Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Ленточные боры и их место в системе защитных насаждений Алтая ... 6
Глава 2. Объекты и методика исследований 52
Глава 3. Влияние лесных пожаров на дерново-подзолистые почвы 57
Глава 4. Особенности восстановления живого напочвенного покрова в экстремальных условиях 75
Глава 5. Закономерности естественного возобновления сосны в экстремальных условиях 88
Глава 6. Искусственное лесовосстановление 119
Глава 7. Объемы и способы восстановления лесных экосистем на гарях 1999 года 136
Рекомендации производству 146
Список использованных источников 148
Приложение 162
- Ленточные боры и их место в системе защитных насаждений Алтая
- Влияние лесных пожаров на дерново-подзолистые почвы
- Закономерности естественного возобновления сосны в экстремальных условиях
- Объемы и способы восстановления лесных экосистем на гарях 1999 года
Введение к работе
Исключительно важное значение для построения современной системы ведения лесовосстановительных работ в сосновых лесах южной части ленточных боров имеют ранее выполненные работы по естественному возобновлению сосняков (Месоед, 1934, Смирнов, 1966, Егоров, 1934 и др.) по искусственному восстановлению сосны (Смирнов, 1966, Огиевский, 1962, Огиевский, Медведев, 1969, Грибанов, 1954,1960, Голубинский, 1934), по установлению закономерностей лесоводственно-биологических строения, роста и развития сосновых лесов, а также ведения хозяйства в них (Бугаев, Косарев, 1988, Вангниц, 1953, Грибанов, 1960, Сукачев, 1942, Черепнин, 1970, Крылов, 1955,1960,1961,1969, Дорофеев, 1956, Егоров, 1958, Житенев, 1969,1993, Садовничий, 1955, Таран, 1973, Зябченко, 1984).
Цель исследований. Основная цель работы - дать лесоводственно-экономическое обоснование системы ведения хозяйства в сосновых лесах, направленную на восстановление сосны на горельниках в кратчайшие сроки.
Положения, выносимые на защиту:
а) использование изученных особенностей естественного возобновления сосны под пологом леса и на гарях в экстремальных почвенно-климатических условиях при ее восстановлении после лесных пожаров;
б) обоснование оптимизации способов лесовосстановления на гарях в сосновых экосистемах;
в) обоснование целесообразности выращивания искусственных насаждений в экономическом плане с учетом повышения роли ленточных боров как основы защитного лесоразведения степного Алтая.
Научная новизна работы заключается в лесоводственном обосновании дифференцированной системы лесовосстановление в ленточных борах на горельниках. Определенную новизну представляют закономерности осуществлением финансирования на выполнение пилотного проекта на площади 200 га в Лебяжинском лесхозе. Применение различных способов обработки почвы на гарях только в 2000 году осуществлено на площади более 5 тыс.га.
Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 10 работах, в том числе в 2 монографиях.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, 7 глав, основных выводов и списка цитируемой литературы. Общий объем рукописи составляет 18 7 стр. машинописи и включает 27 таблиц, 14 рисунков и 149 библиографических источников, в том числе 7 на иностранном языке.
Ленточные боры и их место в системе защитных насаждений Алтая
При повышении интенсивности ведения хозяйства становится насущной задача разделения территории на части, сходные по определенным характерным признакам. Как правило, первым таким делением территории является выделение отдельных частей по природным условиям, поэтому непосредственной задачей природного районирования является наиболее полный учет особенностей конкретной природной обстановки, выявление как благоприятных, так и неблагоприятных ее сторон с точки зрения лесного хозяйства.
Выполненное природное районирование позволяет не только прогнозировать те или иные явления, связанные с освоением территории и лесного фонда, но и формировать основные принципы в отношении сохранения и повышения продуктивности лесов, разработку диффернцированной системы ведения лесного хозяйства, характера размещения по территории различных видов деятельности лесохозяйственного производства (Шейнгауз и др.,1980).
Практическим следствием природного районирования являются рекомендации производственного характера, отражающие специфику природных условий. Но они будут иметь несколько обобщенный характер в силу того, что лесохозяиственное производство пока всецело опирается на естественное плодородие почв и естественное наличие лесных ресурсов. Но вместе с тем, оно может оказать большую пользу при разработке дифференцированной системы ведения лесного хозяйства.
Считая, что природное районирование не в полной мере отвечает запросам практики, необходимо конкретизировать его в лесорастительное районирование, которое бы смогло учесть не только природный характер отдельных частей территорий, но и современное размещение лесов, их продуктивоность и породный состав, а экономисты, учитывая и интенсивность развития лесного хозяйства, выполняют и лесоэкономическое районирование.
Следующей ступенью в разделении территории является разработка лесохозяиственного районирования, в основу которого положены природное районирование Алтайского края (Александрова, Базелевич, Зенин и др. 1958), лесорастительное (Алексеев, Сычев, 1980) и лесоэкономическое (Литвиненко, 1975, Саета, 1986).
Целью лесохозяиственного районирования является дальнейшее совершенствование территориального планирования и ведения лесного хозяйства с учетом многоцелевого значения лесов, наиболее целесообразного их использования и воспроизводства. Таким районированием в качестве основных признаков были приняты: эколого-географические, учитывающие географическое положение, рельеф, климат, почвы; основное назначение лесов и тип лесоводства, учитывающие водоохранно-почвозащитные и климато-регулирующие функции лесных формаций и основные принципы ведения лесного хозяйства в них; фитоценотические показатели, учитывающие состав лесообразующих пород, лесотипологическую структуру, направление лесообразовательных процессов. Для удобства пользования, границы лесохозяйственных районов увязаны с административным делением края. Считая, что излишняя дробность в районировании может только усложнить ее применение, в крае выделены 4 лесохозяйственных района: (рис. 1) 1. Ленточно-боровой почвозащитный. 2. Приобский водоохранный сосново-березовый. 3. Салаирский низкогорный пихтово-осиновый. 4. Алтайский среднегорный пихтово-лиственный. Каждый выделенный лесохозяйственный район различается особенностями ведения лесного хозяйства, направленного на рациональное природопользование, воспроизводство лесных ресурсов, сохранение ими высоких защитных функций. Каждому лесохозяйственному району свойственны свой состав и строение лесов, уровень интенсивности ведения лесного хозяйства и другие признаки. Лесохозяйственное районирование направлено на разработку порайонных систем ведения лесного хозяйства. Ниже приводится краткая характеристика лесохозяйственных районов Алтайского края с целью показать место ленточных боров в общем лесохозяйственном производстве края (табл.1). 9 Лесохозяйственные районы занимают различные по величине площади лесного фонда и самым крупным является ленточно-боровой почвозащитный (32,4%) общей площади, а наименьшую среди районов площадь занимает Салаирский низкогорный пихтово-осиновый (16,8%). В то же время в ленточно-боровом почвозащитном районе покрытые лесом земли занимают наименьший удельный вес (75,0%) в сравнении с другими районами и одновременно здесь же наибольшая доля не лесных земель (17,2%). Среди последних сенокосы занимают 46,9 гыс.га, воды - 55,2 тыс.га, болота - 48,2 тыс.га. Резкое увеличение удельного веса не покрытых лесом земель до 7,8% по району связано с крупными лесными пожарами 1997 г., когда площади гарей увеличились на 60,5 тыс.га.
Большой удельный вес нелесных земель в Приобском районе связан с наличием 77,0 тыс.га болот , а в Алтайском среднегорном - с высокогорными пастбищами, которые занимают 35,2 тыс.га и гольцами - 62,5 тыс.га.
Влияние лесных пожаров на дерново-подзолистые почвы
Влиянию лесных пожаров на почвы посвящено значительное количество работ (Ремзов, Погребняк, 1965, Мелехов, 1947, Чевычелов, 1997 и др.). Проведенные исследования показывают, что пожары оказывают разностороннее влияние на почвы. Под влиянием лесных пожаров увеличивается плотность верхового слоя почвы, снижается общая скважность, влагоемкость, водопроницаемость суглинистых почв. Влияние лесных пожаров на свойства супесчаных легких почв ленточных боров Алтайского края до настоящего времени не изучено.
В связи с этим, в 1998 году проведено исследование влияния лсных г пожаров на свойства дерново-подзолистых почв в Угловском лесничестве Тополинского лесхоза.
Для этой цели были выделены площадки для проведения почвенных исследований в лесу, не подверженному лесному пожару, и после лесного пожара. Было изучено влияние лесного пожара на морфологию почв, механический состав, содержание гумуса, азота, фосфора и калия, величину рН, гидролитическую кислотность, емкость поглощения и содержание тяжелых металлов.
Для этой цели на типичных элементах рельефа было заложено пять почвенных разрезов до почвообразующих горных пород. Разрез 1/98 Заложен среди старовозрастных сосен на выровненной части песчаного увала. Поверхность почвы покрыта черной золой мощностью 2-2,5 см. АО - 0-2 см. Сгоревшая лесная подстилка. А1 - 2-8 см. Светло-серый, слабогумусированный, к низу интенсивность окраски горизонта уменьшается, влажный, переплетен корнями, супесчаный. A1A2 - 8-25 см. Слабо окрашен гумусом, имеет белесоватый оттенок, влажный, супесчаный, сильно пронизан корнями различного диаметра. Переход ясно выражен. А2 - 25-44 см. Белесой окраски, слабо выраженная горизонтальная плитовидность, характерная для элювиальных горизонтов, влажный, супесчаный. Переход ясный. В1- 44-87 см. Более темной окраски, чем предыдущий горизонт, с желтоватым оттенком от полужирных окислов. Хорошо видимого иллювинированния оксидов железа и алюминия, а также органоминеральных соединений не отмечается. Супесчаный, влажный. Переход постепенный. С - 87 см. Влажный светлоокрашенный песок. Вскипание от НС1 не обнаружено, т.е. карбонаты в пределах почвенного профиля отсутствуют. Почва: дерново-подзолистая на песках касмолинской свиты. Почвы, не подвергнутые пожару, характеризуются разрезами 5,6. Разрез 5/98 Заложен среди старовозрастного разреженного соснового леса. СО - Слаборазвитая травянистая растительность. АО - 0-3 см. Лесная подстилка, преимущественно из хвои. Свежая, в нижней части полуразложившаяся. А1 - 3-10 см. Светло-серый с белесоватым оттенком, песчаный, сильно пронизан корнями, влажный, однако влажность его ниже, чем почвы под сгоревшим лесом. Переход постепенный. А1А2 - 10-25 см. Более темной окраски, чем горизонт А1, влажный, супесчаный, намечается слабая плитовидность. В этом горизонте обнаружено повышенное содержание гумуса и отмечено накопление древесного угля. А2 - 25-44 см. Светло-серый с белесоватым оттенком, отмечается плитовидность, но структурные отдельности легко распадаются на первичные механические элементы, влажный, пронизан корнями древесных растений, песчаный, переход заметный. В1 - 44-88 см. Окраска более темная за счет иллювинированных оксидов железа и органоминеральных соединений, однако иллювиальный процесс в этом разрезе, как и в предыдущем, выражен слабо, песчаный, влажный. Переход постепенный. ВС - 88-110 см. Светло-серый, со следами иллювинирования оксидов железа и органоминеральных соединений. Переход слабо выражен. С- 100 см. Сырок песок светлой окраски. На выровненной поверхности ложбины древнего стока встречаются чашеобразные западины эолового происхождения. Растительность представлена сосной, осиной, в подлеске в значительном количестве встречается карагана древовидная. Травянистый покров мощный и представлен злаками. Данная территория пожару не подвергалась. Разрез 6/98 Заложен в северной части чашеобразной западины. Растительность представлена соснами, в подлеске карагана древовидная, в травянистом покрове доминируют злаки. А1 - 0-14 см. Темно-серый, во влажном состоянии чарный, супесчаный, и сильно пронизан корнями. Переход ясный. А1А2 - 14-40 см. Светлосерый с белесоватым оттенком, неравномерно окрашен, сильно пронизан корнями растений, супесчаный, очень слабо выражена плитовидность. Переход постепенный. А2В - 4-70 см. Белесоватый, с отдельными ржавыми пятнами, влажный, песчаный, сильно пронизан корнями, более уплотненный чем верхний горизонт. В1 - 70-100 см. Неравномерно окрашен, с яркими ржавыми пятнами оксидов железа, супесчаный, слабо уплотнен. Переход постепенный. ВС - 100-130 см. Горизонт имеет сизоватую окраску с бурыми пятнами вследствии повышенного увлажнения. С - 130 см. Влажный песок сизоватой окраски.
Приведенные материалы по морфологии исследуемых почв показали, что под влиянием пожара морфология почв практически не изменилась, однако следует отметить, что в слое 10-25 см имеются пирогенные признаки в форме включений древесных углей, что говорит о том, что древостой на данной территории в какое-то время подвергался пожару.
Значительны площади дерново-подзолистых почв, сформированных по вершинам песчаных гряд под разреженным сосновым лесом (разрез 2 и 3). На этих почвах слабо развита травянистая растительность и отсутствует сплошной покров лесной подстилки. Пожару были подвержены только отдельно стоящие сосны.
Эти почвы слабо дифференцированы на генетические горизонты. Наиболее ярко выражен гумусовый горизонт А1. Он имеет светло-серую окраску с белесоватым оттенком и мощность его колеблется в пределах А2 -10-12 см, а иллювиального горизонта В - 40-50 см. Мощность всего почвенного слоя составляет 70-80 см.
Закономерности естественного возобновления сосны в экстремальных условиях
Естественное возобновление леса является динамичным процессом, успешность которого определяется многими факторами: тип леса и вырубки, структура насаждений, биологические особенности древесных пород и др. Но наивысший интерес представляет даже не сам процесс естественного возобновления, а естественное возобновление теми породами, которые являются более ценными в хозяйственном отношении и которые способны в конкретных лесорастительных условиях обеспечить высшую продуктивность насаждений в будущем. Поэтому успешность процесса встает в зависимость от лесоводственно-экологически и экономически обоснованных способов рубок, которые должны применяться с учетом лесорастительных условий, условий обсеменения, региональных особенностей появления и роста самосева и подроста.
В последние десятилетия все большее внимание уделяется плантационному лесовыращиванию для создания насаждений специального назначения, например, плантации кедра на получение товарного ореха, семенные плантации и др. Плантационные насаждения, как правило, низкополнотные с малым числом деревьев на единице площади, не в полной мере выполняют специфические средозащитные функции и в этом случае естественное возобновление является наилучшим вариантом решения вопроса. И это особенно проявляется в таежных лесах предгорного Алтая и Салаирского кряжа.
Одной из главных задач в повышении продуктивности лесов следует считать разработку мероприятий, содействующих быстрому естественному возобновлению (Крылов, 1961,1974, Писаренко 1973-1977, Побединский, 1975, Калиниченко и др, 1973, Парамонов, 1983, Синицин, 1987, Анучин, 1985) и др.). На покрытых и не покрытых лесом площадях решать эту задачу необходимо только на типологической основе с учетом возобновительного потенциала в каждом типе леса и особенностей протекания этого процесса в различных лесохозяйственных районах.
Особенностью ленточных боров Алтая является, несмотря на их освоение человеком в течение последних трех столетий и постоянно происходящие лесные пожары, явное преобладание насаждений сосны естественного происхождения, Согласно учету лесного фонда, по состоянию на 01.01.98 г. переведенные и не переведенные в покрытые лесом земли лесные культуры занимали площадь 108,3 тыс.га, что составляло 9,6% от общей площади земель лесного фонда или 12,9% от земель, покрытых лесной растительностью.
Несмотря на экстремальные почвенно-климатические условия, особенно в южных частях лент, восстановление сосны на вырубках и гарях происходило главным образом естественным заращением. Поэтому вопросы изучения естественного возобновления под пологом леса и на открытых площадях имеют практически первостепенное значение (Бузыкин, 1965, 1974).
Основой естественного возобновления леса является наличие семян. Величина их урожая на той или иной площади зависит прежде всего от богатства почвы и ее обеспеченности влагой, а также от возраста древостоя, его густоты, степени развитости крон, условий местопроизрастания и ряда других факторов.
Процесс плодоношения у сосны связан с возмужанием дерева и разделением побегов в кроне на мужские и женские, расположение которых подчинено строгой закономерности (Некрасова, 1960). В верхней части кроны различаются 3 генеративных яруса - женский, смешанный и мужской и ниже них располагается один ярус-ростовой. С увеличением возраста и высоты деревьев как генеративные, так и ростовой ярусы смещаются вверх. Такая же закономерность присуща и скелетным ветвям. В своей классической работе Н.П.Кобранов (1911) различал 4 этапа в формировании семени: 1) заложение и развитие органов полового размножения; 2) опыление и оплодотворение; 3) развитие семени; 4) созревание семени и отделение его от материнского дерева.
Генеративные мужские почки закладываются в июне и вначале представляют собой несложные новообразования, состоящие из бугорка меристемы (Некрасова, 1960). К концу июля почка достигает 0,5 см в длину и она состоит из нескольких рядов тканей, прикрытых чешуйками. К октябрю шишка достигает размера 1 см и уже является сформировавшейся.
Генеративные женские почки закладываются в августе в верхней части ростового побега сбоку от верхушечной почки. В первые месяцы жизни шишечки увеличиваются в размерах, но без дифференциации тканей. В таком виде почки зимуют.
Весной года П+1 почки усиленно растут и к концу мая в мужских шишечках созревает пыльца и она вылетает. Женские шишечки также усиленно растут и к концу мая достигают размера по длине 4-5 мм и становятся ярко-малиновыми.
После вылета пыльцы мужские колоски опадают, а женские шишечки изменяют свой цвет на зеленовато-бурый и за лето они увеличиваются всего на 1-2 мм. Осенью прекращается рост пыльцевой трубочки и всю зиму пыльца и семяпочки находятся в состоянии покоя. Оплодотворение происходит в июне года П+2 и с этого момента начинается бурый рост шишечки.
Созревание шишечек связано с освобождением их от воды, этот процесс начинается в августе и заканчивается в сентябре. Вылет семян происходит весной уже года П+3. Таким образом, от зачатка генеративного женского органа до вылета семени, у сосны происходит 33-34 месяца или почти 3 года.
Объемы и способы восстановления лесных экосистем на гарях 1999 года
Природные факторы, в особенности температурные условия и количество осадков, прямым образом накладывают отпечаток на формирование сосняков различной степени сомкнутости. Если на южной оконечности ленточного бора они в основном являются низко-и среднеполнотными, то в северной части основная их масса представлена высокополнотными насаждениями. Климатические факторы способствуют также формированию одновозрастных или разновозрастных сосняков. Последним лесоустройством выделены одновозрастные (формирование протекает в течение 1-2 классов возраста) и разновозрастные сосновые насаждения с более растянутым сроком формирования экосистем.
Приняв предложенную И.В.Семечкиным (1963) классификацию возрастной структуры сосновых насаждений с выделением одновозрастных, условно одновозрастных, условно разновозрастных и разновозрастных насаждений, следует констатировать, что на пробной площади № 9 типичное условно одновозрастное насаждение, а на пробной площади № 12 - типично разновозрастное. Формирование насаждений в первом случае протекало в течение 40 лет, а во втором протекает непрерывно и, как минимум, в течение 120 лет (табл.21.).
Имеют место принципиально различные процессы естественного возобновления сосны. Если на пробной площади № 12 возобновление протекало без воздействия лесного пожара в течение 100-120 лет и по сути дела является непрерывным процессом, то на пробной площади № 9 оно носит взрывной характер. По-видимому, около 100-120 лет назад после лесного пожара сохранилось 7-12 деревьев на 1 га, которые обеспечили семенами естественное возобновление территории в течение 2 классов возраста - в 1У-У классах имеется 86,6% деревьев. Этим самым была создана лесная обстановка под пологом леса с сомкнутостью 0,6-0,7, под которым процесс возобновления продолжается, но интенсивность его стала низкой.
На пробной площади № 12 процесс естественного возобновления протекает без влияния лесных пожаров, о чем свидетельствует возрастная структура насаждения, в котором самых старых деревьев осталось 8,1% и молодняков всего 2,7%. Между 1У и УШ классами возраста количество деревьев оказывается примерно равным - от 13,5 до 18,9% в классе возраста.
Если в первом случае (пр.пл. № 9) «взрыв» естественного возобновления на гари связан с благоприятными погодными условиями весны и первой половины лета, а также и наличием семян, то во втором случае (пр.пл. № 12) на возобновление оказывают влияние и погодные условия, и конус полуденной тени.
Значит, факт практически полной гибели самосева сосны на гари 1997 г. в течение 1998 и 1999 гг. еще не говорит о наличии стадии опустынивания лесных земель. Более благоприятные погодные условия в 2000 году дают основание считать, что возникший самосев на гари 1997 г. успеет адаптироваться к условиям и выживет. Если судить по Бузулукскому бору, то для успешного естественного возобновления гарей необходим более влажный период в течение 2-3 лет.
Восстановление гари (пр.пл. № 9) произошло в течение одного класса возраста (деревьев У класса имеется 42,3%), но отсутствие деревьев У1 класса возраста однозначно указывает на период с неблагоприятными погодными условиями для естественного возобновления после лесного пожара, когда семена с оставшихся после пожара деревьев не имели возможности или прорасти, или после прорастания всходы погибали в первые 1-2 года по причине засухи. Поэтому гибель самосева на гарях 1997 г. в течение последующих 2 лет еще не является фактом смены растительности. Экстремальные климатические условия являются пагубными не только для сосны, но и для других видов растительности, они не позволяют даже травянистой растительности создать дернину.
В результате различных по интенсивности процессов естественного возобновления к настоящему времени образовались сосновые насаждения условно одновозрастные (пр. пл. № 9) и разновозрастные (пр. пл. № 12). Подход к их эксплуатации должен быть различным. Если в первом случае необходимо проведение (при достаточной полноте) проходных рубок, то во втором - рубки омоложения.
Картирование пней с определением их возраста наглядно дает представление о динамике появления отдельных особей сосны. Как правило, это связано с конусом полуденной тени, когда одни деревья способствуют появлению других, защищая их в наиболее жаркие часы суток.
Возрастное строение сосновых насаждений ленточных боров изучалось в различные годы Л.Н.Грибановым (1960), А.А.Гурским (1974), В.А.Бугаевым и Н.Г.Косаревым (1988), которыми указывалось на разновозрастность сосняков, что связывалось с условиями естественного их возобновления.
В Ракитовском лесхозе в 1988 г. на гари 1997 года после сплошной санитарной рубки проведено на двух пробных площадях картирование пней с замерами их диаметров и определением возраста по годичным кольцам. В Павловском лесхозе на 6 пробных площадях выполнены замеры пней с определением их возраста проведения рубки обновления, а у оставшихся на корне деревьев буравом Преслера определен возраст на уровне шейки корня. Всего было учтено 236 деревьев в Ракитовском лесхозе и 435 в Павловском.
