Введение к работе
Актуальность.
Преобладающим видом рубок в лесах России являются сплошные рубки. В конце 80-х на них приходилось более 90% от общего объема заготавливаемой в стране древесины. За последние годы доля сплошных рубок несколько уменьшилась, хотя все еще остается на уровне более 70% (Ярошенко, 2004). Особенности ведения хозяйства в таежных лесах, имеющаяся лесозаготовительная техника и устоявшиеся традиции лесопользования обуславливают то, что доля сплошных рубок будет оставаться весьма большой и в обозримом будущем. Вырубки являются ведущим фактором антропогенного воздействия на лесные сообщества. В настоящее время лесное хозяйство идет по экстенсивному пути развития, постоянно увеличиваются площади сплошных рубок. Такой подход приводит к тому, что происходит смена ценных пород малоценными, увеличиваются площади необлесенных территорий. Это обусловило появление типологии вырубок и способствовало разработке современных научных основ лесовосстановления, базирующихся на понимании причинно-следственных связей между исходными типами леса и лесорастительными условиями вырубок (Раменский, 1938; Мелихов, 1958; Декатов, 1961; Кожухов, 1977; Побединский, 1986; Обыденников, 2002)
Значительное влияние почвенных условий на скорость роста и качество лесонасаждений (как первичных, так и вторичных - послерубочных) подтверждено многими научными исследованиями. (Ремезов, Быкова 1949; Зеликов, 1958; Морозова, 1964; Зонн, 1969; Орфанитский, Орфанитская, 1971; Maki, 1972; Семенова, 1975; Иванов, 1977; Мурзаева, 1977; Ермолаева, Крапачевский, 1979; Boyle, 1982; Child, Holbo, Miller, 1985; Тощева, 1988; Карпачевский, 1999; Jonsson, Ingerslev, 2004; Sikstrom, 2004 и др.). В этих работах рассматривается воздействие различных факторов: ветрового и температурного режимов, солнечной радиации, напочвенного покрова, количества осадков, достигающих поверхности почвы, воздействия агрегатной техники - на почвы и формирующийся тип вырубки.
Изменения свойств почв на вырубках затрагивают преимущественно верхние горизонты. На восстановление исходных свойств почв требуется 100 и более лет. Наиболее интенсивно почвообразовательные процессы изменяются в первые несколько лет после проведения рубки. Авторами отмечено, что эволюция почвенных свойств зависит от степени повреждения почвы, характера сукцессии, скорости восстановления лесного биоценоза.
При любых типах вырубок существенное значение имеет время их проведения. Так, вырубки и вывоз древесины в зимний период приводят к меньшим нарушениям не только наземного растительного покрова, но и верхних органогенных и органо-минеральных горизонтов почвы.
В то же время, недостаточно изучено влияние искусственного восстановления леса на почвы вырубок при том, что во многих лесхозах и силами арендаторов производятся искусственная посадка лесных культур, осуществляется уход за ними. К тому же большинством авторов исследуются участки рубок, на которых произошло максимальное нарушение почв, а при возрастающей культуре лесопользования и применении новейшей лесозаготовительной техники площади таких вырубок существенно сокращаются. Смены растительности, происходящие при естественном заращивании и оказывающие влияние на формирование почвенного покрова вырубок, также всесторонне изучены, а при изучении искусственного восстановления леса основное внимание лесоводов направлено на свойства древесных пород. Представляется актуальным изучение изменений свойств почв и показателей растительности на сплошных вырубках при искусственном лесовосстановлении.
В настоящее время для описания функционирования экосистем широко используются методы математического моделирования. В большинстве случаев исследователи стараются насытить модель параметрами, отражающими поведение конкретной исследуемой системы (Пых 1983; Ризниченко1993; Малкина-Пых 1996), поэтому остро стоит вопрос разработки базовых моделей с минимальным набором параметров. К основным базовым моделям относятся: выведенная Мальтусом на основе предположения о неограниченности пищевых ресурсов и линейном характере скорости роста, и выведенная Ферхюльстом с использованием предположения о нелинейном увеличении скорости роста (Ризниченко1993). Недостатком этих моделей применительно к задаче оценки состояния почв вырубок разного возраста является то, что в них прямо не учитывается время. Актуальным является вывод модели продуктивности, учитывающей время.
Цель исследования: Выявить закономерности восстановления почвенных свойств и растительности на сплошных вырубках в подзоне южной тайги.
Для достижения поставленной цели решали следующие задачи:
1. Выявление закономерностей морфологического строения, запасов подстилки и плотности почв вырубок различного возраста в хронологическом ряду от 0 до 100 лет при искусственном лесовосстановлении.
Выявление закономерностей в изменении величин показателей кислотности, содержания гумуса, обменных катионов, элементов питания (К и Р), подвижных форм микроэлементов (Zn, Си) в почвах вырубок различного возраста при лесовосстановлении.
Выявление закономерностей в изменении количественных показателей древостоя и напочвенного покрова для вырубок различного возраста при искусственной посадке культур ели.
Моделирование динамики запасов биомассы елового древостоя на основе базовой функции продуктивности.
Обоснование подхода к экологической оценке состояния земель вырубок южнотаежной подзоны.
Положения, выносимые на защиту: Восстановление свойств почв и нарастание биомассы древесной культуры (ели) на вырубке в условиях лесовосстановительных работ происходит быстрее, чем в условиях естественного зарастания. Искусственное насаждение, характеризуемое преобладанием одновозрастной культуры, менее устойчиво к механическим (ветер) и биологическим (вредители и болезни леса) воздействиям, чем сообщества, возникшие на вырубках в результате естественного восстановления, что подтверждает экономическую целесообразность окультуривания вырубок.
Запасы древесной биомассы в хронологическом ряду восстановления вырубок описываются базовой моделью продуктивности, на основе которой определяются фазы роста насаждения. Фазы роста количественно характеризуются функцией состояния, что позволяет проводить комплексную оценку состояния лесных сообществ, при различных видах антропогенных воздействий.
Научная новизна исследования. В ходе выполнения работы для изучаемого хронологического ряда вырубок были получены новые данные по содержанию подвижных форм микроэлементов (Zn, Си), элементов питания (К и Р), запасам подстилки.
Выявлены зависимости между изменением изучаемых в работе почвенных свойств и скоростью роста древостоя. Выявлена фаза роста древостоя, когда почвенные свойства оказывают наибольшее влияние на скорость его роста.
Проведена экологическая оценка состояния земель вырубок на основе функции состояния, количественные значения которой были получены на основе базовой модели продуктивности.
Практическая значимость работы. Отклонения от расчетных значений запасов древесины по фазам роста при искусственном лесовосстановлении можно использовать как основу для рекомендаций, корректирующих лесохозяйственные мероприятия. Восстановление почвенных свойств и билогического разнообразия на вырубках при посадке культур ели в полной мере не происходит, следовательно, необходимо рекомендовать более щадящие способы рубок и восстановления лесонасаждений.
Апробация работы. Результаты исследований были представлены: на международной конференции V International Conference «Disturbance dynamics in boreal forests» (Dubna, Russia, 2004); XIII Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов» (Москва, 2006); X Докучаевских молодежных чтениях «Почвы и Техногенез» (Санкт-Петербург, 2007); Всероссийской научно-практической конференции «Фундаментальные достижения в почвоведении, экологии, сельском хозяйстве на пути к инновациям» (Москва, 2008); V Всероссийском съезде Докучаевского общества почвоведов (Ростов-на-Дону, 2008); на заседаниях и научных семинарах кафедры земельных ресурсов и оценки почв факультета почвоведения МГУ имени М.В.Ломоносова.
Публикации. По теме диссертации работы опубликовано 8 работ, из них 2 статьи.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов и
списка литературы, включающего _165_ отечественных и ГЗ зарубежных работ,
приложения. Содержательная часть диссертации изложена на _87_ страницах,
иллюстрирована _17 рисунками, _9_ таблицами.
