Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И КАРТОГРАФИРОВАНИЕ ЛЕСНЫХ ЭКОСИСТЕМ КУЗНЕЦКОГО АЛАТАУ (НА ПРИМЕРЕ БИРИКЧУЛЬСКОГО ЛЕСХОЗА РЕСПУБЛИКИ ХАКАСИЯ)

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И КАРТОГРАФИРОВАНИЕ ЛЕСНЫХ ЭКОСИСТЕМ КУЗНЕЦКОГО АЛАТАУ (НА ПРИМЕРЕ БИРИКЧУЛЬСКОГО ЛЕСХОЗА РЕСПУБЛИКИ ХАКАСИЯ)"



На правах рукописи Шуркина Виктория Владимировна

Современное состояние и картографирование лесных экосистем Кузнецкого Алатау (на примере Бирикчульского лесхоза Республики Хакасия)

Специальность: 03.00.16 - экология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени , кандидата биологических наук

Красноярск-2004

гй--

Работа выполнена на кафедре экологии и географии Института естественных наук и математики Хакасского государственного университета им. Н.Ф. Катанова

Научный руководитель:

Краснощеко» Ю.Н., доктор биологических наук, профессор

Официальные оппоненты: Шугалей Л.С., доктор биологических

наук

Калашников Е.Н., доктор биологических наук

Ведущая организация:

Сибирский государственный технологический университет

Защита состоится « 5 » июня 2004 года в 15^*.часов на заседании диссертационного совета Д 220.037,01 в Красноярском государственном аграрном университете по адресу: 660049, г. Красноярск, пр. Мира, 88. Факс {3912)27-88-27.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Красноярского государственного аграрного университета.

Автореферат разослан « »_2004 г

Ученый секретарь диссертационного

совета дбн, профессор (¡1^ """Чупрова В.В.

Общая характеристика работы Актуальность темы. Лесные экосистемы Хакасии изучаются исследователями уже более 50 лет, и на современном этапе актуальной задачей является разработка экологических опенок современного состояния лесов с целью сохранения их высокого экологического и ресурсного потенциала. Наиболее полно такая информация может быть получена со специально составленных экологических карт. Такая карта сможет не только дать представление о современном состояния почвенно-расттельного покрова, но и позволит выявить степень антропогенной нарушенностн экосистем в зависимости от их регионального и высотного положения. Изучение антропогенных, в том числе и техногенных изменений лесных экосистем необходимо для выявления пороговых значений устойчивости экосистем и последующей разработки рациональных рекомендаций по дальнейшему использованию и охране природных ресурсов.

Цель работы: дать комплексную оценку современного состояния лесных экосистем и картографического отражения в виде карт оценки степени их антропогенной нарушенное™ на примере Бирикчульского лесхоза Республики Хакасия.

Задач» исследования. ]. Провести анализ современного состояния лесного фонда исследуемой территории и проследить динамику антропогенной нарушенное™ лесных экосистем за период с 1980 по 2002 гг. 2. Разработать критерии нарушенное™ почвенно-растительного покрова в зависимости от интенсивности и давности воздействия основных антропогенных факторов (рубок главного пользования и пожаров). 3. Провести комплексную экологическую оценку современного состояния и составить карты антропогенной нарушенностн лесных экосистем изученной территории в масштабе 1:50 000.

Научная ко&нзиа полученных результатов состоит в том, что впервые в Республике Хакасия осуществлены анализ и оценка состояния лесов, на примере Бирикчульского лесхоза, с применением критериев н индикаторов устойчивого управления лесами; проведена диагностика деградационных процессов, наблюдаемых при антропогенном воздействии, разработана покомпонентная и комплексная оценка современного состояния лесных экосистем; создана карта антропогенной нарушенностн, позволяющая не только проанализировать современное состояние лесов региона, но и спрогнозировать их реакцию на дальнейшие антропогенные воздействия.

Защищаемые положения. I. Современное состояние лесных экосистем Хакасии определяется интенсивностью и давностью антропогенных воздействий, степенью развития деградационных и демутационных пронес-

сов. 2. Устойчивыми критериями при оценке антропогенной нарушенно-сти лесных экосистем являются: для фитоценоза - процент уничтоженного древостоя, повреждение подчиненных ярусов и уменьшение ценотиче-ской значимости лесных видов; для почвенного покрова - изменение физических и химических свойств верхних горизонтов почв. 3. Картографи-' рованне антропогенно-нарушенных лесных экосистем проводится на фоне экологической основы, подразделениями которой являются высотно-поясные комплексы (ВПК) лесных биогеоценозов - экосистемы среднего ранга, хорологически и функционально обособленные.

Практическая значимость. Созданная комплексная карта современного состояния лесных экосистем может служить базой для картографического мониторинга происходящих антропогенных изменений экологических ситуаций и для оценки эффективности проводимых мелиоративных и природоохранных работ на территории Бирикчулъского лесхоза и смежных районов.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены на региональной (Абакан, 1999), всероссийской (Барнаул, 2001) и 3-х международных научных конференциях (Абакан, 2001; 2002; 2003); на семинарах кафедры экологии и географии Хакасского государственного университета им. Н.Ф. Катанова, на заседании кафедры геоэкологии эколого-биотехнологического факультета КрасГАУ.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 144 страницах машинописного текста, состоит из введения пяти глав, выводов и приложения, содержит 29 таблиц и 3 рисунка. Список литературы включает 166 библиографических источников, из них 6 на иностранных языках. К диссертации прилагаются 3 карты исследуемой территории (М 1:50 000).

Глава 1. Теоретические основы оценки нарушенное™ экосистем и их картографирование

В последние годы в ходе обширных экологических исследований, проводимых в разных регионах, накопился значительный материал по структурно-функциональной организации различных типов экосистем. В многочисленных публикациях поднимаются и рассматриваются такие важные вопросы, как биогеоценотические смены и их механизмы, вопросы динамики целостности и устойчивости экосистем ( Арманд, 1975; Калашников, 1985; 2002; Исаченко, Шляпников, 1989; Протопопов, 1984; Виноградов, 1983; 1984;1998; Виноградов, Федоров, 1998; Ваганов, Пле-шиков, 1998; Рыжкова, Каплунов, 1998; и др).

Основные подходы к экологической оценке территории достаточно лолно разработаны в трудах различных ученых и представляют собой комплексный подход к оценке природных экосистем, предусматривающий изучение их отдельных компонентов в тесной взаимосвязи и взаимообусловленности. При разработке оценки современного состояния наземных экосистем наиболее приемлемо опираться на показатели механических и структурных изменений как экологических условий, так и собственно б ноты, учитывая вид антропогенного воздействия, его интенсивность, основные нарушаемые компоненты экосистем (Раменский, ¡952; Сукачев, 1956; Востокова и др., 1988; Гунин и др., 1991; Востокова и др., 1992; Калашников, 1998 и др).

Растительность служит наилучшим индикатором экологической обстановки, и характеристика изменения природной среды должна строиться по состоянию самой растительности - ее состава, структуры, продуктивности, направлению и скорости восстановительных процессов, устойчивости к антропогенному воздействию (Сукачев, Зонн, 1961;Сочава, 1970; идр).

Для оценкн степени нарушенное-™ почвенного покрова наиболее устойчивыми показателями являются: интенсивность процессов эрозии и дефляции, изменение морфологических, физических и физико-химических свойств почв (Бизюкин, 1980; Краснощеков, 1994; Кузнецов, Глазунов, 1996; Кормилицина, Сабо, 2000; и др).

Значительный вклад в развитие принципов и методов классификации, анализа и картографирования экосистем внесли работы совместной Советско-Монгольской (Росс нйско-Монгольской) комплексной биологической экспедиции РАН и МАН ( Гунин, Востокова и др., 19&9; Методика разработки.„1990; Краснощекое и др„ 1992; 1996; Экосистемы Монголии, 1995; Карта экосистем Монголии [М 1:1 000000], 1995 идр).

Глава 2. Объекты и методика исследований

Исследования проводились в период 1999-2003 гг в Бирикчульском лесхозе Республики Хакасия. Полевые исследования и картографирование осуществлялись на примере Аскизского лесничества (плошадь 76,3 тыс. га). Основным объектом исследования явился подтаежный сосново-лнствен-ничный высотно-поясной комплекс (ВПК) типов леса, занимающий в пределах лесхоза от 60 до 90% площади. Изучение особенностей лесо-растительных условий, типов леса и их антропогенной модификации проводилось маршрутным методом. Подбор, закладка и описание временных и постоянных пробных площадей осуществлялись согласно общепринятым рекомендациям (Сукачев, Зонн, 1961; Программа и методика 1966). Всего за период исследования было заложено 8 постоянных

пробных площадей в условно-ненарушенных (фоновых) участках леса и 6 пробных площадей, подвергшихся различным антропогенным воздействиям (пройденные пожаром 2-3 летней давности; участки старых необ-лесившихся вырубок и производные березняки). Кроме постоянных, при маршрутных исследованиях, заложено дополнительно более 40 пробных площадей, на которых проведены подробные геоботанические и почвенные описания. Для исследования фнтоценоза использованы сравнительные методы фитоценотического анализа растительных сообществ (Шен-ников, 1964; Василевич, 1969; Семенова, 1975; Белов, 1983; Ипатов, Ки-рикова, 1997; и др). Физические и физико-химические свойства почв определены по общепринятым методикам (Арннушкина, 1970; Вадюнина, Корчагина, 1973; Физико-химические методы..., 1980).

В основу оценки современного состояния и антропогенной нарушен-ности лесных экосистем Бирикчульского лесхоза, а также их картографирования положена методика, разработанная специалистами Российско-Монгольской комплексной биологической экспедиции РАН и МАИ ( Гу-нин и др.,1990; Востокова, Гунин и др.,1992; Краснощекое, Короткое и др., 1990; Краснощекое, Чередникова, Цедендаш, 1996).

Глава 3. Экологические условия района исследования

Бирикчульский лесхоз занимает восточные склоны Абаканского хребта, входящего в систему Кузнецкого Алатау. Орографически он представляет собой плоскогорье со средними высотами 600-1000 м над ур, моря. Абаканский хребет относится к возрожденным горам, возникшим на древнем до кембрийском и палеозойском основании, сформировавшемся в каледонский орогеиный этап.

Климат района резкоконтинентальный. Среднегодовая температура воздуха равна +0,8°. Годовая сумма осадков изменяется от 310 мм - в восточной части, до 700 мм - в западной части хребта. Гидрографическая сеть района исследований развита хорошо и принадлежит к бассейну р. Аскнз.

Согласно лесорастителыюму районированию исследуемая территория относится к Кузнецко-Алатаусскому округу подтаежных и лесостепных лиственничных, горно-таежных темнохвойных лесов и частично к Южно-Хакасскому округу подтаежных сосново-лиственничных и горно-таежных лиственнично-темнохвойных лесов, принадлежащих к Восточно-Кузнеико-МинусинскоЙ котловин но гор ной лесорастительной провинции (Типы лесов..., 1980; Поликарпов и др., 1986). В почвенном покрове широко представлены дерново-подзолистые, дерново-лесные, дерново-карбонатные и серые лесные почвы (Ильиных, 1970),

Глава 4. Современное состояние лесных экосистем Бнрикчульского лесхоза Исходными данными для оценки современного состояния лесов Би-рикчульского лесхоза и их многолетней динамики послужили материалы лесоустроительных отчетов и материалы лесоустройств с 1980 по 2002 гг. Отмечается высокая стабильность доли покрытых лесом земель от 77% в 1980 до 83% в 2002 г, Более половины общей площади покрытых лесом земель (59,7%) занимают леса [ группы. Среди хвойных лесов отмечено наибольшее количество молодняков для лесов 11 и 111 групп (31,3% и 43,7% соответственно), тогда как в лесах 1 группы хвойных молодняков -12,3%. Относительно обшей площади хвоГшых, площадь сосняков составляет 28%, лиственницы -27%, кедра —22%, пихты - 19% и ели - около 2%, Среди мелколиственных пород доминирует береза повислая, занимая около 80% от их общей площади (табл. 1).

Таблица 1

Распределение плошади лесов Бирикчульского лесхоза по преобладающим породам

Год Обшая площадь покрытыч лесом земель Хвойные Мелколиственные

Береза Ос мча

1980 182406 100 ¡25328 68,71 45873 25.15 11205 6.14

1985 193793 100 1?0ИЗ 61.98 59176 30.54 М£04 7,48

1993 18171; 100 ■15205 63,40 Í3WÍ 29.50 12К4К 7,07

1998 195493 100 121953 62,38 59027 30,19 14459 7.40

1999 195783 100 ¡22243 62,44 590^7 30,15 14459 7,39

2001 Í96953 100 123444 62.68 58996 29,95 ¡4459 7.34

2002 197?7? 100 1241(17 62,84 ,58957 29.84 14459 7.32

В числителе: площадь fcа}

В знаменателе: %

Ведущими факторами нарушения лесных экосистем Бирнкчульского лесхоза являются пожары и рубки главного пользования, менее значительны - пасквальные нагрузки и рекреация.

Общая площадь нарушенных лесов по лесхозу, в разной степени, составляет 38,3% - в 1980, увеличиваясь до 41,1% к 1991 г. И' несколько уменьшается до 38,8% к 2002 г. Однако по Ас к и зс кому лесничеству, яв-

дающемуся основным нашим модельным полигоном, площадь нарушенных лесов увеличивается от 32,2% - в 1980 до" 40,8% - в 2002 г,

В таблице 2 приведена динамика площадей вырубок и гарей за период 1980-2002 гг. Солее половины всех гарей (51,8%) сосредоточено в лесах I группы.

Таблица 2

Динамика площадей вырубок к гарей в Бнрнкчульском лесхозе

за период 1980-2002 гг.

1980 1985 1993 1998 1999 2001 2002

Вырубки - площадь ira) - % o r оОшей площади лесхоза 15107 6,37 2422 ¡,02 2516 1.19 1994 0,84 1915 0,81 1654 0.70 1401 0,59

Гари - плотадь (га) - % от обшей плошали лесхота 3152 1,33 434 0. is 378 0.18 253 0.1 ! 253 0,11 243 0,10 285 0.12

Площадь вырубок в лесхозе резко сократилась с 1980 к 2002 г и составила 0,6% от общей площади земель лесного фонда. Практикуются в основном сплошные и условно-сплошные рубки. Уменьшение площади вырубок и гарей по лесхозу с 1980 по 2002 гг. связано, в первую очередь, с переводом этих площадей в производные березняки или в непокрытые лесной растительностью земли - прогалины.

Глава 5. Критерии оценки антропогенно!} нарушенное™ и картографирование лесных экосистем

Под экологической оценкой состояния природной среды понимается оценка антропогенной нарушенное™, функциональной роли и структурной целостности экосистем на разных этапах их восстановления (Краснощекой и др., 1992).

Существование и функционирование лесных экосистем определяется ведущей эдификаторной ролью древостоя. Воздействие антропогенных факторов на древостой ведет к нарушению, а иногда к необратимым изменениям других компонентов экосистемы.

Изучение территории и оценка современного состояния экосистем долж- ' ны сопровождаться пространственным отражением выявленных закономерностей, т.е. составлением картографических моделей местности - экологических карт, к которым относятся карты современных экосистем и оценки степени их антропогенной нарушенное™ (Востокова и др., 1993).

В основу построения карты экосистем положен системный подход, включающий: 1- высотную дифференциацию в горных системах бмоти-

ческих структур среднего таксономического уровня; 2 - литолого-геоморфологические условия с выделением типов и подтипов рельефа.

При составлении контурной основы карты были использованы: планы лесонасаждений на территории лесхоза в масштабе 1:50000 с последующей генерализацией контуров по лесообразующим породам, группам и сериям лесных биогеоценозов; топографические карты М 1:50000; геологические и геоморфологические карты М 1:50000. Помимо картографических материалов и материалов лесоинвентаризацин, при разработке легенды к карте, использованы и литературные источники (Колобков, 1955; Средняя Сибирь, 1964; Ильиных, 1970; Растительный покров Хакасии, 1976; Типы лесов.., 1980; Поликарпов и др., 1986; Танзыбаев, 1993; и др).

В легенде, представленной в матричной форме ( в автореферате к фрагментам карт - в текстовой), приведена систематизация экосистем картируемой территории. Поскольку рельеф наряду с климатом является основным фактором, определяющим характер структуры регионального уровня, то на первом этапе по морфоструктурным показателям выделены два класса экосистем: 1. Горные экосистемы, дифференцированные на среднегорья и ннзкогорья и 2. Долины средних и малых рек, пересекающих разные высотные уровни, имеющие интразональный характер.

Особенности гидротермических условий территории отражены через типы экосистем, являющиеся зонально-поясными объединениями экосистем. Дальнейшая их дифференциация связана с особенностями почвенно-растительного покрова и сопряжена с геоморфологией и литологией. Основная единица картографирования в масштабе 1:50000 - вид экосистемы, т.е. генетически однородные системы со своим определенным типом взаимодействия биотических и абиотических компонентов к отличающиеся своим типом функционирования и динамики. Это таксономические единицы ранга типов лесных биогеоценозов, их групп или серий и сопряженных с ними почв, формирующихся в пределах одного типа рельефа и в условиях достаточно однородного литология ее ко го состава отложений. В пределах картируемой территории растительный покров представлен 6 зонально-поясными подразделениями: экосистемы подгольцово-субальпийскмх лугов, горно-таежных кедровых лесов, горно-таежных кедрово-пихтовых лесов, черневых пихтовых лесов, подтаежных сосновых и лиственничных лесов и экосистемы пойм и долин рек, в пределах которых выделено 20 почвенно-растительных группировок, дифференцированных по 7 геолого-геоморфалогическим подразделениям.

На рис. 1, приведен фрагмент карты экосистем, составленной в масштабе 1:50000. Каждая почвенно-растительная группировка, заключенная в рамки поясной принадлежности, раскрывает структурные и экологические особенности единиц картирования. Экологические связи проявля-

ются в разнообразии эдафических вариантов высотных подразделений -геоморфологических и литологических.

Динамические связи растительного покрова показаны через выделения экосистем производных березовых и осиновых насаждений, связанных своим происхождением с коренными хвойными. Показ на карте контуров производных лесов - это первичная информация о состоянии лесов региона, т.к., наличие площадей взрослых (длительно- и устойчивопроизводных) березняков и осинников характеризует достаточно высокую степень нарушенное™ лесных экосистем и снижение показателей выполнения ими основных экологических функщш.

Оиеика состояния нарушенных участков лесных экосистем может быть дана как по компонентам экосистемы - растительности и почвенного покрова, так и по интегральным показателям состояния лесных экосистем в зависимости от периода релаксации и направления восстановительных смен.

Рис, I. Фрагмент карты лесных экосистем Аскизского лесничества Бчрикчульского лесхоза Республики Хакасия. Масштаб 1:50000 Экосистемы п олпмьиоио-суЕшльг к Не кнх лугов; П.! - Нологонэхдониые умеренно расчлененные среднегорьа с разшправно-субальпийекими. черемшово-субальлиНекими лугами на горно-луговых дерновых субальпийских к горно-луговых дерпоао-глесвых субальпийских почва*. разяиеаюшнеся на дакдашьно-детюеналькых и делювиальных щейшсто-супесчаных и суглинисгых отложениях Экосистемы горко-таежных ниггово-кедровык лесов: 11.4 - Поло-гонаклтньм уверенно расчлененные среднегорья с пихтарниками с примесью кедра багулыш-ково-эелеиомошно-брусничными на горных буротаежных и перепюНко-нолюлистых почвах, формирующиеся на хжзниально-лелювиальных н делювиальных шебннсто-с) песчаных и суглинистых'отложениях. Г 1.5 - Пологопакпонные умеренно расчлененные срад icropr.it с кедровника-

ми с примесью пикты чсринчио-эеденомошпыми и вейииковоое ла юмош ним и на горные, буро-таикных и подзолистых почвах, развивающиеся на пюви;ии>но-дслювиальныч и делювиальных ¡цебнисто-сунесчаных и суглинистых отложениях. Экосистемы подтаежных сосновых и лиственничных лесов: IV,9 - Крутосклонные сильно расчлененные низкогорья с сосняками разнотравными, злаково-раздограеными, разнотравиекзеленомошныии на дерново-лесных кислых и оподюлепных почвах, развивающиеся на делювии с участием коллювня шейннсго-су! кечам их и суглинистых отложениях, \\9 - Пологонаклопные умеренно расчлененные низкогорья с сосняками разнотравными, злаково-разнотравными, разнитравно-'зелеиомошиыми на дер1Юво-леены\ кислых и отдавленных почвах, формирующиеся на плювиальных и делювиальных щебинсто-сунесчакых и суглинистых отложениях. V,! I - Пологонаклопные умеренно расчлененные ничко-горья с сосняками остепкенно-разнотравнымн га дерново-лесных и б)рых лесных почва\ на элювиальных и делювиальных шебн исто-супесчаных и суглинистых отложения*. VI.11 ~ Паю-гонаклонные слабо расчлененные шгзкотрья с сосняками остспненно-ргш отравные на дерново-;»есных к бурых лесных почва* на диювнальио-пролювнальных ишбнисто-супин истых, рсм;с суглинистых отложениям VI.12 - Пологонаклонные слабо расчлененные низкотрья с лиственничниками разнотравными на дерново-лесных темнощкгтых н дерново-лесных огюдюленпых шчвах, развивающиеся на дслювиально-пролювнальных щебнистскутлиннешх, реже суглинистых отложениях. У.15 - Пологонаклонные умеренно расчлененные шокотрья с производными березняками и осинниками на месте подгаСжнмх лесов на горных дерново-лесных, дерново-карбонэтиых и серых лесных почвах на "мюеиальных и зшюышьных щебннсщ-супесчапых и суглинистых отложениях. Экосистемы пойм и дичин рек; VII,16 - Поймы и надпойменные террасы с ельниками хвощевекзелекомош ны м и на аллювиальных дерново-перегнойных и гже-вых почках, формирующиеся на каменксго-галечниковых, аллювиальных пссчШ10-с]Т1есчань(х н иловагго-сугяинистых отложениях.

Критериями нарушенности лесного фитонеиоза является доля уничтоженного древостоя, выраженная в процентах к площади выделенного контура: ], Ненарушенные - количество нарушенных лесов менее 10%; 2. Слабо нарушенные - до 20%; 3. Средне нарушенные - 20-60%; 4. Сильно нарушенные - более 60%. При установлении количественных показателей оценки нарушенности необходимо исходить не столько из потери лесных ресурсов, сколько из нарушенности экологических функций леса в каждом конкретном высотном поясе. На основании проведенных исследований установлен следующий сукцессионный ряд смен коренных лесных сообществ после сплошных рубок и пожаров: леса коренные - вторичные иротводные мелколиственные леса с благонадежным подростам коренных пород - вторичные производные мелколиственные леса безучастия подроста коренных пород -пеобяеенвшисся участки вырубок и гарей. Иногда сукцессионный ряд дополняется еше одной стадией — заросли кустарников без участия древостоя.

Анализ проведенных исследований и полученных результатов свидетельствует, что наиболее информативными показателями нарушенности растительного покрова в рассматриваемом регионе являются: уничтожение древостоя эдификатора коренной породы; изменение общего проективного покрытия травяно-кустарничкового покрова; изменение видового состава тра-вяно-кустарничкового покрова (выпаденне одних видов, появление других); изменение доли лесных видов в сообществе и их суммарного проективного

покрытия; коэффициенты сходства флористического состава; запас надземной фитомассы; наличие благонадежного подроста хвойных пород.

Для картируемой территории лесхоза разработаны следующие критерии оценки нарушенности растительного покрова в результате рубок и пожаров (табл. 3).

Таблица 3.

Степеньм критерий нарушенности растительного _покрова лесных экосистем_. ■_

1 Факторы воздействия Критерии оценки нарушенное™

Степень нарушенности лесные пожары вырубки Уничтожение древостоя, % Повреждение подчинен, ярусов, % Уменьшение доли лесных видов.% Коэффициент ЧйЯ с контролен

слабая древостой слабо 110-врежд, пожаром, частичное отмирание подчиненных ярусов и подроста выборочн. рубки, эд»г-фнкагтор роль древостоя сохранена, подрост практически не поврежден <20 <20 <10 <15

средняя древостой заметно нзрежен, но сохраняет жшнеспо- соб. уничтожение подчиненных ярусов высокое элифккатор-ная роль древостоя нарушена, он сильно ичре-жеи, сохранены небольшие куртины 20-60 20-^0 10-40 15-50

сил i> Ii а я древостой н напочвенный покров уничтожен ПОЛНОСТЬЮ, участки представляют собоЛ гари полностью уничтожен древостой, остаются только единичные особи, подрост поврежден >60 >60 >40 >50

Оценка степенн и разработка критериев нарушенности почвенного покрова лесных экосистем под влиянием рубки и пожаров проводилась по следующим показателям: эродированность поверхности вырубки или гари; изменение мощности органогенных и гумусово-аккумулятивных горизонтов; изменение физических и физико-химических свойств почв.

Анализ имеющихся данных позволяет заключить, что наибольшей достоверностью при суждении о степени нарушенное™ лесных почв в изученном регионе на вырубках и гарях обладают показатели по изменению свойств верхних почвенных горизонтов - лесной подстилки, гумусо-во-аккумулятивного горизонта, увеличение щебнистости и уменьшение доли в гранулометрическом составе фракции физической глины н обшей порозности почв.

На основании полученного массового материала разработаны критерии оценки нарушенное™ почвенного покрова лесных экосистем (табл. 4).

Таблица 4

Степень и критерии нарушенное™ почвенного покрова лесных экосистем

Степень. нарушенное™ , Факторы воздействия К ■нггерин оценки нарушен тюти

лесные пожары вырубки Уменьшение фракшЯ <0,01мм., % Уменьшение мощности гумусового гор., % Уменьшение мощности подстилки, % Изменение общей порозности %

слабая частичное прогорание лесной подстилки, прогорание минеральных горизонтов не наблюдается лесная подстилка нарушена незначительно частичное повреждение верхних горизонтов почвы <20 <15 <25 <10

средняя полное или почти полное сгорание лесной подстилки, прогорание верхних минерал, трлзонгов. нарушены горизонты- О+АО+А, поверхность почвы эродируется 20-50 15-40 25-60 10-30

сильная сплошное прокаливание минеральных горизонтов, зольность ПОЧВЫ > 50% нарушены горизоиты-0+А0+А+ частично ЕЦ смена почвообразовательного процесса >50 >40 >60 >30

Разработанные и уточненные в процессе полевых и камеральных исследований критерии оценки антропогенно^ измененное™ основных компонентов экосистем служат для определения степени деградации и, в конечном итоге, суммарной оценки антропогенной измененности экосистем в целом. Интеграция покомпонентных показателей позволила четко , разделить экосистемы на ненарушенные (фоновые) и площади разной степени нарушенное™ (рис.2).

Ком по нот экосистемы

Расштелыюсть

Почва

Критерии нарушенное!!!

Уничтожение древостоя. %

Повреждение подчиненных ярусов. %

Уменьшение доли лесных видов, %

Коэффициент различия с контролем

Уменьшение фракций < 0,01 мм., %

Уменьшение мощности гумусового горизонта, %

Уменьшение мощности лесной полстилки, % _

Изменение общей норюностн, %

Степень кару [ценности компонентов

_ экосистемы

слабая | средняя"

сильная

15% 50%

Рис. 2. Интегральная оценка нарушенности лесных экосистем

' ' ' -

Карты антропогенной нарушенности лесных экосистем создавались на основе карты экосистем, которая отражает закономерности пространственного распределения почвенно-растительного покрова исследуемой территории. На картах антропогенной нарушенности экосистем масштаба 1:50000 отображены все нарушенные участки леса рубками и пожарами, проведена интегральная оценка и показано дальнейшее развитие их антропогенных модификаций (рис.3 и 4).

Результаты обработки картографической информации показали, что в пределах Аскизского лесничества наименее нарушенными являются экосистемы подгольцово-субальпийских лугов и горио-таежных кедровых лесов (табл.5). Это объясняется их труднодоступным расположением и малой распространенностью на территории.

1«ZH 3 44:;- 5 HI 6!!!!!!!!

Рис. 3. Фрагмент карты антропогенной нарушенное™ лесных экосистем Аскизского лесничества Бирикчульского лесхоза Республики Хакасия (1980г.) Масштаб I: 50000

Слабонарушенные экосистемы:

1 - производные насаждения 3-1 класса возраста с подростом хвоПиых порол выше 1,5-2 Ср;диенарушенные экосистемы:

2 - проюводные насаждения без подроста хвойных пород Сил ьноиарушеиные экосистемм:

3 - гари,4- вырубки, 5- пашни, 6- прогалины и пустыри, 7 - залежи, 8-сенокосы.

1Ш2ИЗ^4Ч:: 6« 7~ 8^3-

Рис. 4. Фрагмент карты антропогенной нарушенное?« лесных экосистем Аскизского лесничества Бирикчульского лесхоза Республики Хакасия (1991 г.) Масштаб 1: 50000

Слабо нарушенные экосистемы:

1 - производные насаждения 3-4 класса вслраста с подростом хвойных пород выше ¡.5-2 м.

С ре лнен ару шеи н ьш '»кос истс м ы:

2 - производные насаждения без подеста хвоЛных пород Сидню паруш ?»н ы е эдос исте м ы:

3 - гари, 4 - вырубки, 5 - пашни, 6 - прогалины и пустыри, 7 - залежи, 8 - сенокосы.

Таблица 5

Динамика антропогенной и а рушен пост» лесных экосистем Лсктского лесничества (га)

Экосистемы Под-гол ьц,-Субальп, луга Горнотаежные келровые леса Горнотаежные ПИХТОВО-кедровые леса Черне- аые пихтовые леса Подтагж, сосновые и лист-ваш. леса Поймы и ДОЛИНЫ рек Всего по лесничеству. га %

о ОС прошв, насажд. - - 2231,3 298,0 16362,8 241,5 19133,6 25,1

вырубки - 312,6 37,5 1274,6 - 1624,г 2.13

гари - 362.6 39,8 893.8 12,1 1308,3 1,7

прогалины - 212,6 25,0 381,3 - 618,6 0,8

пашни - ■ - - 293,4 46.1 тл 0,5

со ш КОСЫ * - - 862,6 14,5 877,1 1,2

пастбища - - ■ 606,3 16,1 тл 0.8

1 пропав, насажд. - 3375,1 87,5 16881,4 211,1 27,0

вырубки - 362,6 118.8 392,1 • 873,5 1.5

гари - 75,9 8,1 102,5 14.6 шд 0.3

прогалины - 306.8 131,1 1931,3 - 2369,2 3,1

пашни - - - 298,5 48,2 ШЛ 0.5

сенокосы - 43,8 - 1102,5 39,4 1185.7 1,6

пастбища - - ■ 1418,8 18,5 Н27Д 1,9

залежи - * - - 162,5 6,8 ШЛ 0,2

Основным фактором нарушенное™ горно-таежных' экосистем являются лесные пожары. На этих участках леса коренной древо сто Л уничтожен до 80-90%. Практически все эти площади в настоящее время возобновились производными березовыми и осиновыми насаждениями. В целом, в пределах горно-таежных пихтов о-кедровых лесов вторичные березняки и осинники занимали площадь в 1980 г. - 19,9%, а в 1991 г. -30,1%. Многие из этих участков леса отличаются достаточно хорошим

возобновлением темнохвойных пород и при отсутствии повторных пожаров сохраняется тенденция к восстановленню-коренного древостоя.

Наиболее подвержены пожарам экосистемы подтаежных сосновых и лиственничных лесов, занимающие 72,8% площади лесничества. Естественным путем без смены пород здесь восстанавливается только около 20% ' гарей, основная же площадь гарей (50-60%) восстанавливается производными березняками и около 30-40% переходит в прогалины, лесовосстанов-ление на которых откладывается на длительное время. В целом, площадь прогалин ( как за счет необлесившихся гарей, так и вырубок) с 1980 по 1991 гг. увеличилась в 5,1 раза.

Фактором, нарушающим нормальное функционирование лесных экосистем, является также и вырубка леса. Проведенные исследования' на сплошных вырубках разного возраста показали, что в целом наблюдается плохая возобновляем ость коренными породами и смена их на мелколиственные. Во всех лесных экосистемах, где проводилась сплошная рубка, площадью более 6 га, возобновление мелколиственных пород наблюдается на площади от 50% до 82%, Восстановление вырубок и гарей производными березняками и осинниками приводит к повышению суммарного испарения за счет доли транспирации березой, примерно, в 2 раза по сравнению с хвойными породами, что существенно влияет на экологический ы гидрологический режим территории (Грибов, 1997). В подтаежных сосновых н лиственничных лесах после рубки происходит осветление, изменение микроклимата, сильно разрастается травяной покров и увеличивается задернение почвы, что не способствует естественному возобновлению леса, даже березой. Здесь до 60% вырубок становится прогалинами и пустырями.

На вырубках площадью менее 5-6 га лесовосстановление в 40-50% случаев идет естественным путем без смены пород.

Выводы

I. Приведенный анализ природных экосистем в среднегорном и низкогорном поясе Абаканского хребта (Бирикчульский лесхоз) и их экологическая оценка позволили выявить количественные соотношения экосистем по характеру антропогенного воздействия, развитию деградацион-ных процессов и степени антропогенной иарушенности. При экологической оценке лесных территорий и составлении оценочных (экологических) карт целесообразно использовать материалы лесоустройства, планы лесонасаждений, топографические, геолого-геоморфологические и почвенные карты, а также материалы аэро-и космосъемки.

2. В пределах модельного полигона (Аскизское лесничество, площадью 76,3 тыс.га) насчитывается 27 выделов на уровне зональных экосистем, которые занимают 92% площади, из них 72,8% приходится на экосистемы подтаежных сосновых и лиственничных лесов. Интрозональные экосистемы занимают $ % от общей площади лесничества.

3. Наиболее информативными показателями нарушенности растительного покрова являются: процент уничтоженного древостоя, повреждение подчиненных ярусов, изменение доли лесных видов в сообществе и их суммарного проективного покрытия, коэффициенты сходства флористического состава, наличие благонадежного подроста хвойных пород. При суждении о степени нарушенности почвенного покрова могут быть использованы показатели: изменение мощности н запасов лесной подстилки, мощности гу м усо во-акку м улятив н ого горизонта и запасов гумуса, увеличение каменистости верхней части профиля и уменьшение в гранулометрическом составе фракции <0,01 мм, снижение общей пороз-ности в поверхностных органо-минеральных и минеральных почвенных горизонтах.

4. На основании интегральной покомпонентной оценки лесных экосистем, в пределах модельного полигона, выделены ненарушенные (фоновые) экосистемы, занимающие 40,3% и площади экосистем разной степени нарушенности: слабонарушенные - 27,5%; средненарушенные -15,6%; сильнонарушенные - 16,6%

5. Анализ нарушенности лесных экосистем, обусловленной различными антропогенными факторами, показывает, что в настоящее время площадь свежих вырубок и гарей не превышает 1% от площади лесхоза. Площадь производных мелколиственных пород составляет 37,1%. Нару-шенность нелесных земель, в пределах картируемого полигона, в сильной степени составляет 14% ( пашни, сенокосы, пастбища, фунтовые и проселочные дороги).

6. Разработанные экологические карты являются объективной основой для оценки современного состояния лесного покрова, прогнозирования направления и скорости восстановительных сукцессий. Они могут быть использованы для организации и ведения лесного хозяйства, а также разработки и проведения мероприятий, направленных на неистощимость лесных ресурсов, сохранение биоразнообразия лесов и их основных средообразующих функций.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

]. Шуркина В.В, Крупномасштабное картографирование лесных экосистем Хакасии // Экология Южной Сибири - 2000 год. Материалы 3 Южно-Сибирской конференции молодых ученых (17-19 ноября 1999, г. Абакан). - Красноярск: Изд-во КрасГУ, 1999. - С 108-109,

2. Шуркина В.В. Оценка и картографирование антропогенной нарушенности лесных экосистем Хакасии // Антропогенная трансформация горных геосистем (Алтай и Саяны), - Барнаул: Изд-во АлтГУ, 200!. -С. 147-148.

3. Шуркина В.В. Динамика травяного покрова и лесной подстилки на вырубках и гарях Бирикчульского лесхоза // Экология Южной Сибири (21-24 ноября 2001, г. Абакан). - Красноярск: Изд-во КрасГУ, т-2, 2001, -С 66.

4. Шуркина В.В. Динамика изменения почвенных условий на вырубках и гарях Бирикчульского лесхоза Республики Хакасия // Экология Южной Сибири и сопредельных территории, т-1. - Абакан, 2003. -С. 152-153.

5. Шуркина В.В. Применение экоснстемного подхода при оценке и картографировании лесов Бирикчульского лесхоза Н Заповедник «Хакасский». В печати.

6. Шуркина В.В. Экологическая оценка деградационных процессов лесных экосистем Хакасии // Заповедник «Хакасский». В печати.

Подписано в печать l2.tM.04. Формат 60\54 1/16. Печать - ризограф. Бумага офсетная, Физ.печ.л. 1,25, Усл.печ.л. 1,16, Уч.-издл, 1. Тираж 100 экз. Заказ № 83, Лицензия ПД№ 16014 от 19.06.2000 г.

Отпечатано в типографии Хакасского государственного университета им. Н.Ф. Катаиовл 655017, г. Абакан, пр. Ленина, 94

#-97 3 2