Введение к работе
Актуальность проблемы. Леса Сибири являются не только стратегически важным ресурсом, но и важнейшей экологической составляющей бореальных лесов В то же время лесные экосистемы (особенно ее южной части) подвержены воздействию ряда деструктивных факторов, в результате которых увеличиваются площади не покрытых лесом земель, снижается полнота древостоев, отмечаются наступление степей и значительное ухудшение санитарного состояния лесов Важнейшими из деструктивных воздействий являются вырубки леса на огромных площадях, повреждение лесов техногенными выбросами, массовые повреждения хвоегрызущими вредителями, расширяющиеся площади очагов возбудителей гнилевых болезней и гибель коренных древостоев
По экспертным оценкам, общая площадь лесов России, поврежденных техногенными выбросами, составляет 1,3 млн. га Наиболее мощными источниками атмосферных выбросов фитотоксичных загрязняющих веществ являются предприятия цветной металлургии и энергетики (Васильева и др, 2000). В программе развития Сибири и в частности Красноярского края предусмотрены дальнейшая интенсификация добычи и переработки сырьевых ресурсов, рост промышленности. Особую опасность для окружающей среды представляют заводы по производству алюминия - в настоящее время их четыре и рассматривается вопрос строительства еще одного на Ангаре
Наряду с техногенным загрязнением огромные площади лесов подвергаются воздействию деструктивных биотических факторов (вспышки массового размножения филлофагов, грибные болезни и др ) Так, в лесах Сибири в течение XX века площадь «шелкопрядников» — насаждений, погибших в результате периодических вспышек массового размножения сибирского шелкопряда - Dendrohmus superans sibmcus Tschetv (СШ), (a также последующего развития в этих массивах хронических очагов черного пихтового усача и возникновения лесных пожаров) составляет не менее 20 млн га (Гниненко, 2003). На части этой территории до настоящего времени не произошло восстановление леса, что наносит ощутимый вред и экономике, и экологии страны С новыми вспышками массового размножения СШ площади прогалин и пустырей продолжают увеличиваться.
На юге Сибири наблюдается ухудшение санитарного состояния лесов, вызванное воздействием корневых патогенов (Armillaria trtellea sensu lato и Heterobasidion annosum sensu stricto). Так, на территории Минусинского лесхоза Красноярского края выявлено 955 га очагов корневой губки (на начало прошедшего ревизионного периода отсутствовали) (Пояснительная записка к проекту , 2004)
Оголяющиеся в результате лесозаготовительной деятельности, воздействия техногенных выбросов, биотических факторов площади далеко не всегда возобновляются лесной растительностью или возобновляются не
коренными породами Из-за этого теряется коренной облик природных экосистем и изменяется вся структура бореального покрова юга Сибири С этих позиций крупной научной проблемой, имеющей важное хозяйственное значение (для обеспечения неистощимости лесопользования и сохранения средообразующих функций лесов) для южных районов Сибири, является лесовосстановление коренных устойчивых лесных экосистем Цель исследования. Изучить дигрессивные и восстановительные процессы в техногенно- и биогенно нарушенных лесных биогеоценозах и разработать теоретические основы восстановления устойчивых лесных сообществ Основные задачи исследования:
Изучить процесс деградации естественных коренных и искусственных древостоев в регионах юга Сибири,
Разработать методы изучения формирования очагов куртинного усыхания и динамики ценозов после вспышек массового размножения сибирского шелкопряда, способ оценки газоустойчивости деревьев и кустарников;
Выявить закономерности возобновления древесных пород и динамики ценозов в «шелкопрядниках», санитарно-защитных зонах алюминиевых заводов и очагах корневых патогенов.
4 Изучить сопряженные закономерности роста и строения древостоев сосны обыкновенной в связи с интенсификацией техногенных и биотических воздействий;
Изучить изменчивость видов и внутривидовых таксонов древесных растений на устойчивость к техногенному и биотическому воздействию
Разработать теоретические основы восстановления устойчивых лесных сообществ на техногенно- и биогенно нарушенных площадях
Научная новизна:
1. Разработан метод изучения сукцессии древесных ценозов после
повреждения древостоев сибирским шелкопрядом с использованием
геоинформационных технологий Выявлены долговременные
закономерности возобновления этих древостоев Предложен способ искусственного лесовосстановления на участках «шелкопрядников», подтвержденный патентом «Посадочный материал»;
2 Установлены ксилемометрические показатели у хвойных деревьев, позволяющие идентифицировать время вспышки массового размножения шелкопряда в ретроспективе
По результатам длительных стационарных исследований выявлены закономерности морфологического строения древостоев сосны обыкновенной естественного и искусственного происхождения, в том числе подверженных воздействию грибов биотрофного комплекса
Установлено возрастание патогенных свойств грибов A mellea sensu lato на юге Сибири и исследована их роль в сукцессии хвойных лесов Установлен вид корневой губки (Н annosum sensu stricto), вызывающий
куртинное усыхание сосновых древостоев в Минусинских ленточных борах (самое восточное место в Евразии, в котором зарегистрирован этот гриб)
Выявлена индивидуальная устойчивость некоторых видов древесных растений к промышленным выбросам, армилляриозу. Разработан способ определения устойчивости растений к фторсодержащим газам по степени связывания подвижных ионов фтора.
Разработаны теоретические подходы к обоснованию восстановления устойчивых лесных сообществ на нарушенных площадях юга Сибири. Основные положения, выносимые на зашиту:
Основными факторами долговременной деградации лесных экосистем Сибири являются: вспышки массового размножения сибирского шелкопряда; техногенное воздействие, корневые патогены (A mellea sensu latoиН annosumsensustricto).
Рост техногенного загрязнения, смена коренных лесов, глобальное изменение климата сопровождаются ростом патогенных свойств грибов А mellea sensu lato на юге Красноярского края. Маломощные почвы, подстилаемые твердыми горными породами, способствуют снижению иммунитета сосняков
3. На продолжительность и направление сукцессии древесных ценозов оказывают значительное влияние степень их повреждения сибирским шелкопрядом (позднее - черным пихтовым усачом), пожары, гидрологический режим, гранулометрический состав почвы, рельеф местности, предшествующий состав древостоев, наличие семенных деревьев
Увеличению радиального прироста после значительной дефолиации деревьев шелкопрядом предшествует рост площади трахеид, что позволяет использовать данную закономерность для идентификации времени возникновения вспышки массового размножения шелкопряда в ретроспективе
Успешное создание устойчивых и эффективно выполняющих санитарно-гигиенические функции насаждений в условиях высокого техногенного загрязнения возможно только при оптимизации питательного режима древесных растений; селекции видов и внутривидовых таксонов; своевременных агротехнических уходах.
Формирование устойчивого насаждения осуществляется в процессе колебания значений, характеризующих строения лесных культур (изменение асимметрии рядов распределения деревьев по диаметру), что обеспечивает своевременную дифференциацию и отпад отстающих в росте особей в древостое.
Процесс переформирования социальной структуры лесных культур является адаптивной реакцией древостоя на патогенное действие дереворазрушающих грибов
8. При создании лесных культур, выполняющих в первую очередь средообразующие функции, на участках с отсутствием или недостаточным количеством естественного возобновления целесообразно применять свободное размещение посадочного материала (0,5-1,5 тыс. шт./га)
9 Лесовосстановление на нарушенных площадях должно идти в русле естественной сукцессии и согласовываться с целевыми задачами будущих ценозов.
Практическая значимость работы заключается в определении закономерностей дигрессии лесных экосистем На основе анализа сукцессионных процессов за многолетний период разработаны теоретические подходы к созданию системы лесовосстановления нарушенных площадей и формированию на них устойчивых лесных экосистем, которые войдут в программу лесовосстановления Красноярского края. Получены патент «Посадочный материал» (№ 2250597 РФ, 2005) и четыре свидетельства об официальной регистрации программ для ЭВМ по обработке биометрических данных
Личный вклад автора заключался в постановке задачи, выполнении теоретических исследований, в сборе полевых и экспериментальных данных и их обработке при участии сотрудников, аспирантов и студентов СибГТУ под руководством автора Работа выполнена в Сибирском государственном технологическом университете и является самостоятельной работой автора. Она представляет итог 24-летних исследований На разных этапах работа была поддержана грантами* «Лесовосстановительные сукцессии в очагах интенсивного антропогенного и биогенного воздействия в зоне темнохвойних лесов Сибири» (грант по фундаментальным исследованиям в области технических наук №Т02.-11.1-920); «Изучение ценотической устойчивости лесных культур лесостепи и южной тайги Сибири, созданных в течение 1911 - 1999 гг.» (НТП «Государственная поддержка интеграции высшего образования и фундаментальной науки»); «Закономерности искусственного и естественного возобновления на антропогенно и биогенно нарушенных землях при различных сценариях глобального изменения климата» (НП «Развитие научного потенциала высшей школы»)
Публикации. Основные положения диссертации изложены в 91 печатной работе (13 - в журналах, рекомендуемых ВАК), включая 3 монографии Апробация работы. Основные положения работы, результаты и практические рекомендации докладывались на международных, российских и региональных научных конференциях и совещаниях. Красноярск, 1985-1986, 1991, 1993-95, 2000-2006, Томск, 1985; Москва, 1987, 2004, Йошкар-Ола, 1989, Барнаул, 1996, Санкт-Петербург, 1987, 1988, 1989, 1997, Новосибирск, 2001; Иркутск, 2005 и др.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и приложений Основное содержание диссертации
