Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Естественное возобновление хвойных пород и проблемы его изучения 11
1.1 Общие закономерности лесовосстановительного процесса под пологом леса 11
1.2 Биоэкологические особенности хвойных пород, возможности их воспроизводства в пределах ареала 17
1.3 Конкурентные взаимоотношения в темнохвойних сообществах 28
Глава 2 Природный комплекс пихтово-кедровых лесов юга Западной Сибири и условия произрастания хвойных пород 30
Глава 3 Методика исследований 34
3.1 Выбор и обоснование методов исследования 34~
3.2 Методика отбора пробных площадей 36
3.3 Методика учета естественного возобновления темнохвойных пород 39
3.4 Методика статистической обработки материала 40
Глава 4 Количественная оценка естественного возобновления хвойных под пологом леса 42
4.1 Породный состав хвойного подроста 42
4.2 Количественное распределение подроста на склонах различных экспозиций 45
4.3 Значение микрорельефа в распределении хвойного подроста 57
Глава 5 Проявление морфологических отличий подроста пихты сибирской в зависимости от высотно-склоновых характеристик 66
Заключение 96
Выводы 100
Литература 101
Приложения
- Биоэкологические особенности хвойных пород, возможности их воспроизводства в пределах ареала
- Конкурентные взаимоотношения в темнохвойних сообществах
- Природный комплекс пихтово-кедровых лесов юга Западной Сибири и условия произрастания хвойных пород
- Количественное распределение подроста на склонах различных экспозиций
Введение к работе
Важность изучения лесовосстановительных процессов всегда подчеркивается в научных исследованиях лесных сообществ. Охарактеризование этих процессов в геоботанических и лесотипологических исследованиях является обязательным элементом. Такая характеристика включает в себя количественную и качественную оценку подроста, его состава, возраста, состояния и т.д. Эти данные не только позволяют глубже понять природу леса, но и дают представление относительно дальнейшего его развития. Безусловно, они могут ответить на многие вопросы, интересующие лесовода - практика. Например, наличие жизнеспособного подроста в лесу сможет обеспечить более быстрое воспроизводство древостоя после рубки, и при том без смены пород. Напротив, отсутствие такого подроста зачастую требует создания культур на вырубленных площадях или содействия естственному возобновлению за несколько лет до рубки.
Большой интерес к изучению лесовозобновительных процессов обнаруживается уже в первых работах русских лесоводов, но наибольший акцент всегда ставился на хозяйственное использование лесных ресурсов (Поварни-цын, 1944; Погребняк, 1968; Дерябин, Букштынов, 1970; Белов, 1983; Мелехов, 1989), В настоящее время леса требуют комплексного подхода не только к изучению их развития, но и к использованию в хозяйственных целях. Пора реально задуматься о тех, как говорил Г.Ф. Морозов, «незаметных полезно-стях леса», которые не выражаются в кубометрах древесины или издержках на ее перевозку. Лесные насаждения обогащают атмосферу кислородом и аккумулируют твердые воздушные взвеси. В умеренных широтах особенно активно участвуют в этом темнохвойные породы. Даже один гектар спелых ельников поглощает в год 10-12 тысяч тонн углекислоты и выделяет 8-9 тыс. тонн кислорода. Кедровые насаждения в возрасте 150-200 лет и 120-140-летние пихтовые поглощают ежегодно 5-11 тыс. тонн С02 и выделяют 4-9 тыс. тонн О2 с гектарной площади (Протопопов, 1967). Помимо этого, темно-
4 хвойные леса выполняют и водоохранную функцию. Именно они уменьшают поверхностный сток талых и дождевых вод, смывающий плодородный слой почвы и переводят его в сток межевой (Молчанов, 1960, 1973; Калинин, 1973; Побединский, 1975; Данилик, 1977). Производимые хвойными породами фитонцидные вещества способствуют оздоровлению атмосферы (Протопопов, 1967, 1975). Темнохвойные насаждения, являясь средой обитания для многих редких в настоящее время представителей растительного и животного мира, способствуют сохранению биоразнообразия. О том, что суммарный объем пользы, приносимой лесными насаждениями, во много раз превышает стоимость древесины, многократно подчеркивалось в литературе (Побединский, 1988; Крылов, Калинин, Козакова, 1990; Грицко, Баранник, 1996; и др.).
С позиций популяционной экологии, возобновление главного лесооб-разующего вида - ключевой ценопопуляционныи процесс, исход которого во многом определяет структуру, продуктивность, стабильность и всю последующую динамику лесного биогеоценоза, а, следовательно, и лесоводствен-ную программу (Санников, Парпан, 1996).
Опубликовано большое число работ, в той или иной мере касающихся вопросов возобновления. Накоплен обширный фактический материал, установлены многие важные закономерности этого процесса. И, тем не менее, предстоит еще многое сделать в этом направлении. То, что уже проверено и доказано для одного типа леса, лишь отчасти подтверждается в другом, и может совсем отсутствовать в третьем типе. И, помимо этого, в каждый тип леса вносят свои изменения комплекс зонально-климатических, биотических, антропогенных и множество других факторов. Так, положительное влияние разрушительных факторов на северные леса Западной Сибири, охарактеризованное В.Н. Седых (1990), проявляется только на глинистых почвах, и, как подчеркивает сам автор, отсутствует на песчаных.
На территории Кемеровской области исследования лесовозобновитель-ных процессов в преобладающих лесных массивах не проводились уже мно-
5 го лет. Последняя монография, изданная группой авторов под руководством Г.В. Крылова, датируется 1969 г. Последующие исследования по лесовозоб-новительным процессам (Шмонов, 1977) проводились в кедровых древосто-ях, доля которых на территории области достаточно мала. В то же время в научной литературе (Крылов, 1961, 1962, 1973; Калинин, 1973; Баранник, Сергеев, и др., 1997: и др.) и популярных изданиях (Илюхин, 1986, 1988; Соколов, 1988; Сусоев, 2003; и др.) постоянно поднимается вопрос об охране и рациональном использовании лесных ресурсов области. Неравномерное размещение лесозаготовительных предприятий на территории области и расположение их, в основном, в горно-таежных районах привело к тому, что на юге Кемеровской области, в Таштагольском лесхозе, в 1967, 1968 гг. расчетная лесосека по хвойным породам перерубалась на 16% и более (Калинин, 1973 б). A.M. Калинин также подчеркивает, что большой ущерб горным лесам нанесли и условно-сплошные рубки, когда выбиралась только деловая хвойная древесина, а остальная, по существу, гибла. Уже в пятидесятые годы исследователями отмечается, что работы по сохранению молодняка и подроста практически не ведутся, в то время как естественное и искусственное возобновление из-за сильного разрастания травяного покрова является малоэффективным (Ножкин, Скобелев, Юрре, 1957). Возобновление вырубок в горных районах в соответствующем кедрово-пихтовом черневом комплексе идет неудовлетворительно (Поликарпов, 1978). В настоящее время результаты таких действий можно наглядно проследить на лесорастительной карте, например, Шорского Национального природного парка (ШНПП), где по берегам реки Мрас-су (что в переводе означает «кедровая река») на планах лесных насаждений голубеют огромные массивы вторичных березняков и бледно-зеленых осинников, сформировавшихся на местах вырубок шестидеся-тых-семидесятых годов. Это подтверждается и официальными материалами (Лесопользование в российской федерации, 1996), показывающими, что в шестидесятые - семидесятые годы в СССР вырубалось значительное количество не только перестойных и спелых, но и приспевающих лесов, составив- шее в 1971 году 3960 тысяч кубометров. Этот же литературный источник характеризует и незначительный объем лесокультурных работ на многолесных территориях, составляющий не более четверти сплошных вырубок. По данным учета лесного фонда области (Сводный проект... 1998), запас спелых и перестойных насаждений сократился на 16,3%, а также уменьшился общий запас пихтачей на 5,2%.
Нельзя обойти вниманием глобальную проблему деградации лесов на планете. Эта проблема остро проявляется и для территории Кемеровской области. В литературе нередко поднимался вопрос о влиянии на хвойные биогеоценозы атмосферных выбросов, и как следствие, различных «кислотных дождей» (Шяпятене, 1988; Писаренко, 1989; Баранник, Куприянов, Сергеев, Счастливцев, 1997; Цыкалов и др., 1999; и др.). Однако в исследованиях, проведенных группой авторов на территории Кузнецкого Алатау (Алексеев, Астапенко, Басова и др., 1999) отражается достаточно радужная картина происходящих процессов: «не существовало и не существует процессов интенсивной деградации лесов» (Алексеев и др. с.52). В то же время, хотя авторы и не исключают наличия слабого атмосферного загрязнения, причиной явного массового повреждения пихтовых древостоев они называют грибные болезни. Трудно согласиться с такой точкой зрения, принимая во внимание материалы международных исследований, приводимые в работе А.И. Писаренко (1989). В них утверждается: деградация лесов не вызывается исключительно вредными атмосферными выбросами, но комплексным влиянием всех факторов, ослабляющих сопротивляемость древостоев и, как следствие, подверженность их различным грибковым заболеваниям. Здесь же отмечается, что влияние вредных выбросов проявляется не только в значимых, но даже и в фоновых концентрациях.
Наиболее распространенными на территории Кемеровской области являются темнохвойные лесные фитоценозы, занимающие более 60% всей ле-сопокрытой площади при общей лесистости области 58%. Это связано, прежде всего, с экологическим оптимумом темнохвойных пород на территории
7 Западной Сибири. Темнохвойные древостой на ее территории представлены тремя видами древесных пород - пихтой сибирской (Abies Sibirica), кедром сибирским (Pinus Sibirica), и елью сибирской (Picea Obovata). В Кемеровской области пихта, по различным источникам информации, занимает около 46,4% всей лесопокрытой площади области (81,6% земель, занятых хвойными породами), доля кедра составляет не более 6% и ели - 2% (Сводный проект... 1998).
Соответственно выше сказанному, целью настоящей работы является: изучить естественное лесовозобновление темнохвойных видов под пологом материнских древостоев на территории Кемеровской области в наиболее распространенных типах леса; изучение показателей возобновления и его особенностей в связи с лесотипологическими, экспозиционно-склоновыми и высотными условиями произрастания; проведение сравнительного анализа лесовозобновления в горных и равнинных территориях области.
Конкретные задачи исследования состояли в следующем:
На основе лесорастительного и лесохозяиственного районирования, имеющихся материалов лесоустройства отобрать репрезентативные участки, на которых составить геоботанические описания темнохвойных фитоцено-зов.
Провести на пробных площадях учет количества, жизненного состояния и морфологических показателей подроста согласно общепринятым методикам.
Выяснить связь возобновительных процессов в исследуемых группах типов леса с высотными и экспозиционными характеристиками склонов.
На основе анализа морфологических признаков вида, доминирующего в составе подроста выявить, связь высотных и экспозиционных характеристик склонов с морфологическими признаках подроста.
Настоящая работа является первой попыткой выявить количеств венные и качественные особенности в естественном подпологовом возобновлении в основных группах типов леса на территории Кемеровской области.
8 Необходимость этого определяется как общей экологической обстановкой на территории области, так и слабой изученностью вопроса подпологового возобновления в регионе. Большое разнообразие биоэкологических и географических особенностей произрастания темнохвоиных пород на территории Кузбасса создало возможность проведения сравнительного анализа количества и качества подроста под пологом материнских насаждений. Для сравнительного анализа морфологических признаков подроста впервые был применен метод дискриминантного анализа с использованием трех основных признаков подроста- высоты, диаметра при основании и возраста.
По результатам исследований определены общие итоговые характеристики работы :
Актуальность темы: Исследования возобновительной динамики лесных биогеоценозов являются необходимыми не только с точки зрения хозяйственного использования насаждений, но также с позиции теоретической и по-пуляционной экологии. В связи с резким сокращением площади лесных массивов под действием антропогенного фактора как в целом на планете, так и на территории Западной Сибири исследование коренных насаждений приобретает особую значимость. Кемеровская область находится на границе Западной и Южной Сибири, сочетая на своей территории различные типы темнохвоиных сообществ, что делает ее уникальным объектом исследования. В то же время изучение лесовозобновительных процессов в доминирующих группах типов леса проводилось в Кузбассе более 30 лет назад, что делает опубликованные результаты малопригодными для практического применения в сложившейся действительности.
В этой связи комплексное исследование возобновительных процессов под пологом материнских насаждений позволит оценить устойчивость коренных темнохвоиных сообществ в имеющихся условиях среды, а также разработать практические рекомендации по комплексному мониторингу за состоянием лесных биогеоценозов.
Цели и задачи иследования подробно изложены выше и, исключая повторение, опускаются.
Научная новизна. Впервые проведено комплексное исследование возобновительных процессов под пологом материнских древостоев для преобладающих типов темнохвойных сообществ Кузбасса. Выявлены особенности естественного возобновления в зависимости от высотных и экспозиционно-склоновых характеристик произрастания насаждений. Проведен сравнительный анализ численности возраста и размера подроста в зависимости от вы-сотно-склоновых характеристик.
Теоретическая и практическая значимость. Полученные в результате исследования информационные и аналитические материалы могут быть использованы для интерпретации процессов эффективного планирования мониторинговых исследований на охраняемых территориях, а также для разработки лесохозяйственных мероприятий, направленных на повышение эффективности возобновительных процессов в горных условиях области, где сосредоточены наибольшие площади лесных массивов Кузбасса. В частности, итоги работы могут быть использованы в лесоводстве при назначении способов лесовозобновления после рубок главного пользования в лесах Кемеровской области.
Защищаемые положения.
Успешность возобновления темнохвойными породами под пологом материнских древостоев возрастает с уменьшением высоты над уровнем моря.
Удовлетворительно возобновляются ценопопуляции темнохвойных видов всех групп типов леса на равнинных территориях и в зеленомош-ной группе в горных условиях. Насаждения разнотравной и широкотравной групп типов леса в горных районах возобновляются неудовлетворительно.
Высотные и экспозиционные характеристики склонов не оказывают прямого влияния на развитие исследованных морфологических признаков подроста — высоты и диаметра при основании.
Апробация. Материалы диссертации доложены на Южно-сибирской конференции студентов и молодых ученых «Экология Южной Сибири» (Абакан 2001), конференции молодых ученых «Биота горных территорий: история и современное состояние» (Екатеринбург 2002).
По теме диссертации опубликовано 6 научных работ.
Диссертационное исследование выполнено на кафедре зоологии и экологии Кемеровского государственного университета. Автор выражает свою искреннюю признательность и благодарность научному руководителю, докт. биол. наук В.Е. Сергееву, а также сотруднику кафедры, канд. биол. наук В.Б. Ильяшенко за помощь в статистической обработке материалов.
Биоэкологические особенности хвойных пород, возможности их воспроизводства в пределах ареала
Сосна кедровая сибирская или кедр сибирский (Pinus Sibirica Du Tour) широко распространен на северо-востоке европейской части России. Северная граница ареала идет от рек Ижмы и средней Печоры и от северного Урала на восток приблизительно по полярному кругу до Енисея, откуда, несколько снижаясь, направляется к верхнему течению Алдана. Восточная граница тянется по водоразделу Лены и Амура на юго-юго-запад в Северную Монголию, где охватывает северные горнолесные районы и озерную котловину на северо-западе страны. Юго-западная граница охватывает Алтай и идет далее на запад по южной части Западно-Сибирской Низменности приблизительно по 55 с. ш. на Уральские горы, где находится западная граница ареала. Протяженность ареала составляет с запада на восток 4500 км, а с севера на юг 2700 км. (Непомилуева, 1974; Таланцев, Пряжников, Мишуков, 1978; Бобров, 1978; Крылов, 1983)
Кедр имеет довольно широкую эдафическую амплитуду: может расти на каменистых почвах в горах, на заболоченных почвах и также встречается на вечной мерзлоте. Тем не менее, кедр следует считать мезотрофом, так как для его нормального роста и устойчивого семеношения необходимы достаточно плодородные, хорошо дренированные, свежие, глубокие, легкосуглинистые и суглинистые слабооподзоленные почвы (Булыгин, 1985). Как отмечает Ф.Н. Харитонович (1968), наиболее благоприятными эдафическими условиями для него являются дренированные свежие глубокие легко суглинистые и суглинистые слабооподзоленные почвы. Вместе с тем, кедр переносит и заболачивание почв, хотя рост его в этом случае ухудшается, снижается бонитет насаждений до IV и даже V. Также растет кедр и на сфагновых болотах, где бонитет его насаждений снижается до Va, что дает основание автору отнести кедр к умеренно оксифильным растениям (Харитонович, 1968). Кедр не очень требователен к теплу и может расти при сумме активных температур менее 500. Это обуславливает его широкое распространение в высокогорных участках, где он может произрастать на высотах 1200-2300 м. Многие авторы отмечают, что в горах южной Сибири и Центральной Азии кедр сибирский поднимается выше всех высокоствольных видов (Крылов, 1961; Крылов, Речан, 1967; Семечкин и др., 1976; Бобров, 1978.)- Нижняя граница произрастания сибирской кедровой сосны зависит от относительных показателей увлажнения (Поликарпов, 1966, 1970, 1978). С распространением на север, ближе к границам лесной зоны, кедр постепенно оставляет переувлажненные местообитания, что, по видимому, вызвано не самой по себе влажностью, а связанным с ней температурным режимом почв (Мишуков, 1973).
Появление возобновления кедра на северном пределе распространения Г.В. Крылов (1955, 1957) объясняет общим улучшением среды для роста лесных насаждений, происходящим в последние 200-300 лет, и особенно интенсивно со второй половины XIX века. Это же подтверждает И.А. Бех (1979), указывая, что ранее граница распространения кедра на территории Западной Сибири располагалась южнее. Он же отмечает, что в процессах зарастания вырубок и гарей черневая тайга занимала практически всю территорию современных лиственных лесов и при благоприятных условиях может восстановить свое господство. При этом различные площади заселялись кедром не одновременно, а в разное время, что подтверждает динамичность породы в пределах своего ареала.
Годы обильного плодоношения у кедра сибирского повторяются через 5-7 лет (Харитонович, 1968). Сосна сибирская является ветроопыляемой породой и цветет в июне месяце. Как показали исследования, закладка женских зачатков является первоосновой для будущего урожая и в существенной мере определяет его уровень (Некрасова, 1961; Ирошников, 1963; Воробьев, 1967). Поскольку шишки созревают на второй год после цветения, то на плодоношение кедра оказывают влияние погодные условия не только года цветения и опыления, но и года созревания семян. Фактическая величина урожая корректируется интенсивностью опада зачатков и шишек. Т.П. Некрасова (1961) установила, что в Западной Сибири процент опада увеличивается к северу. Подобное явление с поднятием в горы охарактеризовал для Восточной Сибири и Саян А.И. Ирош 19 ников (1963а, 19636), отмечая, что в верхних поясах гор опад может достигать 100%.
Процессы возобновления кедра, как наиболее ценной породы, являются достаточно изученной темой и освещены в литературе для различных регионов (Судачкова и др., 1967; Харитонович, 1968; Семечкин, 1971; Шмонов, 1977; Бех, 1979; Седых, 1979; Таланцев, 1981; Крылов, 1983; Андреев, Парамонов, 2002; и др.). Значительная растянутость ареала сосны сибирской показывает ее успешную приспособляемость к разнообразным условиям произрастания. Тем не менее, в каждом регионе имеются свои особенности почв, климата и ведения хозяйства, что обусловливает большое количество работ и постоянный интерес к этой теме.
Возобновительная динамика кедра своеобразна. Обладая значительным долголетием, он накапливается под пологом и занимает доминирующее положение при отмирании более короткоживущих лиственных и хвойных пород. Н.К. Таланцев (1981) отмечает, что подпологовое возобновление кедра идет более успешно с продвижением на север, что объясняется меньшей требовательностью кедра к теплу, почвенному питанию и влаге по сравнению с другими хвойными породами и позволяет ему успешнее конкурировать в борьбе за существование. Здесь, по утверждению автора, кедр зачастую выступает в роли пионерной породы, заселяя вырубки и гари, в то время как в подзоне южной тайги развитие кедровников идет через смену пород.
Конкурентные взаимоотношения в темнохвойних сообществах
Кемеровская область расположена в умеренных широтах между 5208 и 5654 северной широты и 8433 и 8928 восточной долготы. Площадь области составляет 95,5 тысяч квадратных километров, из которых на горные системы приходится 61 тысяча км2. Кемеровская область находится практически в центре материка и главным фактором, определяющим климатические условия, является отдаленность области от теплых морей Тихого, Атлантического и Индийского океанов и незащищенность с севера и северо-востока от холодного арктического воздушного течения. В то же время, горные хребты Кузнецкого Алатау и Салаирского кряжа, ограничивающие территорию области на юго-востоке и юго-западе, создают различные климатические особенности. Высота гор, их направление и экспозиция склонов оказывают различное влияние на климат. Климат области является резкоконтинентальным и характеризуется продолжительной холодной зимой и коротким, жарким летом. По степени кон-тинентальности он занимает некоторое промежуточное положение между Западной и Восточной Сибирью (Куминова, 1950). Максимальная температура по всей территории области почти одинакова. В горах средняя годовая температура ниже, чем на равнинных территориях. В предгорных районах безморозный период короче на 5-10 дней (Агроклиматические ресурсы... 1973).
Вегетационный период сильно сжат и составляет в горных районах 134-145 дней, в лесостепи — в северных районах 147-154, в южных районах 159-160 дней в год (Сводный проект... 1998). Более ранние исследователи сообщают, что средняя продолжительность вегетационного периода по области составляла 110-120 дней (Калинин, 1973, Агроклиматические ресурсы Кемеровской области, 1973). Температурный режим области является наиболее благоприятным для развития темнохвойных лесных биогеоценозов (Крылов, 1961, 1990). Увеличение продолжительности вегетационного периода, вероятно, вызванное глобальным потеплением на планете, должно благотворно сказываться на их производительности (Адаменко, Иванов, 1983, Казимиров, 1996).
Основные горные хребты Кемеровской области — Кузнецкий Алатау и Салаирский кряж - находятся на пути господствующих юго-западных ветров и конденсируют большую часть приносимой ими влаги. В горах Кузнецкого Алатау выпадает более 1000 мм осадков в год, в то время как на подветренных склонах Салаирского кряжа, в юго-западной лесостепной и степной зонах сумма годовых осадков составляет менее 400 мм. Основное количество осадков выпадает в летнее время (до 70%) и лишь до 30 % выпадает зимой в виде снега. Высота снежного покрова в равнинной тайге составляет - 40-200 см, в горной тайге 2-3 метра. Преобладающими ветрами являются юго-западные, со скоростью 3-7 м/сек, но часто отмечаются ветры до 20 и даже 30 м/сек.
Рельеф Кемеровской области тесно связан с геологическим строением и отличается большим разнообразием. В настоящее время на территории области выделяется 5 орографических районов: Кузнецкий Алатау, Горная Шория, Салаирский кряж, Кузнецкая котловина и Западно-Сибирская равнина (Ильичев, Соловьев, 1994). Рельеф выступает основным фактором, корректирующим развитие почвенного и растительного покрова области.
Лесорастительное районирование лесов Западной Сибири было проведено Г.В. Крыловым (1961), Леса Кемеровской области были отнесены им к Салаиро-Кузнецкой подпровинции темнохвойной черновой тайги. На территории Кемеровской области A.M. Калинин (1973) выделяет 12 лесорастительных районов по характеру однородности лесной растительности, почв и рельефа, входящих в три лесорастительные зоны: равнинной тайги, лесостепи и горной тайги. Темнохвойные лесные насаждения распространены в следующих из выделенных районов: пихтово-осиновый черневой североравнинный (3); пихтово-осиновый черневой салаирский низкогорный (5); пихтово-осиновый черневой кузнецкий низкогорный (8), кедрово-пихтовый кузнецкий низкогорный (9); кедрово-пихтовый горношорский (11); пихтово-осиновый горношорский (12).
А.М.Калинину, 1973). Римские цифры-номера лесорастительных районов. Кузнецкий Алатау расположен между 53-56 северной широты и 86-91 восточной долготы и является частью Кузнецкого плоскогорья в составе Алтае-Саянской горной области. На западе и востоке к нему примыкают крупные котловины — Кузнецкая и Минусинская. Кузнецкий Алатау представляет собой как бы плоскогорье, высотой до 800 м над уровнем моря, над которым возвышаются отдельные хребты, гряды, изолированные группы вершин, возникшие в результате избирательной денудации или дифференцированных неотектонических движений. Современный рельеф Кузнецкого Алатау сформировался в неоген-четвертичное время в результате поднятия и расчленения ранневозраст-ных поверхностей выравнивания (Крылов, 1964; Горожанкина, Константинов, 1978).
Строение почв на территории Кемеровской области имеет определенные особенности. Все коренные породы в пределах территории перекрыты толстым плащом лёссовидных суглинков, достигающим мощности 80 метров и являющимся континентальным образованием. Эти толщи лёсса, обогащенные известью, являются основой — материнской породой почв, оказывающей громадное влияние на ход почвообразовательного процесса (Куминова, 1950). Зональными почвенными образованиями нужно считать черноземы Кузнецкой котловины, серые оподзоленные почвы северной части области и прилегающие к ним с севера подзолистые почвы Западно-Сибирской низменности. На горных поднятиях Салаира и Кузнецкого Алатау распространены глубоко-подзолистые почвы черневой тайги, горно-подзолистые и горно-луговые почвы (Куминова, 1950, Горожанкина, Константинов, 1978).
На территории горных районов под темнохвойными лесными формациями наиболее распространены глубоко подзолистые почвы. Они характеризуются большой мощностью подзолистого горизонта - 50-60 см при глинистом механическом составе; слабой выраженностью и светлой окраской горизонта Aj;-отсутствием лесной подстилки или торфянистого горизонта; постоянством морфологии в различных условиях рельефа с некоторым изменением мощности почвенного профиля; большим суммарным эффектом выщелоченности и опод-золенности. Одной из отличительных особенностей этих почв является также отсутствие плитчатой структуры, комковатая или комковато-зернистая структура верхней части профиля (Куминова, 1950, Сводный проект... 1998).
Природный комплекс пихтово-кедровых лесов юга Западной Сибири и условия произрастания хвойных пород
Верный методический подход к изучению лесовосстановителььных процессов очень важен. Он обеспечивает репрезентативность получаемых материалов при минимальных затратах труда в процессе исследования. Для изучения лесовозобновительных процессов в полевых условиях разработано несколько специальных методик. При этом методы изучения подроста под пологом материнского древостоя и на вырубках различны. Широко используемые принципы исследований, представленные А.В. Побединским (1962), подразумевают два варианта учетов - стационарные и маршрутные. Стационарные учеты рассматривают особенности хода роста насаждения за продолжительный период, плодоношение древесных пород, роль почвенного запаса семян в возобновлении леса, влияние корневых систем древостоя на развитие травяно-кустарничкового яруса и подроста и другие. Эти методики подразумевают многолетние исследования динамики определенных явлений, происходящих в лесных сообществах под воздействием различных факторов. Но, прежде чем приступить к углубленному изучению конкретных явлений, присущих территории, следует обозначить круг проблем, имеющих место в ее древесных сообществах. Маршрутные методы призваны составить общее представление о процессах, происходящих на значительных территориях. В дальнейшем материалы, собранные маршрутными, методами могут быть использованы для выявления участков, требующих углубленного изучения. Поскольку лесовозобновительный процесс на территории Кемеровской области (особенно в горных районах) изучен слабо, в ходе этой работы было решено использовать маршрутные методы исследований, чтобы составить наиболее полную картину состояния подполо-гового лесовозобновления в наиболее распространенных темнохвойных сообществах.
Несомненно, наиболее точным является метод сплошного перечета подроста на исследуемой территории. Однако этот метод чрезвычайно трудоемок и требует значительных временных затрат. Поэтому исследователями были разработаны и внедрены методики частичного учета. Так, А.В. Побединский (1962) указывает на правомерность учета подроста на площадках размером 2X2 метра, расположенных на параллельных трансектах. Эта методика широко применяется для изучения лесовозобновления на равнинных территориях. Но для горных склонов Я.А. Сабан (1982) предлагает использовать метод закладки лент учета шириной в 1 м и длиной 100 м, размещая их по горизонтали склона, или метод закладки малых площадок 2X2 м двумя или тремя рядами поперек склона. Учет подроста на малых учетных площадках для получения репрезентативных выборок, как отмечают авторы, целесообразно проводить при равномерном распределении подроста по исследуемой площади. В отсутствие предварительных данных о распределении подроста было решено проводить учет количества подроста согласно методике Я.А. Сабана, а морфологических признаков подроста - согласно указаниям А.В. Побединского.
Для достижения поставленных целей требовалось изучить количественные и качественные характеристики подроста под пологом леса за сравнительно непродолжительный срок силами одного человека. Таким образом, за основу были взяты маршрутные методики. Это также было сделано в связи с тем, что исследования по возобновлению сообществ с преобладанием пихты сибирской на горных территориях Кемеровской области проводились более 40 лет назад, и следовательно, не могут служить рекомендациями к отбору модельных участков леса. Предварительно, на основе лесоустроительных материалов, проводился отбор наиболее типичных участков перестойных лесных массивов, в минимальной степени подвергшихся антропогенному влиянию. Следует отметить, что в связи с отсутствием таких материалов для территории заповедника «Кузнецкий Алатау» на момент проведения работ, автор руководствовался устными рекомендациями сотрудников заповедника и личными геоботаническими и лсотипологическими описаниями, проведенными во время полевых работ 1997-1999 годов.
Для отбора репрезентративных пробных площадей, в полной мере отражающих особенности лесовозобновительных процессов на территории Кемеровской области были использованы следующие методические приемы. Согласно лесорастительному районированию области по A.M. Калинину (1973) темнохвойные лесные фитоценозы сосредоточены в 3 лесорастительных зонах (Смотри главу 2). Для исследования горных территорий были выбраны кедро-во-пихтовый кузнецкий низкогорный, кедрово-пихтовый горношорский (см рис. 2.1) как наиболее сходные по лесорастительным характеристикам районы и пихтово-осиновый черневои североравнинный, для сравнительного анализа между горными и равнинными участками.
Руководствуясь данными Сводного проекта организации и ведения хозяйства Кемеровского лесохозяйственного территориально-производственного объединения (1998), а также материалами лесоустройства (на 1 января 1998 г,, и ранее) по избранным районам, любезно предоставленными соответственно дирекцией Шорского Национального Парка и руководством Мариинского лесхоза были определены наиболее распространенные группы типов леса, класс бонитета, полнота и крутизна склонов. Перечисленные материалы были приняты в качестве исходных: преобладающие группы типов леса — разнотравная и широкотравная (сюда же была включена зеленомошная группа типов, поскольку на основе научных публикаций (Крылов, 1961; Крылов, Куликов, 1962; Фалалеев, 1982), она определяется как доминирующая на территории Западной Сибири, и территории Кемеровской области); преобладающая полнота для широкотравной группы типов леса - 0,5 -0,6, для разнотравной группы типов - 0,5-0,6, для зеленомошной — 0,6-0,7; класс бонитета III; крутизна склонов 8-12%.
Количественное распределение подроста на склонах различных экспозиций
Количественное распределение подроста хвойных пород в пихтачах разнотравных Кузнецкого Алатау (рис. 4.1) показывает, что численность подроста увеличивается к подножию склонов. Максимальное количество подроста отмечается в нижней части южных склонов и достигает 1,8 тыс. экземпляров на гектаре, минимальное количество зарегистрировано на верхних участках северных склонов и составляет 1,2 тыс. экз./га. Различия между участками склона наиболее выражены на севере. Здесь в верхней трети склона насчитывается 1,2, а в нижней - 1,7 тыс. экз./ га, при этом различия между всеми участками склонов статистически достоверны (р 0.0018) (см. Табл. 4.3). На восточном, южном и западном склонах эти различия более сглажены, количество подроста на нижних участках достоверно больше (р 0.02) по сравнению с верхними, но отличия средних от нижних участков склонов недостоверны (р 0.051).
В группе широкотравных пихтачей Кузнецкого Алатау количественное распределение подроста пихты демонстрирует рисунок 4.2. На каждой из пробных площадей зарегистрировано менее 1 тыс. экземпляров подроста на гектар. Максимальное количество - 0,92 тыс. экз./га - насчитывается на нижних частях восточных склонов. На верхние участки склонов приходится около 0,7 тыс. экз./га, на средние и нижние - 0,8-0,9 тыс. экз./га. На северных и южных экспозициях наибольшее количество подроста отмечено на средних участках склонов, а на восточных и западных на нижних. Примечательно, что различия между верхними и нижними участками склонов всех экспозиций являются статистически достоверными (см. Табл. 4.4) (р 0.02), а между сред высоты на склоне. ними и нижними - недостоверными (р 0.136), за исключением восточной экспозиции (р 0.005). Таким образом, достоверные различия между всеми участками склона наблюдаются только на восточной экспозиции, где характерно увеличение количества подроста хвойных пород от вершин к подножию.
Как следует из рисунка 4.3, количество подроста в зеленомошной группе типов леса значительно превышает таковое в предыдущих группах для рассматриваемого района. Наименьшая численность подроста отмечена на верхних участках северных склонов и составляет 2.3 тыс. экз./га, наибольшая - на нижних участках западных склонов - 3,8 тыс. экз./га. Для всех склоновых экспозиций характерно повышение числа подроста в направлении от верхних участков к нижним. При этом статистически достоверными (см Табл. 4.5) являются различия между верхними и нижними участками склонов на всех экспозициях (р 0,002), а также между верхними и средними участками на восточной, южной и западной экспозициях (р 0,029). Количественное распределение подроста темнохвойных видов в зеленомошных пихтачах Кузнецкого Алатау в зависимости от экспозиции и высоты на склоне. ниєм склонов северной и западной экспозиции (р 0,031). Одновременно прослеживается тенденция к увеличению количества хвойного подроста в направлении север-юг.
В Шорском национальном парке в группе разнотравных пихтачей (рис. 4.4) можно отметить следующее количественное распределение подроста хвойных пород: численность его увеличивается к подножию склонов на всех экспозициях. Среднее количество подроста регистрируется больше на восточных и южных склонах, при этом на южном склоне отмечается максимальное количество подроста для всех участков склона, (1.2 тыс. экз./ га для верхней части, 1.5 тыс. экз./ га для средней и 1.6 тыс. экз./ га для нижней части). Минимальное количество подроста зарегистрировано на верхней части северного склона и составляет 0.8 тыс. экз./га. Практически все различия между участками склонов одной экспозиции достоверны (р 0.036) (см. Табл. 4.6), недостоверно различаются только нижние и средние участки склонов южной экспозиции, а также верхние и средние - западной (р 0,410). Количество подроста на всех участках склонов возрастает в направлении с севера
Количество подроста хвойных пород в зеленомошной группе типов изменяется с 1,9 тыс. экз./га в верхней части северного склона до 4 тыс. экз./га в нижней части южного склона (рис 4.6). Следует отметить, что различия между участками склона одной экспозиции ярко выражены на северных и восточных склонах, где все участки различаются между собой с высокой степенью достоверности (р 0.003) (см Табл. 4.8), в то время как на южных и западных они сглажены, (имеются недостоверные различия (р 0.428) между верхними и средними участками на юге и нижними и средними на западе (р 0.582) ). Тем не менее, на каждом из склонов заметна тенденция к увеличению количества подроста у подножия, по сравнению с более высоко расположенными участками. При этом наибольшие отличия в количестве подроста в зависимости от экспозиции склона отмечаются на верхних и средних участках, в то время как нижние участки северной восточной и западной экспо Рисунок 4.6. Количественное распределение подроста темнохвойных видов в зеленомошный пихтачах Горной Шории в зависимости от экспозиции и высоты на склоне. зиций содержат одинаковое количество подроста 3,3 тыс. экз./га.
Как показывает таблица 4.9 в разнотравной и зеленомошной группах типов леса имеется высокая корреляционная зависимость между высотой и количеством подроста на исследуемой площади. Зависимость является обратной — с увеличением высоты над уровнем моря количество подроста уменьшается. Это характерно как для территории Кузнецкого Алатау, так и для Горной Шории. В широкотравной группе типов эта зависимость не отмечена ни в одном из районов.
При сравнении соответствующих групп типов леса на территориях Кузнецкого Алатау и Горной Шории отмечены следующие тенденции: В разнотравных пихтачах Горной Шории количество подроста на соответствующих участках склонов одной экспозиции достоверно меньше, по сравнению с территориями Кузнецкого Алатау. В широкотравных пихтачах, напротив, количество подроста на территории Шорского национального природного парка достоверно больше, чем на соответствующих местопроизрастаниях в заповеднике «Кузнецкий Алатау». В группе зеленомошных пихтачей ни один из горных районов Кемеровской области не имеет абсолютного преобладания над другим. В Горной Шории количество подроста на южной экспозиции больше, чем на соответствующих пробных площадях Кузнецкого Алатау, на восточной же экспозиции наблюдается обратная картина. Для исследуемых горных территорий характерно наименьшее количество подроста на верхних участках склонов северных экспозиций. В разнотравной и зеленомошнои группах типов максимальное количество подроста наблюдается на нижних участках южных склонов. Для разнотравной и зеленомошнои групп типов леса характерно возрастание числа подроста хвойных пород на гектаре от верхних участков склонов к нижним.
