Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Природные условия района исследований 8
1.1. Геофафическое местоположение, лесорастительное и лесохозяй-ственное районирование 8
1.2. Климат 14
1.3. Рельеф 17
1.4. Почвы 18
1.5. Лесной фонд 20
Глава 2. Состояние изучаемой проблемы 25
Глава 3. Программа, методика и объем выполненных работ 42
3.1. Профамма работ 42
3.2. Методика исследований 42
3.3. Объем выполненных работ 47
Глава 4. Обеспеченность подростом спелых и перестойных сосновых древостоев 48
4.1. Хозяйственные фуппы типов леса ХМАО 48
4.2. Естественное возобновление под пологом спелых сосновых древостоев 53
Глава 5. Естественное возобновление на вырубках 61
5.1. Естественное возобновление в подзоне северной тайги 61
5.2. Естественное возобновление в подзоне средней тайги 66
Глава 6. Возобновление леса на пройденных пожарами площадях 73
6.1. Горимость лесов ХМАО 73
6.2. Естественное возобновление на пройденных пожарами площадях в подзоне северной тайги 77
6.3. Естественное возобновление на гарях в подзоне средней тайги 90
Глава 7. Лесоводственная эффективность мероприятий по содействию естественного возобновления 103
Общие выводы 118
Библиографический список 121
- Лесной фонд
- Объем выполненных работ
- Естественное возобновление под пологом спелых сосновых древостоев
- Естественное возобновление в подзоне средней тайги
Введение к работе
Актуальность темы. В последние десятилетия в связи с развитием промышленности, особенно нефтегазодобывающей и интенсивным ростом населения, леса Ханты-Мансийского автономного округа (ХМАО) подвергаются сильнейшему антропогенному воздействию. Помимо сплошнолесосечных рубок, абсолютно доминирующих в главном пользовании, на территории округа, существенное влияние на лесные насаждения оказывают лесные пожары, разрубка трасс коммуникаций, загрязнение промышленными выбросами, лесная рекреация. В связи с усилением стрессового влияния антропогенеза на леса, снижается их устойчивость и активность лесообразовательного процесса, особенно в стадии лесовозобновления.
Успешное решение проблемы лесовозобновления может быть достигнуто путем рационального сочетания естественного и искусственного методов на основе приоритетности и максимального использования первого из них, а также интенсификации естественного возобновления мерами содействия ему. Концепция эффективного устойчивого управления естественными лесовосстановительными процессами должна строиться на комплексном изучении их закономерностей на зонально-типологической основе. Именно слабая изученность этих закономерностей является одной из главных причин неудач мер содействия естественному возобновлению хозяйственно ценных пород, отказа от мер содействия и тенденции широкого применения лесных культур. В то же время преимущественно естественные способы возобновления вырубок и гарей продекларированы в Концепции развития лесного хозяйства России до 2005 года (1990): "Лесные культуры будут создаваться, главным образом, в условиях, где естественное возобновление не обеспечивает нужного качества конечных результатов по созданию ценных и устойчивых насаждений".
Цель и задачи исследований. Целью исследований является изучение успешности и направлений процессов естественного возобновления под пологом сосняков, на вырубках и гарях, дифференцировано по подзонам и группам типов леса на территории ХМАО и разработка рекомендаций по содействию естественному возобновлению.
В процессе работы по достижению поставленной цели решались следующие задачи:
обобщение литературных материалов по изучаемой проблеме;
анализ состояния лесного фонда района исследований по данным лесоустройства и ведомственным документам;
изучение характера и особенностей естественного возобновления под пологом сосновых насаждений преобладающих типов леса;
изучение возобновительного процесса на вырубках сосновых древо-стоев;
изучение возобновительного процесса на пройденных лесными пожарами площадях;
оценка лесоводственной эффективности различных способов содействия естественному возобновлению;
разработка рекомендаций по содействию естественному возобновлению и предотвращению смены пород на вырубках и гарях.
Научная новизна. Работа представляет собой систематизированное ле-соводственно-экологическое исследование процессов естественного лесовос-становления в сосновых насаждениях на вырубках и гарях, на территории северной и средней подзон тайги ХМАО. Получены новые или более углубленные данные о характере, состоянии и выживаемости подроста под пологом сомкнутых и изреженных сосновых древостоев. Впервые в регионе целенаправленно изучено лесовозобновление гарей и горельников. Также впервые проанализирована лесоводственная эффективность различных способов содействия естественному возобновлению.
Защищаемые положения. В работе исследованы и обоснованы следующие положения, представляемые к защите:
Спелые и перестойные сосновые насаждения доминирующих по площади типов леса в условиях северной и средней подзоны тайги ХМАО обеспечены подростом предварительной генерации в количестве, достаточном для последующего возобновления вырубок при условии его сохранения в процессе лесозаготовок;
Эффективность возобновления сосновых вырубок определяется не параметрами лесосеки, а наличием и состоянием подроста предварительной генерации и его сохранностью после рубки;
Последующее возобновление на гарях и горельниках протекает более успешно чем на вырубках соответствующих формаций и типов леса;
Формирование насаждений с преобладанием сосны в составе древо-стоев может быть обеспечено на вырубках и гарях проведением мер содействия естественному возобновлению и рубками ухода.
Практическая значимость работы. Материалы исследований могут служить основой для проектирования рубок главного пользования и лесовос-становительных мероприятий в лесхозах северной и средней подзон тайги ХМАО.
Личный вклад автора. Все работы по теме диссертации, разработке программно-методических положений, сбору экспериментального материала, анализу и обработке полученных результатов осуществлены автором или при его непосредственном участии и руководстве.
Апробация работы. Основные результаты исследований доложены на Международной научно-практической конференции "Охрана лесов от пожаров в современных условиях", Хабаровск, 2002; Международной научно-технической конференции "Социально-экономические и экологические проблемы лесного комплекса", Екатеринбург, 1999; областной научно-технической конференции "Вклад ученых и специалистов в развитие химико-
лесного комплекса", Екатеринбург, 1997; научной конференции "Б.П. Колесников - выдающийся отечественный лесовод и эколог: к 90-летию со дня рождения", Екатеринбург, 1999; научной конференции "Принципы формирования высокопродуктивных лесов", Уфа, 2000; научно-технической конференции студентов и аспирантов, Екатеринбург, 2000, Межрегиональной научно-практической конференции "Роль особо охраняемых природных территорий в экономике, экологии и политике Сибирского региона", Ханты-Мансийск, 2003.
Обоснованность и достоверность материалов исследований подтверждается большим по объему и разнообразию экспериментальным материалом, применением научно-обоснованных методик, использованием современных методов обработки, анализа и оценки достоверности данных.
Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 10 печатных работах.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 142 страницах машинописного текста, состоит из введения, 7 глав и заключения. Библиографический список включает 241 наименований, в том числе 4 иностранных. Текст иллюстрирован 31 таблицами и 11 рисунками.
Лесной фонд
Общая площадь земель лесного фонда ХМАО по данным учета лесного фонда на 1 января 1998 г. (Лесной фонд..., 1999) составляет 49748,9 тыс. га при площади покрытой лесной растительностью 27814,5 тыс.га (55,9%). Лесистость территории ХМАО 52,0%. Основная доля земель лесного фонда находится в ведении Рослесхоза - 48410,3 тыс.га и в соответствии с экономическими условиями региона относится к III (44877,7 тыс.га) и I (3532,6 тыс.га) группам лесов. Леса I группы представлены преимущественно запретными полосами по берегам озер, рек, водохранилищ и других водных объектов (1704,9 тыс.га) и запретными полосами, защищающими нерестилища ценных промысловых рыб (1298,5 тыс.га). Распределение лесного фонда ХМАО, находящегося в ведении Рослесхоза, по лесохозяйственным округам приведено в табл. 1.2 Видовой состав пород-лесообразователей сравнительно невелик. В целом по автономному округу среди лесных формаций доминируют сосняки и кедровники (табл. 1.3). Доля насаждений с преобладанием мягколиственных пород не превышает 16,6%. Характерной особенностью лесов ХМАО является неоднородность породного состава древостоев отдельных лесохозяйственных округов (табл. 1.4) В Североуральском горно-таежном округе лесистость составляет 88%. В лесном фонде преобладают сосняки (38,8% площади покрытой лесной растительностью), которые занимают нижние уровни гор и хорошо прогреваемые участки. На долю кедровых насаждений приходится 24,2% площади покрытой лесной растительностью. По старым пожарищам встречаются березняки, доля которых в покрытой лесой растительностью площади достигает 10,2%. Древостой характеризуются низкой производительностью. В целом доминируют насаждения Va класса бонитета и только в долинах рек на припойменных террасах класс бонитета повышается до IV.
Лесной фонд Северотаежного лесохозяйственного округа представлен преимущественно сосняками (57,3% покрытой лесной растительностью площади), кедровниками (17,4%) и березняками (11,0%). Производительность лесов низкая, средний класс бонитета IV,9. Особо следует отметить, что в Северотаежном лесохозяйственном округе сосредоточено 75,9% площади сосняков, 96,5%) площади лиственничников, 75% площади кедровников, а также больше половины ельников и березняков ХМАО (табл. 1.4). Последнее обстоятельство обусловило расположение основного количества наших опытных объектов именно на территории этого лесохозяйственного округа. В Среднетаежном лесохозяйственном округе среди лесных формаций также доминируют сосняки (47.7%), однако доля березовых древостоев по сравнению с таковой в Северотаежном округе повышается почти в два раза и достигает 21,4% (табл. 1.3). В бассейне верхнего и на левобережье среднего течения р.Конды распространены только чистые сосновые леса. В междуречье Конды и Тавды наряду с сосной встречаются елово-пихтовые и березовые леса, а на междуречье Оби и Иртыша на больших площадях произрастают темнохвойно-кедровые насаждения. Леса группируются компактными и довольно крупными массивами в долинах рек и на прилегающих участках коренных берегов. Из-за сильной обводненности и заболоченности территории, ухудшающей гидротермический режим почв, прирост невелик. Кульминация средних приростов у хвойных пород (кроме кедра) наблюдается в 60-80-летних дре-востоях, количественная спелость наступает в 80-90-летнем возрасте, а техническая спелость по сортиментам средней крупности - в 120-140-летнем возрасте. По мере продвижения с севера на юг возрастает производительность древостоев при одновременном увеличении доли насаждений с преобладанием мягколиственных пород в составе древостоев. Так, в Южнотаежном лесо-хозяйственном округе доля березняков повышается до 24,5% (табл. 1.3). сосновые формации уступают лидерство еловым, а доля кедровников снижается до 4,5%. При средней производительности лесов, оцениваемой классом бонитета 111,4, на хорошо дренированных почвах класс бонитета насаждений возрастает до 1-Й, а на заболоченных почвах напротив снижается до V-V6. 1. Климат ХМАО характеризуется как резко континентальный, холодный с быстрой сменой погодных условий. 2. Избыточное увлажнение предопределяет доминирование на значительной части территории ХМАО болотных экосистем. 3. Лесистость территории 52%. Леса характеризуются низкой производительностью. Около 7704,3 тыс.га (28,6%) покрытой лесной растительностью площади занято низкополнотными (0,3-0,4) древостоями. 4. Занимая 54,2% покрытой лесной растительностью площади, сосновые древостой доминируют в лесном фонде ХМАО. 5. Из 14566,3 тыс.га сосняков 11055,8 тыс.га (75,9%) произрастает в Северотаежном и 3131,8 тыс.га (21,5%) в Среднетаежном лесохозяйственных округах. Доля сосняков Североуральского горно-таежного и Южнотаежного лесохозяйственных округов не превышает 2,6% от общей площади сосняков ХМАО.
Объем выполненных работ
В процессе выполнения программы исследований нами были проанализированы лесоустроительные материалы всех лесхозов ХМАО, а также книги учета лесных пожаров и статистическая отчетность по ним за период с 1984 по 2003 гг. С целью изучения естественного возобновления под пологом спелых и перестойных сосновых древостоев заложено 45 пробных площадей и 1125 учетных площадок размером 4 м . Произведена выборка из таксационных описаний 5427 выделов качественных показателей подроста предварительной генерации. Для изучения хода естественного возобновления на не покрытых лесом площадях заложено 97 пробных площадей и 1940 учетных площадок, на которых произведен учет подроста по породам, группам высот, возраста и жизненного состояния. На 10 пробных площадях исследована лесоводственная эффективность различных мер содействия естественному возобновлению. Оптимизация лесохозяйственых мероприятий невозможна без учета зонально-типологических особенностей насаждений. В лесах ХМАО ведение лесного хозяйства осуществляется по экстенсивной форме, а следовательно, использование большего количества выделяемых типов леса невозможно. При разработке региональных систем ведения лесного хозяйства на типологической основе используется объединение близких по лесорастительным условиям типов леса в хозяйственные группы типов леса (Рекомендации ..., 1984; Основные положения ..., 1990; Залесов, Луганский, 2002). Аналогичная работа по объединению типов леса в хозяйственные группы была выполнена и нами. При объединении прежде всего учитывалось сходство почвенно-гидрологических условий, производительности древостоев и лесовозобнови-тельных процессов. Сложность объединения заключается в том, что на территории ХМАО долгое время применялись три различные типологические схемы: Г.В. Крылова, Е.П. Смолоногова и A.M. Вегерина. Кроме того, многие типы леса, имеющие сходные и даже повторяющиеся названия, не являются идентичными.
При последнем лесоустройстве, выполняемом Западно-Сибирским лесоустроительным предприятием предпринята попытка использования единой типологической схемы, но поскольку данное лесоустройство закончено не на всей территории ХМАО, а ряд документов не готов, нами все многообразие типов леса объединено в 7 основных хозяйственных групп типов леса. Компьютерная обработка лесоустроительных материалов с использованием программы АРМ "Лесфонд", созданной фирмой "Лабмастер", позволила распределить покрытые лесной растительностью площади ХМАО по лесным формациям и хозяйственным группам типов леса (табл. 4.1). Материалы табл. 4.1 свидетельствуют, что насаждения с преобладанием сосны обыкновенной доминируют в северотаежном и среднетаежном ле-сохозяйственных округах, а в южнотаежном лесохозяиственном округе лишь незначительно уступают по площади насаждениям с преобладанием ели. Из выделенных нами хозяйственных групп типов леса в северотаежном лесохозяиственном округе по площади преобладают долгомошно-багульниковая (26,1%), зеленомошно-ягодниковая (22,8%) и сфагновая (21,8%). В среднетаежном лесохозяиственном округе доминируют зеленомошно-ягодниковая (32,0%) и сфагновая (29,2%) хозяйственные группы типов леса при резком сокращении насаждений долгомошно-багульниковой (7,6%) группы типов леса. Площадь лесов южнотаежного лесохозяйственного округа в ХМАО невелика. Здесь среди покрытых лесной растительностью площадей практически не встречаются насаждения лишайниковой и бруснично-зеленомошной хозяйственной групп типов леса. На долю зеленомошно-ягодниковой группы приходится 37,3%, сфагновой - 24,6% и травяной - 23,6% покрытой лесной растительностью площади. При анализе распределения насаждений по хозяйственным группам типов леса нельзя не отметить, что по лесохозяйственным округам и лесным формациям признаки групп не являются идентичными. В частности, средне-таежные травяные березняки по целому ряду существенных показателей кардинальным образом отличаются от среднетаежных травяных кедровников. В то же время березняки травяной группы в северотаежном и южнотаежном лесохозяйственных округах также существенно различаются. Специфика природных условий не только существенно повлияла на соотношения в лесном фонде древесных пород-лесообразователей, но и на состав подпологовой растительности. Например, в северной тайге, в отличие от южной, развитый травяной покров в лесу можно встретить лишь в самых теплых и высокотрофных условиях произрастания. В то же время моховой покров распространен здесь повсеместно. Изменяются и индикаторные свойства растительности. Так, например, в северной подзоне тайги лишайники не являются показателем сухости почв, как это обычно принято считать, а лишь свидетельствуют о ее низкой трофности. Багульник, голубика, Кассандра, ан-дромеда на юге автономного округа указывают на повышение увлажнения почв. На севере же округа присутствие этих видов растительности связано, прежде всего, с низкой трофностью почв и их холодностью.
Естественное возобновление под пологом спелых сосновых древостоев
В связи со слабой изученностью лесов ХМАО сведения о ходе естественного возобновления весьма ограничены как в материалах лесоустройства, так и в научной литературе. Большинство имеющихся материалов об успешности естественного возобновления основаны на материалах маршрутных наблюдений, причем на сравнительно небольших территориях. Об объективности оценки возобновления часто трудно судить, так как авторы большинства исследований не указывают объем собранного материала и достоверность полученных результатов. По многим группам типов леса совершенно отсутствуют данные о количестве, крупности и породном составе подроста под пологом спелых и перестойных древостоев. Стоящая перед нами задача получения объективных данных о количественных и качественных показателях подроста под пологом спелых и перестойных сосновых древостоев решалась двумя методами. Первый из них базировался на материалах натурных перечетных работ. Чтобы расширить число наблюдений в дополнение к заложенным нами пробным площадям использовались материалы пробных площадей Западно-Сибирского лесоустроительного предприятия. Одновременно анализировались лесоустроительные материалы, т.е. материалы глазомерно-измерительной таксации. Послед ний метод при меньшей точности конкретных данных позволял резко увеличить объем экспериментальных материалов и тем самым получить репрезен- тативные данные о количестве подроста во всех типах леса. При производстве выборок из таксационных описаний соблюдалось непременное требование охвата всех групп типов леса. Минимальное количество выделов (наблюдений) по наиболее распространенным группам типов леса, чтобы обеспечить надежность результатов при обработке исходных данных методами вариационной статистики, задавалось не менее 50. Обобщенные данные о количественных и качественных показателях подроста под пологом спелых и перестойных древостоев приведены в табл. 4.3.
Материалы табл. 4.3 наглядно свидетельствуют, что как в северной, так и в средней подзонах тайги ХМАО под пологом спелых и перестойных сосновых древостоев имеется значительное количество подроста хозяйственно-ценных пород. Доля насаждений с наличием хвойного благонадежного подроста в количестве достаточном в соответствии с современными требованиями (Рекомендации ..., 1999) для успешного возобновления вырубок при условии его сохранения при лесозаготовках, варьирует в условиях северной подзоны тайги от 42,2 в сфагновой группе типов леса до 87,2 - в зеленомошно ягодниковой. В условиях средней подзоны тайги доля насаждений обеспеченных подростом еще выше - 56,2-94,3%. Особо следует отметить, что в наибольшей степени подростом обеспечены спелые и перестойные насаждения наиболее продуктивных типов леса. Последнее еще раз доказывает важность такого мероприятия по содействию естественному возобновлению, как сохранение подроста при лесозаготовках. Заслуживает внимания тот факт, что под пологом спелых и перестойных древостоев обеих подзон тайги ХМАО во всех группах типов леса в подросте доминирует сосна. Доля лиственных пород, напротив, крайне ограничена и не превышает 10% в составе подроста. Под пологом сосновых насаждений практически всех групп типов леса в подросте имеется кедр, доля ко- торого в подзоне средней тайги несколько выше, чем в подзоне северной тайги. Подзона средней тайги характеризуется и несколько большим общим количеством подроста. При проектировании лесовосстановительных мероприятий важное значение имеет высота подроста предварительной генерации.
Наши исследования показали, что под пологом спелых и перестойных древостоев доминирует крупный и средний подрост. Доля мелкого подроста не превышает 30%, при этом его несколько больше в подзоне северной тайги, чем в насаждениях аналогичных хозяйственных групп типов леса в условиях средней тайги. Полученные нами данные, в целом согласуются с материалами других авторов, исследовавших характеристики естественного возобновления сосны под пологом древостоев (Чудников, 1925, 1931; Шипулин, 1938; Горчаков-ский, 1940; Смолоногов, 1960; Санников, 1961, 1998; Смолоногов, Никулин, 1963; Смолоногов и др., 1970, 1980; Бойченко, 1972; Верхунов, 1986; Гашев и др., 1998) о том, что процессы возобновления обусловливаются зонально-провинциальными различиями природы сосняков, типами леса, полнотой и возрастом древостоев, а также климатическими циклами в регионе. Последнее подтверждается увеличением количества подроста во влажные периоды под пологом насаждений на сухих почвах и уменьшением числа всходов и подроста под пологом насаждений на избыточно увлажненных почвах. В засушливые периоды отмечается обратная закономерность.
Естественное возобновление в подзоне средней тайги
Основным объектом исследований в подзоне средней тайги были вырубки разной давности Советского лесхоза ХМАО. По лесорастительному районированию Г.В. Крылова (1958, 1961) территория лесхоза относится к Пелымо-Кондинскому сосново-березовому округу зоны средней тайги. Согласно районированию Е.П. Смолоногова и A.M. Вегерина (1980) лесхоз находится на границе подзон северотаежных и среднетаежных лесов и занимает большую часть Кондо-Северо-Сосьвинского района лишайниково-зеленомошных лесов Средне-Кондинского района сосновых лишайниково-зеленомошных и заболоченных лесов. Современные исследователи (Экология, 1997) относят территорию лесхоза к Канто-Тавдинской лесораститель-ной провинции подзоны средней тайги.
Поскольку на территории Советского лесхоза в течении длительного времени основным видом проводимых рубок главного пользования являлись сплошные концентрированные, именно вырубки этих рубок были объектами исследований. Пробные площади были заложены на вырубках разной давности в наиболее продуктивных типах сосновых лесов зеленомошноягодниковым и мшисто-ягодниковым. Эффективность лесовосстановитель-ных процессов оценивалась с учетом технологии проведения лесосечных работ. Обобщенные данные о количественных и качественных показателях подроста на пробных площадях приведены в табл. 5.5.
Демутационная активность лесных экосистем на вырубках, в первую очередь, оценивается в зависимости от успешности процессов лесовосста-новления. Приведенные в табл. 5.5, данные свидетельствуют, что видовой состав формируемых на вырубках молодняков в значительной степени зависит от давности рубки, сезона заготовки и количества сохраненного при лесозаготовках подроста. Особо следует отметить очень высокие показатели варьирования как количественных, так и качественных показателей подроста. Даже в рамках одного типа леса состав подроста на вырубках варьирует от ЮС до 9Б1С, т.е. доля сосны варьирует от 10 до 100% в составе древостоя формируемого на вырубке.
Общее количество подроста на вырубках сосняка зеленомошно-ягодникового варьирует от 2,3 до 34,4 тыс. экз./га при варьировании хвойного подроста от 0,2 до 24,9 тыс. экз./га. Общее количество подроста и доля хвойных пород в нем существенно отличаются даже при одинаковых давности рубки и сезоне заготовки. На вырубках 6-летней давности количество подроста при летней заготовке с использованием ЛП-19 варьирует от 3,4 тыс. экз./га (ПП-10) до 34,4 тыс. экз./га (ГТП-6), т.е. различается в 10 раз.
Помимо количественных показателей подроста очень важно иметь данные о его качественных характеристиках по породам. Выполненные нами исследования показали, что качественные показатели подроста во многом зависят от его возраста (предварительной и последующей генерации). Материалы табл. 5.6 наглядно свидетельствуют, что доля хвойного подроста предварительной генерации в формируемых молодняках на лесосеках как летней (ПП 1, 10, 12-16), так и зимней (ПП 2-9, 11, 17) заготовки очень невелика. Так, в сосняке зеленомошно-ягодниковом среди экземпляров сосны доля подроста предварительной генерации не превышает 44,7%. Особо следует отметить, что сохранность хвойного подроста предварительной генерации, точнее его доля в составе формируемых древостоев, в большей степени зависит не от сезона заготовки, а от соблюдения технологии лесозаготовок. На подавляющем большинстве лесосек доля минерализованной в процессе выполнения лесосечных работ площади лесосеки значительно превышает установленные лесоводственными требованиями показатели, что приводит к уничтожению подроста предварительной генерации и является своеобразным содействием последующему возобновлению. Последнее во многом объясняет значительное количество подроста последующей генерации светлохвоиных пород.
