Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Естественно - исторические условия объекта исследований 7
1.1. Леса Адыгеи 7
1.2. История формирования дубрав Северного Кавказа 15
1.3. Объекты исследований 18
Глава 2. Состояние вопроса и направление исследований 19
Глава 3. Программа и методика исследований 29
Глава 4. Динамика структуры лесного массива дуба черешчатого в условиях векового промышленного пользования древесиной . 32
4.1. Динамика видового состава лесного массива 32
4.2 Динамика продуктивности дубрав 40
4.3. Возрастная структура дубрав 43
4.4 Динамика состава древостоев дуба 46
4.5. Строение старовозрастных древостоев дуба 52
Глава 5. Рост древостоев дуба черешчатого 57
Глава 6. Основные положен и я восстановления дубрав 83
6.1. Естественное возобновление дубрав 84
6.1.1. Особенности плодоношения дуба 84
6.1.2. Рост и развитие самосева дуба 89
6.1.3. Световой режим под пологом древостоев 92
6.2. Искусственное восстановление дубрав 103
Основные выводы и предложения 112
Список использованной литературы 116
- История формирования дубрав Северного Кавказа
- Возрастная структура дубрав
- Строение старовозрастных древостоев дуба
- Световой режим под пологом древостоев
Введение к работе
Главными лесообразователями равнинных, низко- и среднегорных лесов Северного Кавказа являются дубы. Вековая история ведения хозяйства в дубравах, отраженная в ряде публикаций, свидетельствует о значительном негативном изменении их состояния, продуктивности и структуры, в сравнении с древостоями естественно сформировавшимися в XIX веке. Так, средние запасы спелых насаждений дуба, в результате интенсивной рубки наиболее высокопродуктивных насаждений снизились с 236 до 202 мЗ/га (Коваль, Полежай, Лигачев, Алентьев, 1980). Крайне ограничены сведения о доле участия дуба в составе древостоев новой генерации, сформировавшихся на площадях сплошнолесосечных рубок. Отсутствуют данные исследований хода роста древостоев дуба черешчатого в условиях промышленной заготовки древесных ресурсов.
Актуальность темы. В лесном фонде Северного Кавказа дубравы занимают площадь около 990 тыс. га с корневым запасом 146 млн. кубометров. Почти треть дубрав региона представлена высокопродуктивными древостоями дуба черешчатого, типичного представителя лесостепного и предгорного пояса лесной растительности. В лесах Адыгеи дуб так же широко распространен. В лесном фонде республики площадь древостоев с его преобладанием составляет 59,3 тыс. га, 33,3% всех лесов.
Эти леса являются не только источником ценной древесины и многих видов недревесных ресурсов, используемых в различных отраслях народного хозяйства, но и выполняют важные защитные и сред сформирующие функции. Особую ценность представляет рекреационная роль насаждений, что определяется эстетичностью и доступностью лесных массивов для отдыха населения.
Географическое положение лесных массивов из дуба черенчатого обусловило многовековое использование их в хозяйственных целях. В период XVIII-XIX веков коренное население широко пользовалось недревесными ресурсами лесных массивов, в том числе дикоплодовыми видами. В XX веке основное направление хозяйственной деятельности было связано с эксплуатацией запасов древесины. Интенсивные выборочные, приисковые и сплошнолесосечные рубки велись начиная с первых десятилетий вплоть до 70-80 годов XX века. В связи с этим изучение--вековой динамики структуры лесных массивов и отдельных древостоев, выявление процессов формирования новых поколений леса на площадях рубок, их состояния и продукционного потенциала имеет и научное, и хозяйственное значение. Исключительную важность приобретают вопросы стратегии восстановления дубрав, научно обоснованный выбор способов и методов возобновления вырубок, формирования новых поколений леса.
Цель исследований. Цель настоящих исследований - выявить динамику структуры естественно формирующихся древостоев дуба черешчатого в условиях векового антропогенного воздействия; установить влияние главного пользования на продуктивность нового поколения леса, выявить основные закономерности естественного возобновления дуба на вырубках, дать прогноз формирования и развития молодняков, разработать основные положения восстановления дубрав.
Научная новизна. Впервые представлена динамика структуры лесного массива дуба черенчатого в условиях векового лесопользования преимущественно древесными ресурсами. Показана динамика возрастной структуры, состава и продуктивности новых поколений леса. Установлены математико-статистические закономерности ; роста древостоев дуба черешчатого. Разработаны модели прогноза роста и развития вторичных лесов из дуба черешчатого.
Обоснованность результатов исследований и выводов базируется на массовом учетном и экспериментальном материале с включением данных лесоустройства за период более 70 лет для лесного массива, в составе Лесосеменного лесничества Краснооктябрьского опытного лесхоза и Опытного лесничества Майкопского лесхоза. Использовано специальное программное обеспечение для статистической обработки материалов пробных площадей и компьютерные базы данных учета лесного фонда объекта исследований. Практическая значимость заключается в выявлении динамики структуры естественно формирующихся древостое дуба черенчатого в условиях интенсивного пользования древесными ресурсами, в разработке основных положений по их восстановлению.
Результаты исследований использованы для экспериментальной проверки региональных таблиц хода роста дуба черенчатого, для обоснования стратегии восстановления коренных дубрав на уровне лесных массивов.
Апробация работы и публикации
Основные положения диссертационной работы докладывались на Региональной научно-практической конференции «Современные проблемы и перспективы развития туризма и курортного дела Юга России» (Майкоп, 2001), Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы экологии в условиях современного мира» (Майкоп, 2002), Ученых советах Северо-Кавказской лесной опытной станции ФГУ «НИИ горлесэкол» (Майкоп, 2001-2003 г.г.) Личный вклад. Выбор направления, разработка программы, подбор методик исследований, сбор экспериментального материала и закладка опытных объектов, обработка и анализ данных лесотаксационных измерений.
Публикации. По материалам исследований опубликовано 5 научных работ.
На защиту выносятся следующие положения:
- динамика структуры и продуктивности лесного массива с преобладанием дуба черенчатого в условиях интенсивного промышленного пользования древесными ресурсами;
- динамика роста древостоев дуба черешчатого;
- основные положения по восстановлению коренных дубрав.
История формирования дубрав Северного Кавказа
Дуб черешчатый (летний, обыкновенный, долинный). Из большинства видов дуба, естественно произрастающих на Северном Кавказе, дуб черешчатый имеет наиболее обширный ареал, простирающийся от Британии на западе до Урала на востоке, от Скандинавии на севере до Северного Кавказа на юге. Обширный ареал и важное хозяйственное значение дуба черешчатого обусловили пристальное внимание ученых лесоводов к вопросам биологии дуба черешчатого, особенностям его роста и восстановления, начиная с XIX века.
На Северном Кавказе дуб черешчатый произрастает повсеместно, образуя равнинные и низкогорные леса в западной области региона (Степанов, 1952) и остатки долинных и дельтовых в восточной (Львов, 1965). В горы дуб черешчатый проникает по долинам рек где занимает нижние части склонов, оползневые террасы и межхребтовые депрессии кислого ряда почв, примешиваясь на этих местах к дубам скальному и пушистому. Это главный лесообразователь предгорных лесов Северо-Западного Кавказа.
На юго-западном склоне (Черноморское побережье) дуб черешчатый распространен от долины р. Адербы до долины р. Туапсе и южнее, в Колхиде. На северном и юго-восточном склонах (Каспийское побережье) - от долины реки Анапки до долины реки Самура. На равнинах и в предгорье распространение его связано с типом серых (темно-серых, серых и светло-серых) почв (Красильников, 1963; Полежай, 1972; Лигачев, Бевзюк, 1972). В лесостепной полосе он заходит на деградированные черноземы, а в горах на мощные бурые и выщелоченные перегнойно-карбонатные почвы.
Изложенное показывает что на территории Северного Кавказа ареал дуба черешчатого приурочен к типу серых почв (рН 7), формирующихся на четвертичных отложениях равнин и низких гор. Произрастание на других типах почв наблюдается лишь в случаях, когда их реакция не выше нейтральной (рН=7), а плодородие, по-видимому, соответствует серым. Изменение реакции или плодородия почв приводит, к смене дуба черешчатого другими видами дуба или другими древесными породами. В оптимальных условиях (на мощных свежих темно-серых и серых почвах) производительность древостоев дуба черешчатого достигает I класса бонитета. Биологические свойства дуба черешчатого (жизненные ритмы в онтогенезе и в течение вегетационного периода) получили довольно подробное изложение в сводках С. Я. Медведева (1908), А. Б. Жукова (1949), Н. А. Степанова (1949), С. С. Пятницкого (1954), К. Б. Лосицкого (1959, 1963), Д. И. Красильникова (1963) и других авторов. На Северном Кавказе биологические особенности дуба черешчатого заключаются в более ранних сроках прохождения фенофаз, что прежде всего зависит от климатических показателей его ареала. Однако раннее цветение при нестабильном потеплении вызывает опасность поражения цветков весенними заморозками. Созревание желудей в начале сентября, в период осенней сухости, свидетельствует также о некотором несоответствии биологических ритмов вида климатическим условиям региона.
В обширном обзоре Степанова (1952) рассмотрены главные ботанико-географические особенности дуба черешчатого. На основе исследований ботаников, почвоведов и лесоводов он отмечает, что «в отношении черноземной части предкавказскои равнины накопилось достаточно доказательств, убеждающих в том, что в области прикубанской равнины лесная растительность предшествовала степной». По Вильямсу в черноземной части степь предкавказскои равнины, «есть только известная стадия развития растительности, почв и климата, а не какое-то исконное, сразу ставшее образование, не подчиняющееся никакому развитию».
В процессе развития степи предкавказскои равнины исключительно большую роль играла деятельность человека, веками направленная на уничтожение леса в ныне безлесной, простирающейся к югу от р. Кубани, прикубанской равнине.
Изучение истории развития лесной и степной растительности Кавказа показало исключительную динамичность растительности этой горной системы. Со времени третичного периода (Кузнецов, 1890, 1909) на Кавказе преобладал тип лесной растительности, довольно равномерно распределенный по Кавказу, в сравнении с настоящим временем. В конце третичного периода почти весь Кавказ еще был занят лесами типа современных понтийско-ленкоранских лесов, отличающихся богатством лесной флоры и роскошным развитием лесной растительности. Как считает Н. И. Кузнецов (1890), предкавказских и закавказских степей даже в конце третичного периода еще не могло быть; площади, занятые ими ныне, были частью покрыты водой, частью находились под умеряющим влиянием морских пространств. По мнению Н. И. Кузнецова, степи на Кавказе образовались лишь после отступления третичного моря. Степные элементы могли проникнуть в течение послеледникового степного периода, когда вообще степная растительность была широко распространена в Европейской России и Западной Европе. Но и степная растительность в условиях Кавказа - явление вторичное, вытеснившее в ксеротермический послеледниковый период богатую лесную флору, покрывавшую большую часть Кавказа. В настоящее время особо значимую роль в сменах типов растительности имеет антропогенное воздействие на элементы ландшафта.
Интересна история эволюции лесов из дуба черешчатого Северного Кавказа в течение XIX-XX веков, учитывая их транспортную доступность и многовековую эксплуатацию древесных запасов. Еще в начале XIX века равнинные и предгорные территории Адыгеи широко использовались коренным населением для нужд земледелия и скотоводства. Дубравы существовали в виде отдельных лесных массивов, на неудобных землях между сельхозугодий, как противоэрозионные полосы на склонах, как защитные леса вдоль рек, у родников, а также в виде групп многочисленных кормовых деревьев. Большая часть территории использовалась для нужд сельского хозяйства. В первой половине XVIII века рубка лесов велась чаще для меновой торговли. По окончании Кавказской войны XIX века адыги ушли к равнинам Кубани. На оставленных сельхозугодиях начали естественно формироваться лесные ценозы, с доминированием дуба. В конце века лес вырубали русские переселенцы для промышленных целей.
Возрастная структура дубрав
Возрастная структура дубрав рассматривается как распределение площади опытного массива по представленности древостоев дуба различного возраста. В нормативных материалах учета лесного фонда возрастная структура лесообразующей породы обычно приведена в виде распределения насаждений по группам возраста. Более подробное распределение, на уровне классов возраста возможно получить на основе таксационных описаний. В связи с вековым периодом интенсивного ведения рубок в лесном фонде массива проследим динамику распределения площади дубрав по классам возраста (табл.8). По учету. 1928 года, к началу интенсивного промышленного освоения лесного массива рубками распределение древостоев дуба по классам возраста было близким к стандартному, при некоторой увеличенной доли приспевающих насаждений, что объясняется интенсивностью процесса залесения открытых площадей в период 1850-1860 годы. Начало формирования большинства древостоев - средневозрастных и приспевающих, в возрасте 61-100 лет, относится к 1830-1870 годам. Молодняки 1 и 2 класса по площади составляли лишь 11%. На долю древостоев старше 100 лет в 1928 году приходилось около 13% площади. Рис.7 К концу 18-го века площадь опытного массива, покрытая лесной растительностью, достигла 100 процентов. Процесс естественного залесения открытых пространств завершился.
Поколения леса, достигшие возраста 100 и более лет вовлекались в рубки, чаще приисковые, во все периоды формирования лесного массива. К началу 19-го века площадь лесосек сплошных рубок постепенно возрастала. По учету 1950 года площадь молодняков увеличилась до 36%. После 70-х годов XX века, в связи с постепенным сокращением площади рубок, наступает момент естественного восстановления возрастной структуры массива. Заметно снизилась площадь древостоев старше 100 лет, с 45% по учету 1950 г. до 9% в 1995 г., а площадь молодняков - до 27%, что свидетельствует об интенсивных рубках леса в этот период. Четко прослеживается последовательное уменьшение среднего возраста древостоев. (Табл. 9.). 1. Процессы естественного залесения открытых площадей отличаются длительным и неравномерным во времени сроком формирования насаждений, в связи с чем возрастная структура таких лесных массивов изначально представлена различными по возрасту группами древостоев, отличающихся по строению от теоретической модели нормального леса. 2. Вовлечение лесного массива в рубки различных видов пользования ведет к изменению его возрастной структуры, тем более отличной от изначальной, чем интенсивнее изъятие древесных ресурсов. 3. Сложившаяся к концу XX века возрастная структура дубрав опытного массива свидетельствует о систематическом превышении в период с 1930 по 1970 годы расчетной лесосеки - лесохозяйственного норматива, обеспечивающего непрерывное и неистощительное пользование лесом. 4. Накопление к 1995 году площади молодняков и средневозрастных древостоев дуба, до 8$% от общей площади опытного массива, определяет стратегию лесохозяйственных мероприятий в направлении на целевое формирование нового поколения леса, на восстановление продукционного потенциала дубрав.
Строение старовозрастных древостоев дуба
В лесной таксации представляет теоретический и практический интерес строение насаждений, понимаемое как описание общей и численной характеристики древостоя, подроста, подлеска, напочвенного покрова. Древостой - это совокупность деревьев, которая характеризуется распределением деревьев по видам, возрасту, таксационному диаметру, высоте и ряду других таксационных показателей. Исследования возрастной структуры дубрав Северного Кавказа вели А.И. Ильин (1958), Л.В. Бицин (1965). Работы выполнены в лесных массивах дуба черешчатого Опытного и Махошевского лесничеств Майкопского лесхоза. А.И. Ильин отметил участие в составе древостоев пробных площадей участие дуба Гартвиса. Л.В. Бицин нашел, что возрастная структура древостоев дуба черешчатого и дуба скального близка и статистически достоверно не различается, в связи с чем он приводит обобщенный ряд распределения стволов дуба по возрасту в пределах пробных площадей. Аналогичные исследования древостоя дуба пушистого в лесном фонде Геленджикского мехлесхоза провели Б.П. Шевцов, Л.А. Ларионов (1980-1981).
Эти данные показаны в табл. 12. Характерная особенность старовозрастных дубрав - длительность периода формирования основной части древостоя. Начало их формирования исторически одномоментно приходится на 1810-1830 годы. В этот период на заселяемых территориях формируются насаждения с незначительным участием дуба. Затем, в 1850-1870 участие дуба в составе заметно возрастает, в основном пологе появляется более 80% деревьев дуба, причем около 60% относятся к одной возрастной группе. К середине XX века такие древостой по возрастной структуре можно отнести к разновозрастным. Различие в возрасте деревьев, слагающих насаждение, превышает 100 лет. Кривая распределения стволов по возрасту близка к нормальной, с некоторой положительной асимметрией, в связи с чем средний возраст дубрав таксаторы характеризуют средней величиной. Прямой зависимости числа годичных слоев от величины диаметра пня не наблюдается. Так, диаметры пней столетних деревьев колеблются от 20 до 38 см, а при диаметре пня 40 см - число слоев составляет от 90 до 150. По данным Л.В. Бицина для дубовых насаждений Кавказа при среднем возрасте 101-106 лет коэффициент вариации С для отдельных древостоев составляет 6-23%, при среднем для дубрав 14,8, среднеквадратическое отклонение 5 - от 6 до 23 при среднем значении 15,7.
Показатель точности Р не менее 2,3. Объектом наших исследований строения естественно сформировавшихся дубрав стали древостой в возрасте 130-150 лет на территории Лесосеменного и Опытного лесничеств, где были заложены 5 пробных площадей, с участием дуба в составе не менее 8 единиц. По материалам пробных площадей, заложенных в высокополнотных, 130-летних древостоях опытного массива, были построены графики распределения деревьев по ступеням толщины. Обращает внимание, что основной полог представлен дубом, с диаметрами от 20 см до 80 см. Среднее количество дуба - 458 стволов на 1 га. Полнота древостоев 0,85. В тоже время второй ярус состоит из граба и прочих пород -ясень, клен, берест, берека и др, до 190 шт. на 1 га. Обобщенная для пробных площадей кривая распределения стволов по диаметру приведена на рис. 10. Для древостоев всех пробных площадей характерно преобладание в тонкомерной части граба и прочих пород (ильм, ясень, клен, берека, крупномерные кустарники), с незначительным участием подроста дуба. При этом прочие породы частично входят и в состав первого яруса насаждения. Пологость и растянутость кривой распределения стволов дуба по диаметру характеризует особенности формирования древостоев, отмеченные при анализе возрастной структуры. Важную особенность строения полога отражает кривая связи диаметра стволов с высотой (рис. 11). Основной полог древостоя образует дуб. Спутники дуба, граб, клен, ясень на 5-10 метров ниже дуба, и фактически формируют промежуточный полог древостоя, хотя при таксации, согласно нормативам представленности по запасу, они не всегда могут быть выделены в отдельный ярус. Высоты деревьев дуба образуют полог со средней высотой 27,2 м, лишь отдельные деревья достигают высоты 30-32 м. Рассмотренные закономерности строения позволяют отметить важную особенность старовозрастных древостоев - в тонкомерной их части дуб отсутствует. Но наличие множества тонкомерных деревьев прочих пород предполагает, что при сплошной рубке основного полога на свежих лесосеках неизбежно в составе естественного возобновления будут преобладать именно они, а не дуб. 1. Строение старовозрастных древостоев дуба, старше 100-130 лет, отражает особенности их длительного формирования, в условиях естественного залесения открытых территорий. 2. Под пологом старовозрастных дубрав накапливается значительное количество тонкомерных деревьев, спутников дуба, которые определяют преобладание их в составе естественного возобновления свежих вырубок. Заключая анализ материалов динамики структуры лесного массива дуба черешчатого в условиях векового промышленного пользования древесиной выделим главные результирующе моменты: - различие исходных условий формирования новых поколений леса, при недостаточных лесохозяйственных мероприятиях, стимулирующих восстановление главной породы, определяет снижение доли ее участия в составе вторичных лесов; - возрастная структура новых поколений леса, формирующихся на вырубках, характеризуется уменьшением варьирования возраста отдельных деревьев в составе насаждений, до 1 класса возраста, что позволяет относить их по возрастной структуре к одновозрастным насаждениям.
Световой режим под пологом древостоев
Условиями для появления дубового самосева под пологом древостоев являются наличие здоровых желудей, влаги и- тепла. С появлением самосева основным фактором, обеспечивающим его приживание, рост и развитие, становится относительная освещенность на уровне почвы. По исследованиям Л. Роуселя (1975), сеянцы дуба, получающие на второй год развития менее 4 % освещенности открытого места (О.О.М.), быстро отмирают, а при освещенности 15-20 % О.О.М. развиваются удовлетворительно, Для условий Западного Кавказа по данным Л.Н. Елагина и К.В. Зворыкиной (1965) нижний предел освещенности, при котором самосев дуба не отмирает, хотя развивается плохо, находится в пределах 6-9 % О.О.М. Для условий Восточного лесорастительного округа провинции Западная часть Северного склона большого Кавказа, по данным П.Н. Алентьева (1976-1990) минимальная освещенность составляет 3,5- 4,6 % О.О.М. Зависимость величины освещенности от полноты и степени сомкнутости древостоя, обеспечивающей удовлетворительные световые условия для роста и развития дубового самосева и подроста, изучались нами на ходовых линиях, в древостоях различных по таксационным показателям (варианты опыта) по методике В.А. Алексеева (1975). Результаты измерений освещенности под пологом древостоев пробных площадей приведены в табл. 18. Как видно из приведенных данных, лишь в первом варианте совпадают значения полноты древостоя и сомкнутости крон, что является следствием характера участия в насаждении сопутствующих пород и подлеска.
В остальных вариантах на факторы, составляющие общую (совокупную) сомкнутость древостоя, влияют внеярусная древесная и, в отдельных случаях, кустарниковая растительность. Изучение степени влияния отдельных элементов совокупного сомкнутого полога древостоев проводилось нами на постоянных пробных площадях в кварталах № 56 и 57 Лесосеменного лесничества, заложенных сотрудниками СКЛОС НИИгорлесэкол в 1996 -1997г.г.. в свежей грабовой дубраве, при нашем непосредственном участии, Обе пробные площади расположены на Юго-Восточном генеральном левобережном склоне реки Курджипс. Положение участков ровное. Высота над уровнем моря 220 метров. Естественный древостой в возрасте 130-140 лет представляют собой, очевидно, недорубы прошлых лет, так как возраст окружающих насаждений 70-90 лет. Древостой неоднократно пройдены проходными и санитарными рубками. Почва - серые лесные суглинки, подстилаемые на глубине 75 см слитым горизонтом. Насаждения двухъярусные. Первый ярус представлен дубом черешчатым, с полнотой 0,4-0,5. Второй ярус образуют сопутствующие породы граб, клён полевой, липа, ясень, груша, берека. Полнота второго яруса 0,3-0,4. Класс бонитета второй, корневой запас 320-345 м3/га, класс товарности-3. Санитарное состояние деревьев первого яруса неудовлетворительное. Более 45 % деревьев дуба поражены гнилями и стволовыми вредителями. Среди деревьев второго яруса имеются сухостойные деревья, в основном граб и клён полевой, диаметром до 12 см, в количестве до 30 шт/га. Крупный и средний подрост дуба отсутствует, мелкий высотой не более 0,25 м, встречается единично. Крупный подрост сопутствующих пород диаметром 4-6 см встречается также единично, средний и мелкий от 2,5 до 5,0 тыс, шт, на га. Подлесок средней высоты, представлен в основном боярышником, со средней высотой 0,7-0,8 м, Развитие слабое. Напочвенный покров представлен ежевикой, цикламеном, фиалкой, земляникой.
Проективное покрытие до 20%, средняя высота 0,1 м. В естественных условиях, после рубки главного полога неизбежна смена дуба второстепенными породами. Для оценки степени влияния каждого элемента древостоя на величину относительной освещенности на почве, нами изучена структура совокупной (общей) сомкнутости полога древостоя способом, предложенным доцентом Ленинградской ЛТА им. Кирова А.С. Тихоновым в 1969 году. Способ основан на том, что при большом числе точек распределение их на категории «кроны-просветы» оказывается пропорциональным площадям занятым просветами и кронами в древостоях (с автоматическим учетом перекрытий). Точки визирования по площади пробы или выдела должны размещаться статистически, по ходовым линиям, при определенном расстоянии друг от друга на линиях- через 2 метра или 3 нормальных шага. Число измерений 250-300 на участках площадью от 0,5 до 1,0 га,
