Содержание к диссертации
Введение
1. Природные условия района исследований 6
1.1. Лесорастительное районирование 6
1.2. Климат района исследований 6
1.3. Рельеф 11
1.4. Почвы 11
1.5. Лесная растительность 13
2. Состояние изучаемой проблемы 24
3. Программа и методика исследований 42
3.1. Программа исследований 42
3.2. Методика исследований 43
3.3. Объем выполненных работ 47
4. Характеристика объектов исследования 48
4.1. Лесоводственно-таксационная характеристика анализируемых насаждений 4 8
4.2. Характеристика ПНИ в спелых сосновых древостоях 54
4.3. Таксационная характеристика средневозрастных древостоев сосняка брусничного 62
4.4. Таксационная характеристика средневозрастных и приспевающих древостоев сосняка ягодникового 65
5. Влияние типа леса на динамику послепожарного отпада сосновых древостоев 70
5.1. Сосняк ягодниковый 70
5.2. Сосняк брусничный 75
5.3. Сосняк нагорный 80
5.4. Сосняк разнотравный 82
6. Влияние низовых пожаров на возобновление горельников 85
6.1. Динамика появления всходов в горельниках 85
6.2 Динамика накопления подроста в горельниках 97
7. Влияние низовых пожаров на живой напочвенный покров 124
7.1 Видовой состав живого напочвенного покрова 124
7.2 Динамика надземной фитомассы живого напочвенного покрова в горельниках 129
Заключение 140
Список литературы 143
- Таксационная характеристика средневозрастных древостоев сосняка брусничного
- Таксационная характеристика средневозрастных и приспевающих древостоев сосняка ягодникового
- Динамика накопления подроста в горельниках
- Динамика надземной фитомассы живого напочвенного покрова в горельниках
Введение к работе
Актуальность темы. Леса занимают третью часть территории земного шара, но продуцируют 2/3 всей фитомассы суши и, несомненно, являются главным фактором сохранения глобального экологического баланса и нормальной жизненной среды человечества. В настоящее время площадь их на всех континентах катастрофически сокращается, видовой состав и генофонд обедняются, а продуктивность и стабильность падают (Санников, 1992).
Во многих частях нашей планеты формирование природных лесов в той или иной степени связано с влиянием пожаров (Мелехов, 1978). Это влияние отнюдь не однозначно и зависит от вида и интенсивности пожара, частоты и давности огневого воздействия, типа леса (Мелехов, 1978; Санников, 1992; Фуряев, 1996).
Лесной пожар - это стихийное неуправляемое распространение огня по лесной площади. Огонь действует на лес внезапно, кратковременно и крайне интенсивно, как катастрофа для всего сообщества, вызывая глубокое и длительное, прямое и косвенное преобразование всех компонентов биогеоценоза (Санников, Санникова, 1985). Лесные пожары наносят ощутимый, часто невосполнимый ущерб природным комплексам. Несмотря на развитие противопожарной техники и совершенствование способов тушения решить проблему охраны лесов от пожаров пока не удается. Анализ статистических материалов свидетельствует, что не наблюдается даже тенденции к снижению числа лесных пожаров, а отмечается лишь варьирование их количества по годам и отдельным регионам.
Одной из основных лесообразующих пород Среднего Урала является сосна обыкновенная, насаждения которой характеризуются повышенной опасностью возникновения и развития в них лесных пожаров. Однако, процессы возобновления в пройденный пожаром сосновых насаждениях изучены здесь на Урале крайне недостаточно, а имеющиеся материалы касаются преимущественно Припышминских боров. Для минимизации ущерба наносимого лесными пожарами и оперативного проведения
лесоводственных мероприятий на пройденных лесными пожарами площадях необходим фактический материал характеризующий ход демутационных процессов на гарях и в горельниках. Последнее обстоятельство свидетельствует об актуальности и острой производственной необходимости проведенных исследований.
Цель работы. Целью исследований являлось изучение влияния низовых пожаров средней интенсивности на основные компоненты насаждения (древостой, подрост, живой напочвенный покров) и скорость демутационных процессов в горельниках.
В соответствии с поставленной целью задачи исследований включали:
1. Установление средних таксационных показателей сосновых древостоев района исследований.
2. Изучение динамики послепожарного отпада в сосняках наиболее представленных типов леса.
3. Анализ лесовосстановительного процесса в горельниках.
4. Установление послепожарной динамики живого напочвенного покрова в зависимости от давности пожара.
Научная новизна. Впервые для южнотаежного округа Зауральской холмисто-предгорной провинции Западно-Сибирской равнинной лесорастительной области комплексно изучены возобновление сосной в горельниках и динамика развития живого напочвенного покрова. Экспериментально доказана зависимость последующего лесовозобновления от давности пожара, видового состава и надземной фитомассы живого напочвенного покрова.
Защищаемые положения:
1. Беглые низовые пожары в приспевающих, спелых и перестойных сосняках способствуют усилению процессов естественного лесовозобновления.
2. Влияние пожаров на сосновые насаждения региона и успешность их последующего возобновления многовариантно в связи с
различной лесотипологическои принадлежностью и возрастом материнских
древостоев.
3. Стимулирующее воздействие низовых пожаров на
возобновление сосной наиболее четко прослеживается в первые пять лет после
пожара. Практическая ценность выполненных исследований. Результаты исследования могут быть использованы для оптимизации лесохозяйственных мероприятий по содействию естественного возобновлению и предотвращению смены пород на горельниках.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на научных конференциях: «Актуальные проблемы биологии и экологии» (Сыктывкар, 2000, 2001); научно-техническая конференция студентов и аспирантов (Екатеринбург, 200) Публикации. По материалам диссертации опубликовано 5 печатных работ.
Таксационная характеристика средневозрастных древостоев сосняка брусничного
В 50-летних древостоях сосняка брусничного (табл. 4.3) преобладает сосна, к которой примешиваются лиственница (1-2 единицы) или береза (2-5% по запасу), что сопоставимо с составом спелых древостоев этого же типа леса. Исходная густота средневозрастных сосняков колеблется в пределах 1200-1300 шт./га, что почти в 2 раза больше, чем в 110-летних древостоях. Относительная полнота средневозрастных древостоев на 8-10% ниже, чем спелых. Наиболее значительно различаются исследуемые древостой по среднему диаметру. У 50-летних сосняков он колеблется от 14 до 17 см, тогда как у 110-летних он в 1,7 раза больше (23-30 см). Учитывая, что между диаметром дерева и толщиной коры прослеживается прямая зависимость, можно ожидать разную устойчивость этих древостоев к воздействию низовых пожаров. В соответствии с программой исследований нами были обследованы средневозрастные, приспевающие и спелые древостой сосняка ягодникового, пройденные беглым низовым пожаром. Таксационная характеристика ППП приведена в табл. 4.2 и 4.4. Породный состав исследуемых древостоев сосняка ягодникового характеризуется уменьшением доли березы с увеличением возраста древостоя. Так в средневозрастных сосняках примесь березы составляла 9%, тогда как в возрасте спелости примесь мягколиственных пород в составе древостоев отсутствует. Густота древостоев с увеличением их возраста уменьшается со 1100 шт./га (50 лет) до 930 шт./га (90 лет) и 700 шт./га к 110 годам. Древостой пробных площадей, заложенных в условиях сосняка ягодникового, различаются по полноте. Исходная величина относительной полноты анализируемых участков достигает наибольших значений (0,90) в средневозрастных (50 лет) и приспевающих (90 лет) древостоях, снижаясь до 0,7 в спелом сосняке. Последнее, как отмечалось выше, обусловлено по нашему мнению интенсивным проведением рубок ухода в 1960-1970 г.г. Древостой заложенных пробных площадей являются одноярусными. Поэтому составляющие их элементы леса - сосна и береза имеют равную высоту в пределах соответствующей группы возраста
По величине среднего диаметра исследуемые древостой сосняка ягодникового разного возраста существенно различаются. Наименьшее значение среднего диаметра (22 см) характерно для средневозрастного древостоя. В приспевающем древостое сосняка ягодникового средний диаметр равен 24,2 см, а в спелом древостое он составляет 26 см. Таким образом, средний диаметр деревьев сосны увеличивается на 15% с увеличением их возраста от 50 до ПО лет. В этом же направлении возрастает и толщина коры. Поэтому мы можем ожидать более значительную реакцию древостоя средневозрастного сосняка ягодникового. Средний диаметр анализируемых древостоев возрастает от 20 см в 50 летнем древостое до 24 см в 90-летнем и 26 см в 110-летнем древостое сосняка ягодникового. Выводы: 1. Сосняки южнотаежного округа Зауральской холмисто-предгорной провинции Западно-Сибирской равнинной лесорастительной области довольно часто подвергаются воздействию лесных пожаров среди которых преобладают беглые низовые средней интенсивность. 2. Объектом наших исследований являлись горел ьники и сопоставимые с ними насаждения не тронутые огнем относящиеся к четырем типам леса - сосняк нагорный, сосняк брусничный, сосняк ягодниковый и сосняк разнотравный. 3. Созданная повыдельная база данных спелых сосняков южнотаежного округа Зауральской холмисто-предгорной провинции Западно-Сибирской равнинной лесорастительной области позволила провести анализ лесоводственно-таксационных характеристик древостоев изучаемых типов леса. Средние статистические характеристики всех выделов описанных в процессе лесоустройства указывает на закономерное изменение средних высоты, диаметра, запаса стволовой древесины и производительности древостоев в насаждениях разных типов леса и возраста. 4. Проведенное описание обследованных почвенных разрезов на 111111 заложенных в горельниках указывают на закономерное уменьшение глубины почвенного профиля и уменьшение влажности почв при переходе от сосняка разнотравного к сосняку нагорному. 5. Древостой пробных площадей, заложенных в горельниках и в аналогичных не пройденных огнем насаждениях, отличаются от средних статистических значений спелых древостоев лесорастительного округа, прежде всего по относительной полноте, что обусловлено интенсивной хозяйственной деятельностью и воздействием лесных пожаров на территории округа.
Таксационная характеристика средневозрастных и приспевающих древостоев сосняка ягодникового
Анализируя табл. 5.1 следует отметить, что суммарная величина отпада деревьев сосны после воздействия на них низового пожара средней интенсивности с увеличением периода времени, прошедшего после пожара, возрастает. Так, через год после пожара погибло 18,2% деревьев, а их запас составил 15,2% от запаса древостоя до пожара. В течение первых трех лет после воздействия огня погибло 25,3% деревьев сосны, а их суммарный запас составил 22,3 % от исходного. Суммарная величина отпада по запасу стволовой древесины на шестой год после пожара составила 25,6%, по числу погибших деревьев она равна 28,7%. За 12 лет после пожара гибель деревьев достигла 31,4% по количеству и 26,8% по запасу. То есть отпад более значителен по числу деревьев, чем по корневому запасу.
Разница между этими показателями постепенно возрастает с увеличением срока, прошедшего после пожара. Так, через год после пожара разница была равна 1,2%, через 6 лет - 3,6%, а через 12 лет - 4,6%. Это обусловлено по нашему мнению, тем что более тонкие деревья, имеющие меньшую толщину коры, значительно сильнее страдают от воздействия огня, чем средние и толстые деревья. Динамику отпада наглядно демонстрирует изменение среднего ежегодного процента отпада. По нашим данным за 1-й год перешло в отпад 18,2% деревьев, за 2-й и 3-й годы - еще по 3,6%, за 4-й и 5-й - по 1,3%, затем интенсивность отпада уменьшилась и составляла от 0,4 до 0,3% ежегодно. Если принять отпад, произошедший за 12 лет (26,8% от первоначального запаса) за 100%, то его распределение по послепожарному периоду составит: 1-й год - 58%, 2-й и 3-й - 26%, 4-6 гг. - 12%, 7-Ю гг. - 3%, 11-12 гг. — 1 %. Таким образом интенсивность ежегодного отпада определяется продолжительностью периода времени, прошедшего после пожара. Она наиболее велика в первые 3 года, постепенно сокращается в последующие 7 лет. Согласно «Основным положениям...» (1995) текущий отпад считается естественным, если он не превышает в молодняках 4%, в средневозрастных 3% и в приспевающих, спелых и перестойных насаждениях 2% от запаса древостоя. Полученные нами данные свидетельствуют, что после беглого низового пожара средней интенсивности в спелом сосновом древостое ягодникового типа леса уже на 6-й год отпад не превышает величины естественного. На рис. 5.1 приведено распределение послепожарного отпада в спелого древостое сосняка ягодникового в течение 12 лет после пожара, которое описывается уравнением: У - отпад по запасу, % от суммарного, х - давность пожара, лет. Коэффициент, R = 0.988, указывает на высокую степень аппроксимации экспериментальных данных уравнением 1. э Графическое отображение отпада в условиях 110-летнего сосняка ягодникового наглядно демонстрирует, что пятый год после пожара является : переломным. До него (первые четыре года) отпад по запасу составляет 90% \ от суммарной величины.
Тогда как после него (6-12 годы после пожара) отпад по запасу составил 4,5% от его итогового значения. Сопоставляя отпад деревьев в древостоях 50- и 90-летнего возраста (табл. 5.2), следует отметить, что влияние лесных пожаров более значительно в древостоях меньшего возраста. На 6-й год после пожара отпад по запасу в средневозрастном древостое составил 34,2% от запаса до пожара тогда как в приспевающем древостое отпад на 7% меньше и равен 2752%, а в 110-летнем древостое (см. табл. 5.1) запас отмерших деревьев достиг 25,6% от запаса древостоя до пожара. Если величину отпада в 110-летнем древостое принять за 1,0, то в 90-летнем она составила 1,07, а в 50-летнем - 1,34. Процент послепожарного отпада по числу деревьев в насаждениях всех исследуемых возрастов превышает процент отпада по запасу на 4,2 - 5,4%. Последнее обусловлено меньшей устойчивостью к воздействию огня более тонких деревьев, у которых кора имеет меньшую толщину и хуже защищает камбий от перегрева. Поэтому деревья низших ступеней толщины начинают отмирать раньше и процесс отпада среди них продолжается дольше, чем у средних и толстых деревьев. Превышение отпада по числу деревьев над отпадом по запасу имеет тенденцию к увеличению с увеличением периода времени, прошедшего после пожара. Сопоставляя динамику отпада в древостоях разного возраста, можно отметить наличие тенденции к более интенсивному и продолжительному послепожарному отпаду. Последнее подтверждается как большими значениями послепожарного отпада за фиксированный период (в нашем случае за шестой год после пожара), в условиях более молодых древостоев, так и большими значениями среднего ежегодного отпада на зафиксированную дату в древостоях меньшего возраста (см. табл. 5.1 и 5.2). На основании вышеизложенного можно прогнозировать, что на 12-й год послепожарный отпад в 90-летнем сосновом древостое будет на 10-13% больше, чем в спелом древостое, а в средневозрастном сосняке он будет в 1.5 раза больше, чем в 110-летнем.
Динамика накопления подроста в горельниках
В горельнике спелого сосняка ягодникового наблюдения за ходом возобновления проводились, начиная с первого года после пожара (табл. 6.3). Отсутствие мелкого подроста в первые 2 года объясняется тем, что пожар полностью уничтожил подрост предварительной генерации, а новое поколение ещё не успело сформироваться. Появление мелкого подроста, зафиксировано начиная с 3-го год после пожара в количестве 1,5 тыс. шт./га, а максимальное количество мелкого благонадежного подроста отмечено на 7 год после пожара в количестве 12 тыс. шт. на га. Данные графика (рис. 6.4) свидетельствуют, что максимум накопления мелкого подроста приходится на 10-12 годы после пожара и составляет около 15 тыс. шт. на га. При анализе рис.6.4. нельзя не отметить, что до 5-летнего возраста практически весь подрост относится к категории благонадежного. В дальнейшем из-за усиливающейся конкуренции часть подроста погибает или переходит в категорию «неблагонадежный». Так через 10 лет после пожара доля неблагонадежного подроста составляет 23%, а на 12-й год она составляет 46%. Накопление мелкого подроста определяется тремя причинами: гибелью подроста, переходом в подрост ранее появившихся всходов, а также переходом мелкого подроста в группу среднего. Общее количество подроста высотой до 0,5 м. в течение всего периода наблюдении (3-12 гг. после пожара) увеличивается, что указывает на некоторые преобладание перехода всходов в мелкий подрост над переходом мелкого подроста в средний и гибелью мелкого подроста. Наряду с этим прослеживается четкая тенденция уменьшения количества мелкого благонадежного подроста, начиная с 7 года после пожара, при увеличении доли неблагонадежного подроста.
Последнее обусловлено тем, что ЖНП, восстанавливающийся после пожара и успешно развивающаяся часть подроста, представленная средними и крупными экземплярами, начинают существенно угнетать мелкий подрост. Указанные причины обуславливают, отмеченное ранее, увеличение доли неблагонадежного подроста, и последующий его отпад. Общее количество подроста в горельнике определяется в результате взаимодействия трех процессов: первый - переход мелкого подроста в средний при достижении им высоты 0,5 м; второй - переход среднего подроста в крупный при достижении им высоты более 1,5 м; третий -отмирание неблагонадежного подроста. В условиях спелого сосняка ягодникового послепожарное поколение подроста достигло высоты 0,5 метра к 6-му году после пожара (рис. 6.5). За период наблюдений (с 6 по 12 г.г. после пожара) количество среднего подроста возрастает от 1 до 6 тыс.шт./га. Наряду с этим необходимо отметить, что доля благонадежного подроста постепенно снижается от 75% на 6-7 годы, до 50% на 12 год. Таким образом количество благонадежного среднего подроста возрастает от 0,8 до 3 тыс. шт./га. Можно предположить, что его количество достигло максимума на 12-й год после пожара, о чем свидетельствует динамика накопления благонадежного подроста. Крупный подрост в условиях спелого сосняка ягодникового появляется, начиная с 7-го года после пожара, (рис. 6.6) и его количество равномерно возрастает к 10-му году до 1 тыс. шт./га, при этом практически весь крупный подрост относится к благонадёжному. В дальнейшем (к 12 году) после пожара общее количество крупного подроста возросло до 3,4 тыс. шт./га, но доля благонадежного крупного подроста резко снизилась и составило только 44%. Таким образом через 11-12 лет после прохождения низового пожара в условиях сосняка ягодникового происходит резкая дифференциация как среднего так и крупного подроста по благонадежности, что свидетельствует о возрастании конкуренции среди экземпляров подроста и возражающем угнетении подроста материнским древостоем.
Динамика надземной фитомассы живого напочвенного покрова в горельниках
Надземная фитомасса ЖНП является сильно варьирующим показателем из-за существенного колебания погодных условий вегетационных периодов между годами. Лесные пожары, изменяя почвенно-эдафические и микроклиматические условия, являются дополнительным фактором, влияющим на динамику показателя (табл. 7.2). Цифровой материал табл. 7.2 указывает на меньшую надземную фито-массу (в 3-6 раз) ЖНП в условиях контрольной площадки сосняка нагорного по сравнению с остальными изучаемыми типами леса. Однако провести подробный анализ влияния типа леса на массу ЖНП на непройденных пожаром площадях не представляется возможным из-за того, что наблюдения прово-лились не в один и тот же год, На наш взгляд, более информативным будет анализ долевого участия в формировании надземной фитомассы биоэкогрупп (табл. 7.2 и рис. 7Л-7.4), На непройдешшх. пожаром площадях всех анализируемых типов леса наиболее представлены в надземной фитомассе лесные виды. При этом прослеживается тенденпи.я к уменьшению доли массы луговых и синантроиных видов с уменьшением влажности и трофности почв при переходе от сосняка разнотравного (16% от надземной фитомассы) к сосняку нагорному, где ЖНГІ представлен исключительно лесными видами. В условиях сосняка брусничного эти гругшы видов формируют около !% фитомассы, а ягоднике вого - 6%, групи в формировании надземной фитомассы ЖИТІ в условиях сосняка ягод-пикового. Следствием пожара, уничтожившего ЖНГЇ на более чем 80% территории горельника, явилось уменьшение доли лесных видов до 53% при резком увеличении доли синантропов (с I до 35%) и луговых видов (с 5 до 12%) по сравнению с контролем. С увеличением давности пожара доля синаитропиой растительности сокращается и составляет на 5-й год 18%, на 10-й - 5%, достигая уровень контроля на 12-й год после пожара.
Одновременно с этим про-исходит увеличение доли в фитомассе ЖНП луговой растительности с 5% до 3.4% к 7 году после пожара, являющейся наибольшим конкурентом возобновлению сосны. В горельниках большей .давности (10-12 лет после пожара) участие луговых видов постепенно снижаться, а лесных -- продолжает увеличиваться. Однако через 12 лет после прохождения пожара доля лесных видов на 6% ниже, а луговых на эту же величину выше, чем на контроле. Рис, 7.2, Распределение фитомаееы ЖНП по биоэкогруппам в УСЛОВИЯХ СО-сняка брусничного В условиях сосняка брусничного (рис. 7.2) низовой пожар в большей степени влияет на участие биоэкогрупп в формировании надземной фито- массы, чем в горелышке сосняка ягодникового.
На это указывает преобладание в фитомаеее синантропов на 4-й год после пожара (93%), тогда как лесные виды формируют лишь 7% надземной фятомассы. На 5-й и 6-й годы после пожара приходится период наиболее интенсивного восстановления участия лесных видов в формировании травостоя. На этом временном отрезке (4-6 год после пожара) нами не выявлено участие луговой растительности в ЖНН, тогда как в горел ьнике 12-14-летней давности луговые виды участвуют в формировании надземной фитомассы. Таким образом, в горельишсе сосняка брусничного на 5-6 года после пожара происходит резкая перестройка формирования структуры (участия биоэкологических групи) ЖНГІ что существенно изменяет ход возобновдєни я сосны, Рис. 73 указывает на то. что в условиях сосняка нагорного процесс по-слепожарного восстановления представителей лесной биоэкогрушш происходит медленнее, чем в сосняке брусничном. Так, через 6 лет после пожара доля лесных видов в надземной фитомассе в условиях сосняка нагорного на 40% меньше, чем в горельнике сосняка брусничного, а синантропов на 40%: больше. Последнее обуславливает, на наш взгляд, большую продолжительность пос-леиожар ного всплеска возобновления в горельнике сосняка нагорного по сравнению с сосняком брусничным. Усиление роста в горельниках. представителей синантропи ьтх видов в составе ЖНП отмеченное ранее характерно и для сосняка разнотравного (рис. 7,4).
