры фитоценоза на численность, встречаемость и состав подроста ели 163
7.2 Связь парцеллярной структуры фитоценозов с характеристиками подроста ели 173
7.3 Влияние парцеллярной структуры фитоценоза на соотношение фенологических форм подроста 180
7.4 Особенности структуры подлеска и живого напочвенного покрова по парцеллам 187
ГЛАВА 8 влияние растительности нижних ярусов на естественное возобновление ели 195
8.1 Влияние живого напочвенного покрова на естественное возобнов ление ели 195
8.1.1 Влияние живого напочвенного покрова на естественное возобновление ели на вырубках 195
8.1.2 Влияние живого напочвенного покрова на естественное возобновление ели после несплошных рубок 207
8.1.3 Влияние живого напочвенного покрова на естественное возобновление ели после рубок ухода 214
8.2 Влияние подлеска на естественное возобновление ели 228
8.2.1 Влияние подлеска на естественное возобновление ели на вырубках 228
8.2.2 Влияние подлеска на естественное возобновление ели после рубок ухода 230
ГЛАВА 9 Влияние хозяйственных мероприятий на ес тественное возобновление ели 236
9.1 Закономерности естественного возобновления ели после сплошных рубок 236
9.2 Трансформация структуры молодого поколения ели после проведения несплошных рубок 244
9.3 Влияние рубок ухода и комплексного ухода за лесом на естественное возобновление ели 260
9.3.1 Закономерности структуры подроста ели после рубок ухода разной интенсивности 260
9.3.2 Закономерности возобновления ели под пологом сосновых и еловых древостоев, пройденных рубками ухода и комплексным уходом за лесом 264
9.3.3 Закономерности структуры молодого поколения ели в спелых двухъярусных лиственно-еловых древостоях, пройденных рубками ухода 272
9.4 Закономерности возобновительных процессов после сплошных рубок и механической подсушки осины 282
ГЛАВА 10 Зональные особенности естественного возобновления ели 324
ГЛАВА 11 Совершенствование методов оценки успешности естественного лесовозобновления 342
11.1 Точность учетных работ при оценке успешности естественного лесовозобновления 342
11.2 Использование статистических методов при оценке успешности естественного лесовозобновления 349
Заключение 363
Рекомендации.. 367
Список литературы 369
- Влияние живого напочвенного покрова и подлеска на появление и рост подроста ели
- Влияние парцеллярной структуры фитоценоза на численность, встречаемость и состав подроста ели
- Влияние живого напочвенного покрова на естественное возобновление ели на вырубках
- Трансформация структуры молодого поколения ели после проведения несплошных рубок
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Реализация основных принципов лесоводства, обеспечивающих постоянство и устойчивость лесопользования, является необходимым условием ведения современного лесного хозяйства. Однако экономические условия, технология производства, используемые машины и механизмы постоянно меняются. На международном уровне принято решение об экологической оценке правильности ведения лесного хозяйства, о необходимости сертификации лесной продукции. Это отражено и в Лесном кодексе РФ. В связи с этим требуется обновление устаревших правил, нормативов и методов, но при сохранении основополагающих устоев лесоводства.
Особого внимания заслуживают исследования, посвященные воспроизводству лесов бореальной зоны. Эти леса ценны и важны как природная территория, где хозяйственная деятельность пока минимизирована из-за отсутствия дорог и инфраструктуры. С другой стороны, таежные леса – основной резерв древесины, и поэтому их хозяйственное освоение неизбежно. Россия на сегодняшний день является лидером по потере бореальных лесов. Это связано с пожарами, нерациональным ведением хозяйства, незаконными рубками.
В связи с вышесказанным бореальные леса требуют защиты и кардинальных мер по их сохранению и воспроизводству. Таежная зона по-прежнему остается лесорастительной зоной, где и сегодня возможно изучение закономерностей организации лесных экосистем, механизмов их самоподдержания, причин разрушения и путей восстановления. Эти исследования необходимы для разработки научных основ воспроизводства лесов таежной зоны особенно в преобладающих типах леса на принципах неистощительного лесопользования, включая систему мер содействия естественному возобновлению.
Наши исследования направлены на решение проблемы, связанной с лесовосстановлением. Создание лесных культур – мероприятие дорогостоящее, и оно не всегда дает ожидаемый эффект. В условиях таежной зоны естественное лесовозобновление имеет определенные экономические и экологические преимущества.
Степень разработанности темы исследования. Исследованиями последних десятилетий убедительно доказана обоснованность изучения структурной организации молодого поколения ели, которую необходимо учитывать при ведении хозяйства в таежных лесах и в первую очередь при выборе способов рубки и лесовосстановления.
Эффективное управление процессом лесовозобновления позволяет решать вопросы воспроизводства хозяйственно ценных лесов с наименьшими затратами и в большинстве случаев успешно. По сравнению с лесными культурами естественное лесовозобновление и меры содействия ему не требуют существенных капиталовложений, но в то же время дают заметный эффект там и тогда, когда имеет место не шаблонный подход, а творчество; не формальное планирование, а учет реальных условий.
Задачей специалистов в этом случае является определение оптимального соотношения способов рубок и лесовосстановления с увязкой их со структурой лесокультурного фонда, типами леса, экономическими условиями и т.д.
Большинство выводов о закономерностях естественного возобновления ели под пологом древостоев и на вырубках были получены без учета различий в составе древостоев, их относительной полноты и возрастной структуры, т.е. комплексная оценка условий для появления и роста молодого поколения ели не проводилась. Именно поэтому данный аспект требует дальнейшего детального исследования.
Недостаточно изучена структура фенологических форм подроста ели в зависимости от ее состояния, высоты и возраста. В начальной стадии изучения вопрос о закономерностях влияния живого напочвенного покрова и подлеска на появление и рост ели после рубок леса и под пологом древостоев. Не изучена связь между парцеллярной структурой фитоценоза, успешностью естественного возобновления ели и фенологическими формами подроста ели. Отсутствует система знаний о влиянии состава и относительной полноты материнского древостоя на успешность естественного возобновления ели по типам леса.
Цель и задачи исследования. Целью исследования является решение проблемы восстановления ельников с минимальными затратами на основе естественного лесовозобновления в условиях Северо-Запада таежной зоны. Для этого необходимо выявить закономерности изменений структурной организации молодого поколения ели европейской (Picea abies (L.) Karst.) в условиях интенсивного хозяйственного воздействия. Исследования в этом направлении необходимы для повышения эффективности мер по воспроизводству коренных хвойных лесов.
Для достижения поставленной цели исследований необходимо было решить следующие основные задачи: 1) Обобщить исторический опыт исследований в области воспроизводства ельников таежной зоны и выявить малоизученные аспекты этой проблемы. 2) Изучить особенности структуры лесных фитоценозов в преобладающих типах леса и условия для естественного возобновления в них. 3) Выявить динамику структуры подроста ели по типам леса и фенологическим формам в условиях Северо-Запада таежной зоны. 4) Оценить успешность естественного возобновления ели после интенсивного хозяйственного воздействия. 5) Выявить зональные особенности естественного возобновления ели в преобладающих типах леса. 6) Усовершенствовать методику оценки успешности естественного возобновления ели. 7) Уточнить шкалу оценки успешности естественного возобновления ели. 8) Дать предложения производству по повышению эффективности мер по воспроизводству коренных лесных фитоценозов на основе выявленных закономерностей.
Решение поставленных задач позволит организовать ведение современного лесного хозяйства на региональном уровне, с учетом местных условий и особенностей. При этом способы лесовосстановления и их эффективность увязываются со способами и качеством проведения рубок леса на всех этапах формирования насаждений.
Научная новизна исследований заключается в следующем:
-
-
На примере крупного региона проведено комплексное изучение закономерностей процесса естественного возобновления ели с использованием элементов системного подхода в условиях интенсивного антропогенного воздействия. Эта системность отражена в четкой постановке целей и задач исследования, корректном и сбалансированном анализе экспериментального материала, использовании теоретической базы и обширного массива эмпирических данных в процессе работы над диссертацией.
-
На основе материалов, полученных на объектах с длительным сроком наблюдений (с 1929 г.), на временных пробных площадях и производственных объектах разработаны принципиальные положения по воспроизводству ельников с сохранением естественного разнообразия в условиях европейской тайги, дана оценка потенциала естественного возобновления ели и рекомендации по рациональному использованию данного потенциала.
-
На обширном материале выявлены закономерности формирования подроста ели в зависимости от биотических и абиотических факторов.
-
Впервые рассмотрено влияние парцеллярной структуры лесных фитоценозов на формирование и динамику структуры подроста ели под пологом леса с учетом его фенологических форм.
-
Выявлены закономерности изменения численности и размещения подроста по площади, его состава и структурной организации после рубок ухода (прореживаний и проходных рубок), рубок спелых и перестойных лесных насаждений, комплексного ухода за лесом.
-
Определена степень влияния элементов методики на точность и достоверность результатов при проведении учетных работ по оценке успешности естественного возобновления ели.
-
Усовершенствованы методы оценки хода естественного возобновления ели, внесены уточнения в шкалу оценки успешности естественного возобновления ели.
-
Для прогнозирования воспроизводства и динамики развития ельников таежной зоны в условиях Северо-Запада РФ выявлены связи между характеристиками подроста и древостоев.
Теоретическая значимость работы состоит в том, что доказаны: зависимость динамики структуры молодого поколения ели под пологом древостоев от их состава и относительной полноты в преобладающих типах леса; от фенологических форм подроста; от парцеллярной структуры лесных фитоценозов; от режима хозяйственных мероприятий; выявлены: зональные особенности естественного возобновления ели в преобладающих типах леса; дано обоснование организационно-технических показателей по проведению рубок ухода (прореживаний и проходных рубок), рубок спелых и перестойных древостоев, содействия естественному возобновлению ели, позволяющих повысить эффективность мер по воспроизводству еловых фитоценозов в преобладающих типах леса в условиях Северо-Запада РФ; предложены: рациональные методы оценки хода естественного лесовозобновления в лесных фитоценозах.
Раскрыты малоизученные аспекты возможных путей повышения эффективности мер по воспроизводству ельников таежной зоны после интенсивного хозяйственного воздействия.
Получены новые сведения о структурной организации подроста ели с учетом его фенологических форм, парцеллярной структуры фитоценозов, состава и относительной полноты древостоя в условиях интенсивного хозяйственного воздействия.
Практическая значимость работы. Представленные материалы могут служить базой для разработки и обновления нормативной документации по лесовосстановлению на Северо-Западе РФ. На основе полученных данных разработаны предложения по учету подроста и оценке успешности естественного возобновления ели. Все это может быть использовано при сертификации лесной продукции и в хозяйственной деятельности, при формировании лесных планов и лесохозяйственных регламентов.
Даны предложения по оптимизации режима рубок ухода, рубок спелых и перестойных лесных насаждений, комплексного ухода за лесом, содействия естественному возобновлению ели, позволяющие создать условия для успешного воспроизводства еловых древостоев с наименьшими затратами труда и средств.
Полученные результаты являются важным вкладом в теорию и практику восстановления и повышения устойчивости ельников. Предупреждение смены пород, сокращение сроков лесовыращивания и уменьшение затрат на лесовосстановление имеет первостепенное значение в современных экономических условиях. Решение этих задач является одним из критериев устойчивого управления лесами России.
Методология и методы исследования. Для экспериментальных работ использованы стационарные объекты с более чем 85-летним сроком наблюдений и разными вариантами опытов, временные пробные площади и производственные объекты, расположенные в лесничествах Северо-Запада РФ. Длительность опытов позволяет сохранять методологическую преемственность в сборе и обработке информации. Интерпретация полученных данных осуществлялась в рамках теории систем, наилучшим образом объясняющей процессы, протекающие в лесном фитоценозе при активном хозяйственном воздействии. В дальнейшем возможна воспроизводимость результатов исследования в различных условиях.
Теория построена на известных, проверяемых в процессе исследований данных и фактах, полученные результаты согласуются с опубликованными экспериментальными данными других исследователей по теме диссертации.
Идея исследования базируется на анализе истории и практики воспроизводства ельников таежной зоны, литературных данных по теме диссертации, обобщении передового опыта и собственных подходах при решении основных вопросов исследования.
Данные автора сравнивались с материалами, полученными ранее по рассматриваемой тематике в других регионах страны и за рубежом, а также рассмотрены отдельные теоретические положения с целью их научного обоснования.
Установлено качественное совпадение, а в ряде случаев несовпадение авторских результатов с результатами других исследователей в части зависимости структуры молодого поколения ели от парцеллярной структуры фитоценоза и видов хозяйственного воздействия, а также в части использования современных методов оценки успешности естественного возобновления хозяйственно ценных пород.
Положения, выносимые на защиту. На основе стационарных и полевых исследований в диссертации рассмотрены, сформулированы и обоснованы следующие научные положения: 1) Закономерности изменения структурны и состояния молодого поколения ели под пологом древостоев в зависимости от их состава и относительной полноты и парцеллярной структуры фитоценоза. 2) Закономерности изменения численности и размещения подроста, его состава и структурной организации после рубок ухода, рубок спелых и перестойных лесных насаждений, комплексного ухода за лесом. 3) Зональные особенности естественного возобновления ели в преобладающих типах леса. 4) Методика оценки успешности естественного возобновления ели. 5) Уточнения и дополнения для шкалы оценки успешности естественного возобновления ели. 6) Предложения производству по повышению эффективности мер по воспроизводству коренных лесных фитоценозов на основе выявленных закономерностей структурной организации подроста ели. 7) Рекомендации по оптимизации режима хозяйственных мероприятий для обеспечения успешного самовозобновления ели.
Степень достоверности результатов. Обоснованность и достоверность результатов подтверждаются значительным объемом экспериментального материала, полученного на стационарных объектах с более чем 85-летним сроком наблюдений, временных пробных площадях и производственных объектах, расположенных в лесничествах Северо-Запада РФ. При этом использованы современные методы сбора и обработки экспериментальных данных, элементы системного подхода к решению конкретных задач исследования. Полученный материал обрабатывался методами математической статистики с помощью приложения Microsoft Excel и пакета прикладных программ StatPlus 2009. Достоверность различия между показателями определялась на 95-процентном доверительном уровне.
Апробация результатов. Диссертационное исследование осуществлялось в тесной связи с планом научно-исследовательских работ кафедры лесоводства СПбГЛТУ 2004-2013 гг. по темам: «Основные закономерности, динамика и меры регулирования восстановительных процессов в нарушенных хозяйственным воздействием лесных фитоценозах Северо-Запада России»; «Лесоводственно-экологическая оценка структурных и функциональных изменений в нарушенных хозяйственным воздействием лесных экосистемах Северо-Запада России» (темплан Министерства образования и науки); «Совершенствование мер хозяйственного воздействия на лесные экосистемы в целях повышения устойчивости и биоразнообразия лесов Северо-Запада Российской Федерации»; «Комплексная оценка состояния, динамики, ресурсного и воспроизводственного потенциала лесных экосистем, подвергающихся хозяйственному воздействию на Северо-Западе России»; «Лесоводственная оценка хозяйственного воздействия на лесные экосистемы: продуктивность, устойчивость, биоразнообразие лесных фитоценозов», «Исследование восстановительного потенциала лесных фитоценозов в условиях активного хозяйственного воздействия»; «Модернизация музейного комплекса Санкт-Петербургской лесотехнической академии имени С.М. Кирова» (АВЦП); «Экологическая оценка и долгосрочный прогноз изменения продуктивности и возобновительного потенциала лесных экосистем Северо-Запада России на основе динамического моделирования» (ФЦП); «Разработка новых технических и технологических решений для повышения эффективности использования недревесных ресурсов леса» (ФЦП); «Закономерности изменения продуктивности недревесных ресурсов леса в условиях Северо-Запада России» (СФИ).
Результаты исследований представлялись на 45 межвузовских, региональных, всероссийских и международных конференциях, семинарах и совещаниях.
Личный вклад автора. Диссертация выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. Кирова» на кафедре лесоводства. Автором сформулирована научная проблема, разработана программа и методика исследований. Совместно с коллегами осуществлен сбор полевого материала, его первичная обработка, составление баз данных. Лично автором выполнена статистическая обработка, анализ и обобщение эмпирического материала.
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 95 работах в научных журналах и изданиях, в том числе в 3 монографиях, 23 статьях, входящих в перечень рецензируемых научных журналов и изданий, 1 учебном пособии, 1 свидетельстве на программу ЭВМ и 2 свидетельствах на базы данных. Кроме того, результаты исследований, касающиеся темы диссертации, представлены в 24 научных отчетах по бюджетным темам, международным и российским проектам, отчеты по которым переданы заказчикам.
Благодарности. Приношу глубокую благодарность своему научному консультанту д.б.н., профессору А.В. Грязькину за неоценимую поддержку и создание максимально благоприятных условий для работы, помощь в процессе проведения полевых работ, консультации и ценные советы при обсуждении материалов диссертации. Автор выражает глубокую признательность д.с-х.н., профессору Е.С. Мельникову, д.с.-х.н., профессору А.Н. Мартынову за поддержку, участие в обсуждении результатов настоящей работы и ценные советы. Искренне признательна своим коллегам к.с.-х.н., доценту Е.Н. Кузнецову, к.с.-х.н., доценту О.И. Григорьевой, к.с.-х.н., с.н.с. Д.А. Данилову, к.с.-х.н., старшему преподавателю Н.В. Ковалеву, совместно с которыми проведен сбор части полевого материала, доценту Д.М. Черниховскому за помощь в работе с программами «WinGis» и «MapInfo». Выражаю глубокую благодарность аспирантам кафедры лесоводства СПбГЛТУ Т.А. Ищук, И.А. Кази, А.А. Фетисовой, О.А. Ковалевой, А.С. Ходачек, М. Гуталь за помощь в проведении полевых исследований и при первичной обработке полевого материала.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 11 глав, заключения, рекомендаций и списка литературы из 613 наименований. Текст диссертации изложен на 431 странице, включает 141 таблицу, 115 рисунков.
Влияние живого напочвенного покрова и подлеска на появление и рост подроста ели
Живой напочвенный покров – совокупность мхов, лишайников, травянистых растений и кустарничков, произрастающих под пологом леса, на вырубках и гарях [418].
Влияние живого напочвенного покрова на возобновление ели под пологом древостоя. На участках, не затронутых хозяйственным воздействием, видовое разнообразие напочвенной растительности определяется, прежде всего, лесо-растительными условиями и связано напрямую с типом леса [540].
Типом леса и составом живого напочвенного покрова во многом определяется успешность естественного возобновления ели под пологом древостоя и на вырубках [128, 134, 137, 158, 168, 335, 426, 428, 507, 513, 531, 532, 580, 582, 590, 596, 602].
Влияние живого напочвенного покрова на возобновление леса проявляется тем сильнее, чем лучше условия почвенного питания. В кисличных типах леса травяной покров сильно разрастается и может совершенно исключать возможность лесовозобновления.
Обратный эффект дает кипрей узколистный (Chamerion angustifolium (L.) Holub). Польза кипрея, прежде всего, заключается в сдерживании развития злаков. Но корневая система кипрея также оказывает отрицательное влияние на появление и рост подроста хвойных пород. Таким образом, польза кипрея, как считают некоторые специалисты, относительна [57, 288].
В типе леса ельник кислично-черничный возобновление материнской породой – елью происходит достаточно успешно. В среднем в данном типе леса лиственных пород под пологом леса развивается до 27%, а ели до 73%. Отрицательным является большое участие осины [442].
В типе леса ельник черничный при малых полнотах 0,5-0,4, в просветах и в освещенных местах сильно развиваются ягодники, главным образом, черника (Vaccinium Myrtillus L.), образуя в этих местах очень густой, сплошной покров. Помимо сильного затенения почвы, переплетающиеся между собой корневища ягодников, образуют покров, препятствующий появлению и развитию еловых всходов [93, 200, 442].
В типе леса ельник долгомошный травяной покров, будучи очень беден по составу, оказывать какое-либо влияние на возобновление не может [200, 442].
Самое заметное влияние на естественное возобновление оказывает моховой покров, развивающийся весьма не равномерно в зависимости от микрорельефа. В местах, занятых сфанумом, где мощная подстилка до 20 см., влагоемкая, возобновление елью почти вовсе не происходит. На более ровных местах, где развивается кукушкин лен обыкновенный (Polytrichum commune Hedw.) (мощность подстилки 8-10 см) возобновление елью происходит так же неудовлетворительно. Наиболее благоприятным для возобновления оказывается моховой покров из представителей рода гилокомиум, гипнум, дикранум [442].
Развитие живого напочвенного покрова после рубок леса. После антропогенного воздействия структура живого напочвенного покрова значительно изменяется. Как отмечают многие исследователи, особенно ярко это проявляется после проведения сплошных рубок [32, 37, 39, 42, 45, 46, 49, 52, 75, 199, 211, 243, 287, 288, 341, 343, 423, 432, 434, 439, 464, 524]. До проведения сплошных рубок живой напочвенный покров в зеленомошной группе типов леса, как правило, бывает сравнительно однородным с преобладанием черники, брусники, марьянника, вереска, зеленых и сфагновых мхов. Эти виды являются в большинстве случаев в данных типах леса эдификаторами под пологом леса.
Одновременно с разрастанием светолюбивой травянистой растительности на вырубке постепенно сокращается доля типично лесных видов. Моховой покров, обычно хорошо развитый под пологом леса, после удаления древостоя претерпевает значительные изменения. Закономерно уменьшается проективное покрытие зеленых мхов. На свежих вырубках основной фон еще определяет плеуроциум Шребера (Pleurozium schreberi (Вrid.)), представленный выгорающими куртинами. На третий-четвертый год этот вид исчезает почти совсем, а вместе с ним и малозаметные вкрапления гилокомиума блестящего (Hylocomium splendens (Hedw.)), климациума древовидного (Climacium dendroides (Hedw.)) и дикранума много-ножкового (Dicranum polysetum Sw.). В последующие годы наблюдается разрастание кукушкина льна (Polytrichum commune Hedw.) и сфагновых мхов (Sphagnopsida Ochyra), свидетельствующих о поверхностном заболачивании территории.
Следует также отметить, что по данным некоторых исследователей травянистые растения способны в неблагоприятных условиях существовать в угнетенном состоянии, впадать в состояние покоя на многие годы. Во время такого покоя они не плодоносят, в отдельные годы не образуют надземные побеги, но подземные вегетативные органы остаются жизнеспособными. Типичные доминанты вырубок десятилетиями сохраняются под пологом леса в виде слаборазвитых растений и покоящихся в почве надземных органов. Аналогичным образом подпологовые растения на вырубках приобретают подчиненное положение, иногда впадают в состояние покоя до восстановления древостоя [524].
Однако имеются также сведения о положительном влиянии различных видов трав и кустарников на сохранность и рост древесных пород. Так, редкие заросли кипрея узколистного (Chamerion angustifolium (L.) Holub) [237, 288] способствуют сохранению всходов ели. О возможно положительной роли луговика извилистого в первые 1-2 года после рубки древостоя пишут И.С. Мелехов и П.В. Голдобина [287], о положительной роли вереска упоминает Г.А. Скляров с коллегами [426]. Кроме этого травянистая растительность предохраняет ель от побивания заморозками и от выжимания корневых систем из почвы [146].
Заселению злаков, особенно вейников (Calamagrostis Adans.), под полог леса способствуют и выборочные рубки. Являясь относительно теневыносливыми, вейники, благодаря исключительной способности к вегетативному возобновлению, длительное время удерживается под пологом леса. Находясь в небольшом количестве в условиях лесной обстановки, вейники не играют существенной роли, но после рубки древостоя происходит быстрое разрастание, и они становятся не только доминантами, но и эдификаторами лесных сообществ [46, 52, 231].
Влияние живого напочвенного покрова на возобновление ели после рубок леса. Характер естественного возобновления ели в первую очередь связан с типом вырубки.
На луговиковых вырубках предварительное возобновление леса представлено небольшим количеством подроста и самосева ели. В последующем возобновлении преобладают лиственные породы. Заселение вырубок березой и осиной происходит в первые годы после рубки. Появление хвойных сразу после рубки не происходит чаще всего из-за отсутствия семян хвойных. А уже на третий-четвертый год вырубки зарастают луговиком извилистым. Луговик, образуя мощную плотную дернину, препятствует поселению хвойных и лиственных пород. Поэтому даже при наличии обсеменителей последующее возобновление хвойных в первые 10 лет происходит неудовлетворительно (менее 1,0 тыс. экз./га). Естественное облесение луговиковых вырубок происходит лишь в случае сохранения 2-3 тыс. экз./га предварительного подроста ели [426].
На крупнотравных вырубках последующее возобновление происходит лиственными породами в первые 1-2 года. На двухлетних вырубках поселяется от 20 до 40 тыс. экз./га березы. Заселение крупнотравных вырубок елью происходит медленно. Одна из причин этого – быстрое разрастание на вырубках крупнотравья [426].
Влияние парцеллярной структуры фитоценоза на численность, встречаемость и состав подроста ели
В основе дифференциации биогеоценоза по структурным элементам лежит неоднородность строения автотрофной части фитоценоза. Для еловых древостоев во всех случаях характерна значительная дифференциация по возрасту, высоте и диаметру, это является одной из причин неравномерного строения фитоценоза как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях [134].
За основную единицу горизонтальной структуры лесного фитоценоза принята парцелла. Парцелла – это структурная часть горизонтального расчленения биогеоценоза, отличающаяся от других частей составом и свойствами компонентов, спецификой их связей и материально-энергетического обмена [161, 162].
Целью исследования в данном разделе было рассмотреть влияние парцеллярной структуры лесных фитоценозов на формирование подроста под пологом ельников кисличных и черничных. В разных типах леса можно выделить парцеллы, обладающие близкими характеристиками, и в то же время, в пределах каждого типа леса имеются парцеллы, которые значительно различаются по характеристикам верхних почвенных горизонтов, по составу и мощности подстилки, по флористическому составу и особенностям распределения живого напочвенного покрова, по комплексу лесоводственных и микроклиматических показателей. Следовательно, выделение и изучение структуры лесных фитоценозов на парцеллярном уровне является необходимым условием для познания процессов взаимодействия и взаимовлияния отдельных компонентов внутри растительных сообществ, а также для правильного проектирования и назначения любых хозяйственных мероприятий, проводимых в лесу.
Изучение парцеллярной структуры под пологом леса проводилось в 2011-2012г.г. в ельнике кисличного и черничного типов леса на территории экологиче 164 ского стационара, расположенного в Лисинском участковом лесничестве Ленинградской области на трех секциях А, Б, В. Общие сведения об опытных участках представлены в таблице 6.1-6.3 (см. главу 6). Методика исследований приведена в главе 3.
По результатам картирования однородные участки объединялись в парцеллы (рисунок 7.1). Как видно из данных рисунка 7.1, переходы между парцеллами могут быть резкими или постепенными, что встречается чаще. Зеленая полоса в центре и слева (секции Б и В) – волока после рубки ухода (проходная рубка). Парцеллы вдоль волоков (секция Б и В) – реакция нижних ярусов на проведенную рубку: на волоках и вдоль них сформировалось другое растительное сообщество, появилось больше злаков и светолюбивых видов. Это подтверждается и исследованиями других авторов [134].
Для анализа влияния парцеллярной структуры фитоценоза на структуру и состояние молодого поколения ели был выполнен учет подроста на секциях А, Б, В методом сплошного перечета на лентах шириной 5 м, разделенных на квадраты соответственно 5 х 5 м. На секции А было заложено всего 244 квадрата, Б – 255, В – 282.
В изученных ельниках было выделено 85 парцелл, 24 из которых встречаются одновременно на всех пробных площадях и соответственно могут оказывать основное влияние на формирование молодого поколения древесных пород.
Еще 18 разновидностей парцелл было зафиксировано на двух пробных площадях, и они могут оказывать влияние на появление подроста, но оно не столь значительно по сравнению с теми парцеллами, которые встретились на всех пробных площадях. Оставшиеся 43 парцеллы были выделены только на одной из обследованных пробных площадях. Это позволяет предположить, что формирование парцелл связано как с динамикой самой автотрофной части фитоценоза, так и с изменением микрорельефа, которое в свою очередь определяется появлением ветровала, бурелома, сухостоя, а также с климатическими факторами, например, с количеством выпавших осадков. В целом по данным нашего обследования под пологом ельников зеленомошных можно выделить 12 коренных парцелл.
Рассмотрим влияние парцеллярной структуры фитоценоза на численность, встречаемость, состав и структурную организацию подроста ели. Данные по коренным парцеллам представлены в таблице 7.1. Примеры парцелл показаны на рисунках 7.4-7.6.
Анализ данных таблицы 7.1 показывает, что наименьшая численность и встречаемость подроста ели отмечена в елово-березовой, елово-рябиновой и елово-кисличной парцеллах и составляет соответственно 13, 40 и 121 экз./га. В пределах елово-кисличной парцеллы густота древостоя максимальна. Следствием такого сочетания является минимальная густота подроста. Такое же положение с численностью подроста отмечено в елово-березовой и елово-рябиновой парцеллах, хотя древостой здесь сильно изрежен. В елово-рябиновой парцелле подлесок из рябины создает сомкнутый полог и сдерживает развитие молодого поколения ели. В елово-березовой парцелле конкуренцию подросту ели составляет молодое поколение березы.
Наибольшая численность подроста ели была зафиксирована в елово-зеленомошной (1432 экз./га) и елово-черничной парцеллах (625 экз./га) при встречаемости 37 и 14% соответственно. Данное явление можно объяснить незначительным развитием материнского полога, слабым развитием подлеска, который в основном представлен рябиной, и отсутствием в составе живого напочвенного покрова большого количества злаковых, осоковых и ситниковых растений, затрудняющих появление подроста ели. В составе травяного покрова в елово-зеленомошной парцелле преобладает кислица, остальные виды встречаются редко, моховой покров представлен пятнами разного размера. В елово-черничной парцелле доминирует черника. Следует также отметить, что возобновление ели на остальных коренных парцеллах идет примерно с одинаковой успешностью: 250-300 экз./га при встречаемости 5-8%.
Исключение составляют лишь елово-разнотравная и елово-мертвопокровная парцеллы, где численность подроста ели составила в среднем 180 экз./га при встречаемости 5%. Более низкая численность и встречаемость подроста ели на указанных парцеллах объясняется их особенностью строения.
Елово-мертвопокровная парцелла характеризуется разновозрастными деревьями ели, которые образуют плотный полог с высокой сомкнутостью крон. Вследствие недостатка света живой напочвенный покров почти полностью отсутствует, лишь по периферии парцеллы можно обнаружить единичные экземпляры кисли 172 цы и редкие пятна зеленых мхов. Недостаток света затрудняет также появление подроста. В елово-разнотравной парцелле, напротив, - многоярусный древостой.
Влияние парцеллярной структуры фитоценоза на состав подроста. Результаты исследований по коренным парцеллам представлены в таблице 7.2. Анализ данных таблицы 7.2 показал, что на основной части парцелл доминирует подрост ели, как и в целом под пологом древостоев любого состава.
Влияние живого напочвенного покрова на естественное возобновление ели на вырубках
Живой напочвенный покров и подлесок являются важнейшими компонентами лесного фитоценоза. В результате изреживания основного полога увеличивается поступление дополнительных ресурсов в нижние ярусы растительности, которые связывают элементы питания и вовлекают их в систему малого биокруговорота. В этом проявляется их почвозащитная и ресурсосберегающая роль [32, 246, 300].
Сравнительный анализ динамики структурных изменений и видового состава живого напочвенного покрова и подлеска на участках леса, подверженных антропогенному воздействию и без него, дает возможность выявить особенности восстановительных процессов, а также установить закономерности развития и реакции лесного фитоценоза на хозяйственные мероприятия, в том числе и на появление и развитие подроста основных лесообразующих пород.
Исследования по данному вопросу проводились в Лисинском лесничестве Ленинградской области. Сплошные рубки проводились в спелых смешанных хвойно-лиственных насаждениях. Были подобраны насаждения зеленомошной группы типов леса (осинники черничники и кисличники) с разными сроками проведения рубки (объекты 4-10). Для контроля использовались спелые древостои аналогичного состава, где сплошные рубки не производилась (объекты 1-3) (таблица 8.1).
При изучении влияния живого напочвенного покрова на объектах сплошных рубок на ход естественного возобновления первоначально исследовались видовой состав и структура живого напочвенного покрова. Рассмотрим полученные результаты исследования.
После сплошных рубок в первые годы наблюдается незначительное изменение видового состава растительности нижних ярусов [37, 39, 41].
Видовой состав напочвенной растительности на объектах исследования различается (рисунок 8.1).
Напочвенная растительность на обследованных участках, в целом, достаточно характерна для свежих вырубок. Для видового состава живого напочвенного покрова на участках сплошных рубок свойственно смешение видов типично лесной растительности и растительности вырубок. Данный процесс наиболее ярко отражает начальную фазу восстановительной сукцессии. Идет активная реструктуризация напочвенного покрова, но уже на этом этапе закладываются структурообразующие элементы будущего фитоценоза и напочвенной растительности в частно сти.
Рассмотрим изменения, происшедшие в структуре живого напочвенного покрова после сплошных рубок.
На опытных участках с численностью подроста больше 2 тыс. экз./га, где были проведены сплошные рубки независимо от варианта опыта, наблюдается снижение суммарного проективного покрытия по сравнению с контрольными участками в среднем на 10% (рисунок 8.2). Объясняется это явление наличием подроста основных лесообразующих пород предварительной генерации, который препятствует разрастанию напочвенной растительности. Любое хозяйственное мероприятие изменяет баланс между составляющими лесной экосистемы, что неизбежно приводит к выходу и компонентов, и системы из состояния подвижного устойчивого равновесия [32, 300].
Анализ данных, приведенных на рисунке 8.3, свидетельствует о том, что на объектах сплошных рубок уже через 7-10 лет устанавливается равновесие между кустарничками, травами и мхами, что, в свою очередь, указывает на устойчивость данного лесного фитоценоза.
Следует подчеркнуть, что сплошные рубки вызывают изменение экологического режима. Снижая конкуренцию со стороны древостоя, они, как правило, способствуют высвобождению части почвенных ресурсов и, следовательно, активному разрастанию живого напочвенного покрова.
Известно, что одним из визуальных показателей замедленного биокруговорота является увеличение доли мохового яруса в суммарном проективном покрытии. Сплошные рубки первоначально приводят к незначительному уменьшению проективного покрытия мхов (рисунок 8.4) по сравнению контрольными участками.
Исключение составляют лишь объекты 7 и 10. Здесь доля мхов в суммарном проективном покрытии увеличилась по сравнению с контролем в среднем на 20%. Сплошная рубка привела к увеличению влажности почвы и затем к образованию долгомошного типа вырубки.
Нами также было исследовано, какие ботанические группы травяного яруса в первую очередь влияют на ослабление позиций мхов. В связи с этим рассмотрим более подробно структурные изменения, происходящие в травяно-кустарничковом ярусе на объектах сплошных рубок (рисунок 8.5).
Трансформация структуры молодого поколения ели после проведения несплошных рубок
Основная цель лесного комплекса страны – создание условий, обеспечивающих устойчивое управление лесами, то есть соблюдение принципов непрерывного, рационального и неистощительного использования лесов, повышение доходов от использования лесных ресурсов, своевременное и качественное воспроизводство лесов, повышение их ресурсного потенциала и сохранение биологического разнообразия. Выполнение задачи повышения продуктивности лесов и рационального их использования требует применения современных способов рубок, при которых заготовка необходимого количества древесины сочеталась бы в максимальной степени с восстановлением леса. Реализация такого подхода возможна при переходе на несплошные рубки, в первую очередь равномерно-постепенные и добровольно-выборочные.
Известно, что подрост под пологом материнского древостоя служит хорошим материалом для формирования будущих насаждений [134]. Самые высокопродуктивные ельники таежной зоны возникли из подроста, следовательно, наиважнейшая задача лесоводства в условиях таежной зоны – сохранение имеющегося подроста при проведении рубок. Эта задача пока не решена.
Наблюдение за ходом естественного лесовозобновления под пологом древо-стоев, пройденных несплошными рубками, позволяет глубже понять роль подроста в восстановительных реакциях фитоценоза, сохранении его устойчивости и повышении продуктивности, интенсификации биокруговорота. В результате расширяется база объективных данных, которые должны приниматься во внимание при корректировке режима лесопользования в сосновых и еловых древостоях кисличного и черничного типов леса.
Состав, состояние и структура подроста после несплошных рубок во многом определяются способом рубки, применяемой технологией рубок и характеристиками материнского древостоя. В связи с вышесказанным целью данного раздела работы было оценить трансформацию структуры молодого поколения ели в результате проведения несплошных рубок. В соответствии с заявленной целью исследования решались следующие задачи:
1) Оценить влияние способа несплошной рубки на успешность естественного лесовозобновления ели европейской.
2) Изучить влияние применяемой технологии несплошных рубок на сохранность подроста ели.
3) Установить связи между составом материнского древостоя и количественными показателями подроста ели после проведения несплошных рубок.
Для решения первой задачи исследования использованы материалы с постоянных пробных площадей, заложенных в Лисинском лесничестве Ленинградской области сотрудниками кафедры лесоводства Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии имени С.М.Кирова в 1960-1970-х годах.
Характеристика объектов исследования на момент закладки пробных площадей (1960-1970-е гг.) и на момент последней таксации (2010 г.) представлена в таблицах 9.7 и 9.8.
Из материалов, приведенных в таблице 9.7 и 9.8 видно, что посредством исследования рубок во всех случаях удалось сформировать древостои с преобладанием хозяйтвенно ценных пород.
При изучении процесса естественного лесовозобновления определяли следующие показатели: численность подроста на единице площади; жизнеспособность подроста; структура подроста по высоте и равномерность размещения подроста по площади (встречаемость).
Первоначальная оценка влияния несплошных рубок на появление подроста сразу после выполненных лесохозяйственных мероприятий проводилась на основании отчетов о научно-исследовательской работе кафедры лесоводства за 1962, 1965 гг. и по книге учета опытных объектов, расположенных в Лисинском учебно-опытном лесхозе (таблица 9.9).
Анализ данных таблицы 9.9 показывает, что на всех объектах исследования отмечается высокая численность подроста после рубки, что говорит об эффективности проведенных мероприятий.
Пробная площадь 1 (ПП 1) – объект двухприемной равномерно-постепенной рубки. Первый прием постепенной рубки был осуществлен в феврале 1979 г. Ширина пасеки – 40 м. Общая интенсивность рубки составила 40%, в том числе 10% на волоках и 30% на пасеках. II (окончательный) прием рубки на этом участке был проведен в 1985-86 гг. Сохранность подроста составила около 60,6%. К сожалению, более детальных учетных данных за 1979-1986 гг. не сохранилось, но исследовательские работы 2010 г. показали, что на данном объекте сформировался елово-лиственный древостой составом 7Е403Б40. Кроме того, под пологом данного насаждения было зафиксировано достаточное количество подроста, появившегося за последние 5-10 лет, о чем будет дана подробная информация ниже.
На ПП 2, где была проведена двухприемная равномерно-постепенная рубка, сохранность подроста ели составила 76,7%, а его численность 13 тыс.экз./га, из которых к 2010 г. формировался елово-лиственный древостой составом 8Е551Б451Ос45.
Аналогичная ситуация наблюдается на пробных площадях 3 и 4, где была проведена незавершенная (второй прием рубки не проводился) равномерно-постепенная рубка. После первого приема сохранность подроста на ПП 3 составила 76,5%, на ПП 4 – 66,8%, а численность молодого поколения ели 6887 и 19000 экз./га соответственно. Кроме того, через 4 года после проведения первого приема рубки на ПП 3 к уже имеющемуся подросту добавилось: Е – более 9000 экз./га, Б– 5000 экз./га, Ос – 3000 экз./га. На ПП 4 – Е – 1000 экз./га, С – 300 экз./га, Б – 3000 экз./га, Ос – 4000 экз./га соответственно. Интенсивность роста лиственных пород на указанных объектах значительно ниже, чем на сплошных вырубках.
К 2010 г. из подроста, сохраненного после первого приема рубки и появившегося после нее на опытных участках 3 и 4, сформировался полноценный второй еловый ярус. Таким образом, несмотря на то, что второй прием рубки не был проведен, лесовозобновительный эффект был достигнут, и в настоящее время на объектах 3 и 4 сформировался разновозрастный двухъярусный древостой, под пологом которого уже развивается новое поколение ели.
Несколько иная картина наблюдается на объектах добровольно-выборочных рубок (ПП 6 и 7). Сохранность подроста на ПП 6 составила 62,5%, на ПП 7 – 75%, а численность молодого поколения ели 5 и 6 тыс.экз./га соответственно, что в 2-3 раза ниже, чем после равномерно-постепенных рубок.
Результаты учета лесовозобновления 2010 г. показаны в таблице 9.10. Проанализируем полученные материалы исследования более детально.
На всех пробных площадях под пологом древостоев, сформировавшихся после несплошных рубок 30-40 лет назад, отмечается активное разрастание нового поколения ели (таблица 9.12). Однако четко прослеживается некоторая закономерность, связанная, в первую очередь, с видом рубки. На объектах завершенных двухприемных равномерно-постепенных рубок (ПП 1 и 2) численность елового подроста составила 3153 и 2333 экз./га соответственно, что в среднем в 1,4 раза меньше, чем на опытных участках, пройденных незавершенными равномерно-постепенными рубками (ПП 3, 4, 5) и 1,6 раз меньше, чем на пробных площадях, где были проведены добровольно-выборочные рубки (ПП 6 и 7).
Похожие диссертации на Закономерности изменения структуры и состояния молодого поколения ели в условиях интенсивного хозяйственного воздействия
-
