Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Динамика лесного покрова после рубок главного пользования

ВАК РФ 03.00.05, Ботаника

Автореферат диссертации по теме "Динамика лесного покрова после рубок главного пользования"

О

На правах рукописи

ИЛЬЧУКОВ Сергей Васильевич

Динамика лесного покрова после рубок главного пользования (средняя подзона тайги, Республика Коми)

Специальность 03.00.05 - ботаника 03.00.16 - экология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Сыктывкар 1997

Работа выполнена в Отделе явсобиологйчёских проблем Севера Института биологии Коми научного центра УрО РАН

Научный руководитель: кандидат Сельскохозяйственных

наук Ларин В.Б.

Официальные оппоненты: доктор биологических наук

Ведущая организация: Институт леса карельского

научиого цейтра РАЙ

Защита Диссертации состоИтСА ¿2 декабря 1997 р. й 14 ча£ой на заседании Диссертационного Совета К 200.46.01 в Институте биологии Коми научного Центра Уральского отделения РАН по адресу: 167007, г. Сыктывкар, ул. Коммунистическая, 28.

Автореферат разослан 20 ноября 1997 г.

Ученый секретарь Диссертационного совета,

А.К.Махнев

кандидат биологических наук Н«П < АхуЛьц1и#а

кандидат биологических наук

Н.В.Ладанова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. XX век характеризуется быстрыми изменениями в окружающей природной среде. Интенсивное развитие производительных сил в таежной зоне Европейской части России сопровождается ростом технического оснащения лесозаготовительной промышленности и увеличением площадей лесных массивов, вовлекаемых в эксплуатацию. Изменения лесорастительной среды, вызываемые рубкой древостоя, оказывают существенное влияние на процессы возобновления леса на вырубках, особенно на переувлажненных грунтах, характерных для 70% северных лесосек. Применение тяжёлой гусеничной техники привело здесь к глубокой, иногда необратимой, трансформации коренных таежных экосистем в специфические комплексы антропогенных ценозов, вызванных сменой хвойных пород лиственными .

Особенно актуальна проблема широкомасштабной смены хвойных лесов мелколиственными в Европейско-Уральской зоне, поэтому всё большее внимание ученых и практиков лесного хозяйства региона привлекают проблемы рационального облесения обширных площадей сплошных концентрированных вырубок. Только изучение послерубочной динамики основных экологических факторов на концентрированных вырубках позволяет выявить направленность лесо-образовательного процесса и дать корректный прогноз развития производных лесов на территориях, пройденных рубками главного пользования.

Цель исследований состояла в выявлении сукцессионной динамики лесного покрова после сплошных концентрированных рубок ельников зеленомошной группы типов леса.

Задачи исследований: 1) исследование зависимости микроклиматических характеристик производных фитоценозов концентрированной вырубки от их ценотической структуры; 2) выявление особенностей трансформации синузиально-парцеллярной структуры ельников черничных свежих после рубок главного пользования; 3) изучение динамики распределения и характера размещения деревьев лиственных пород и подроста ели в производных насаждениях разного возрас-

та и происхождения; 4) исследование динамики прост-ранственно-ценотической структуры производных фито-ценозов на различных технологических элементах вырубки; 5) выявление направленности лесовозобновительного процесса на концентрированных вырубках из-под ельников в зонах особо интенсивной заготовки древесины.

Научная новизна работы. Результаты исследований позволили выявить: 1) степень влияния эколого-ценотических факторов на формирование состава и парцеллярной структуры производных фитоценозов концентрированной вырубки; 2) закономерности динамики размещения лиственных деревьев в производных насаждениях на паловых и беспаловых вырубках; 3) особенности лослерубочной трансформации пространственной структуры ельников в зависимости от степени их техногенной нарушенное™.

Практическая значимость работы. 1) Изучение динамики размещения деревьев лиственных пород по площади вырубки позволяет оптимизировать время проведения и интенсивность рубок ухода в производных лиственных и смешанных' насаждениях разного происхождения и состава; 2) сравнительный анализ динамики лространственно-ценоти-ческой структуры производных насаждений показывает необходимость дифференцированного подхода при проведении промежуточных рубок на различных технологических элементах концентрированной вырубки.

Защищаемые положения.

1. Зависимость лослерубочной трансформации фитоклимата спелого ельника черничного от степени техногенного нарушения экотола.

2. Обусловленность сукцессионной динамики лесного покрова после рубок главного пользования от эколого-цено-тических факторов концентрированной вырубки.

3. Зависимость пространственно-ценотической структуры производных насаждений от типа вырубки, степени и характера её техногенной нарушенности.

Вклад автора. Автором выполнены все основные работы по сбору и камеральной обработке первичного материала, проведён анализ и сделана интерпретация экспериментальных данных.

Организация исследований. Диссертационная работа выполнялась как раздел комплексных тем Отдела лесобиоло-

гических проблем Севера Института биологии КНЦ УрО РАН в 1986-1997 гг. (Гр. 01.8.70 001932, 01.9.20 000510 и 01.9.60 003710) и в рамках программы ГНТП "Глобальные изменения природной среды и климата" и гранта "Разработка эколого-экономических основ оптимизации лесопользования в зонах особо интенсивной заготовки древесины".

Автор диссертации выражает искреннюю признательность за консультативную, методическую и практическую помощь при сборе полевого материала, его обработке и обсуждении научному руководителю, ст.н.с., к.с.-х.н. В.Б.Ларину, научному консультанту, зав.отделом геоботаники и систематики растений, ст.н.с., к.б.н. С.В.Дегтевой и ст.н.с., к.с.-х.н. Ю.А.Паутову.

Апробация и публикации. Результаты исследований док-ладывались на I Всесоюзном совещании "Экология лесов Севера" (Сыктывкар, 1989), XII Коми республиканской молодежной научной конференции (Сыктывкар, 1994), III молодежной научной конференции Института биологии Коми научного центра УрО РАН (Сыктывкар, 1995), Всероссийском рабочем совещании "Проблемы динамической типологии леса" (Архангельск, 1995) и научной конференции "Вопросы прикладной экологии (природопользования), охотоведения и звероводства" (Киров, 1997). Основные положения диссертации опубликованы в 10 работах общим объёмом 3,4 п.л.

Объём и структура диссертации. Диссертация изложена на 173 страницах машинописного текста, содержит 18 таблиц и 15 рисунков. Текстовая часть диссертации состоит из введения, 5 глав и заключения с основными выводами. Список литературы включает 32 9 наименований. Имеется приложение "Схемы расположения деревьев и подроста на постоянных пробных площадях" (41 лист).

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава. 1. СУКЦЕССИОННАЯ ДИНАМИКА ЛЕСНОГО ПОКРОВА ТАЕЖНОЙ ЗОНЫ ЕВРОПЕЙСКОГО СЕВЕРА ПОСЛЕ РУБОК ГЛАВНОГО ПОЛЬЗОВАНИЯ

Растительные лесные сообщества находятся в постоянном движении и развитии, они стремятся к оптимальной жизнедеятельности в любых лесорастительных условиях (Морозов, 1913; Ткаченко, 1939; Мелехов, 1960; Сукачев, 1964; и др.). Однако распространение сплошных концентрированных рубок и использование тяжелой гусеничной техники в равнинных лесах Евролейско-Уральской зоны привело к широкомасштабной смене хвойных пород лиственными (Колданов, 1966; Писаренко, 1977; Львов и др., 1980; Ларин, 1987).

Большинство лесоводов негативно оценивают смену пород, вызванную антропогенными факторами, поэтому основные усилия науки и практики были направлены на изучение формирования хвойных молодняков на вырубках. В то же время выращиванию высокопроизводительных лиственных насаждений в таежной зоне европейской части России уделяется явно недостаточное внимание.

Большой вклад в составление таблиц хода роста и определение товарности лиственных насаждений северной и средней подзон тайги внесли архангельские ученые Г.С.Войнов, Н.И.Вялых, В.Г.Чертовской, Г.А.Чибисов и Н.П.Чупров. Довольно подробно березовые леса Европейской части России изучены З.М. Науменко (1975), березняки Среднего Урала - Н.А.Луганским и Л.А.Лысовым (1991). Разработкой основных принципов ведения хозяйства в осинниках занимались Г.С.Войнов (1976), Л.Е.Михайлов и В.Г.Стороженко (1987).

Однако пока мало исследований по выявлению зависимости наиболее ответственной начальной стадии формирования производных лиственных и лиственно-хвойных насаждений от экологических факторов концентрированных вырубок и степени их техногенной нарушенности. Поэтому мы в своей работе уделили большое внимание изучению после-рубочной трансформации фитоклимата спелых ельников зеле-номошной группы типов леса, занимающих более 50% лесо-покрытой площади средней подзоны тайги Республики Коми

б

(Бобкова, 1987), и процесса формирования парцеллярной и пространственной структуры травяно-кустарничкового яруса (ТКЯ), мохового покрова и производных древесных ценозов на участках концентрированных вырубок с различным характером техногенного воздействия.

Глава 2. ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ РЕСПУБЛИКИ КОМИ И ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1. Климат и леса Республики Коми

Климат республики характеризуется как умеренно-континентальный. Зима суровая, отрицательные температуры наблюдаются 190-205 дней в году, среднемесячная температура в январе -14°-19°С. Продолжительность безморозного периода - от 65 до 105 дней, среднемесячная температура июля +13°+17°С.

Среднегодовое количество осадков уменьшается с 770 мм в южной тайге до 530 мм - в тундре. Снежный покров держится до 200 дней, его средняя высота - 50-60 см.

Леса, находящиеся в ведении государственных органов лесного хозяйства, занимают 37,97 млн.га, из них покрытая лесом площадь - 28,75 млн.га, непокрытая лесом площадь - 0,95 млн.га и нелесные земли - 8,27 млн.га. Общий запас древесины составляет 2,837 млрд.м3.

Средний состав лесов республики - 6Е2С2Б+Ос (Юдин, 1954). В различных подзонах тайги в ельниках преобладают леса зеленомошной (48,9-81,3%) и долгомошной (30,834,5%) групп, в сосняках - зеленомошной (33,8-91,2%) и сфагновой (26,3-37,3%) групп (Бобкова, 1987). Наиболее распространенными в березовых насаждениях являются черничные (48-69%) и долгомошные (20-33%) типы леса (Тюрин, 1980). Осиновые насаждения представлены в основном кисличным, черничным и травяным типами (Ковалев и др., 1981) .

На 60% площади еловых вырубок средней подзоны тайги формируются производные березовые и березово-еловые насаждения (Чупров, 198 9) и на 15% - производные

осиновые и осиново-еловые насаждения (Воинов, 1976),

рост и развитие которых протекают без существенного хозяйственного вмешательства.

2.2. Лесоводственно-таксационное и геоботаническое описание экспериментальных участков

Основные объекты наших исследований заложены в производных лиственных и лиственно-еловых насаждениях, не пройденных рубками ухода. Изучение динамики лесного покрова после рубок главного пользования проводили на 15 постоянных координатных пробных площадях (ППП) общей площадью 1,86 га в Кылтовском лесничестве Железнодорожного мехлесхоза Республики Коми.

На каждой пробной площади определяли тип вырубки по И.С.Мелехову (1965) или тип леса по В.Н.Сукачеву (1957). Таксационную характеристику насаждения устанавливали по В.С.Моисееву (1971). Подсчитывали количество хвойного возобновления предварительной и последующей генераций по категориям высот: до 0,5м; 0,5-1,5 м и выше 1,5 м.

На каждой ППП провели полное геоботаническое описание подлеска, ТКЯ и мохового покрова по руководству "Полевая геоботаника" (1964). Определяли общее количество видов, доминирующие виды и общее проективное покрытие (ОПП) по ярусам. На ППП 1-89, 2-89 и 3-89 была определена площадь проективного покрытия по моховым и травяно-кустар-ничковым синузиям.

Глава 3 . ЭКОЛОГО-ЦЕНОТИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ СУКЦЕССИОН-НОЙ ДИНАМИКИ РАСТИТЕЛЬНОГО ПОКРОВА НА СПЛОШНЫХ КОНЦЕНТРИРОВАННЫХ ВЫРУБКАХ

з. 1. Особенности микроклимата вторичных фитоценозов свежей вырубки в связи с технологией лесозаготовок

Резкая смена экологической обстановки после рубки материнского древостоя и гетерогенность эдафических и ценотических условий на вырубке приводит к формированию на территории лесосеки мозаичного комплекса производных травянистых и древесных ценозов, различающихся по происхождению, возрастной структуре, составу, сомкнутости,

размещению и скорости роста растений (Ларин, Паутов, 1989) .

Для сравнительного анализа послерубочных изменений фитоклимата спелых ельников было заложено 5 метеоплощадок (МП) на технологических элементах б-летней вырубки из-под ельника черничного свежего и оборудована МП в компактном еловом недорубе, примыкающем к лесосеке. В течение вегетационного периода 1989 г. на МП измеряли освещённость на уровне почвы и высоте 1 м, температуру и влажность приземного слоя воздуха, температуру почвы на глубине 5,10,15,20,30,40 и 60 см и перехват дождевых осадков растительным пологом.

Исследования показали, что количество солнечной радиации, поступающей к поверхности почвы в начале вегетации, прямо пропорционально степени техногенной нарушенное™ участка. На пасечных участках, по сравнению с материнским ельником, её поступление увеличивается в 7, на трелевочных волоках - в 11 и на погрузочной площадке - в 15 раз. В период полного облиствения травостоя и лиственной поросли освещенность на уровне почвы техно-генно нарушенных участков снижается в 2-3 раза.

Отсутствие древесного полога на открытых и полуоткрытых участках вырубки приводит к увеличению амплитуды температуры воздуха: разница максимальных температур в начале вегетации, по сравнению с материнским ельником, достигала б,3°С, минимальных - 2,7°С. Высокие летние температуры воздуха приводят к сильному иссушению верхнего слоя почвы, а ночные выхолаживания - к ночным заморозкам на почве в июне и сентябре.

Для успешного развития еловых всходов и сеянцев необходима высокая влажность и невысокая среднесуточная амплитуда температуры приземного слоя воздуха (Лир и др., 1967). Повторный перечёт количества еловых всходов на трелевочных волоках и погрузочной площадке показал, что большая контрастность климатических условий свежей вырубки приводит к их массовому (до 96-99%) отпаду.

Из-за увеличения поступления солнечного тепла температура верхнего горизонта почвы на техногенно нарушенных участках до глубины 10 см в начале вегетации была на 4,3-7,5°С выше, чем в спелом ельнике, поэтому вегетация начинается здесь на 15-20 дней раньше.

Анализ данных по перехвату дождевых осадков пологом травянистых и древесных ценозов показал, что до начала вегетационного периода его количество прямо пропорционально участию подроста ели в составе микрофитоценозов. По мере облиствения в 4-6 раз увеличивается перехват осадков куртинами возобновления лиственных пород, в середине вегетации до 3 0% осадков перехватывают синузии травянистых растений.

Результаты исследования послерубочной трансформации фитоклимата спелого ельника показывают, что чем выше степень техногенного нарушения биотопа и эдафотопа, тем сильнее контрастность микроклиматических условий на концентрированной вырубке.

3.2. Трансформация структуры нижних ярусов спелых ельников черничных после рубок главного пользования

В ходе сплошной концентрированной рубки спелых лесов происходит разрушение синузий и парцелл, нарушаются и частично уничтожаются нижние ярусы лесного фитоценоза

вырубленного материнского древостоя передаются формирующимся производным ценозам через оставшийся на вырубке тонкомер, подрост, тра в чно-и покров (Мелехов, 1983) .

Направленность микросукцессионных смен на лесосеке тесно зависит от техногенной структуры вырубки (Паутов, 1992). Изучение послерубочной трансформации коренных структурных образований ельника черничного свежего мы рассматривали с учётом техногенной нарушенное™ территории вырубки.

Определение послерубочной динамики ТКЯ на слабо-нарушенных пасечных участках показало, что здесь на 70-75% площади сохраняются типичные для еловых лесов черничные, папоротничковые и бруснично-разнотравные синузии. Лишь отдельными пятнами появляются синузии светолюбивых представителей разнотравья: АдгоБ^э Ъеп1из, АуепеНа £1ехиоБа, Са1агаадгозЪ1з ер1де1оз.

Среди мохообразных растений доминирующее положение с ОПП 25-30% сохраняют долгомошные синузии, сформирован-

ные представителями рода Polytrichum, которые лучше переносят переход к интенсивной солнечной радиации и сохраняют свою жизнеспособность в изменившихся экологических условиях. Проективное покрытие зеленых мхов Pleurozium schreberi и Hylocomium splendens на пасечных участках сокращается в 3-4 раза и их обилие восстанавливается по мере облесения вырубки.

Резкое увеличение поступления к почве техногенно нарушенных участков солнечного света, тепла и осадков приводит к интенсификации разложения грубогумусной подстилки и активизации процесса олуговения. Поэтому на 7 0-80% площади трелевочных волоков типичные для спелых ельников чернично-зеленомошные и долгомошные типы сину-зий переходят в разнотравно-зеленомошные и травяные типы с преобладанием Avenella flexuosa, Calamagrostis purpurea, Aconitum excelsum, Carex sp.

Послерубочное уменьшение ОПП мохового покрова в 6-8 раз на трелевочных волоках связано с образованием плотной подстилки из лиственного опада и конкуренцией со стороны активно разрастающихся травянистых растений. Их видовая насыщенность, по сравнению с материнским ельником, за 11 лет после рубки здесь увеличилась с 21 до 34 видов.

Сильное техногенное воздействие на исходный лесной ценоз и эдафотоп в ходе погрузки хлыстов тяжёлой гусеничной техникой приводит к полному разрушению травяно-кустарничковых синузий спелого ельника. Полная освещённость и избыточное увлажнение на погрузочных площадках приводят к образованию новых синузиальных структур, основой которых являются светолюбивые виды: Epilobium adenocaulon, Rubus saxatilis, Chamaenerion angustifolium и влаголюбивые растения: Deschampsia cespitosa, Juncus filiformis, Carex sp. с моховым покровом из Polytrichum sp. и Sphagnum sp. Видовая насыщенность за 11 лет после рубки увеличилась с 21 до 48 видов.

Для изучения воздействия пирогенного фактора на структуру формирующихся травянистых и древесных ценозов на погрузочной площадке был проведен экспериментальный пал на площади 0,08 га. Оказалось, что злаки и осоки сравнительно легко переносят ложар слабой и средней интенсивности, который почти не повреждает их точек во-

зобновления. Поэтому после огневого воздействия щучково-осоковые синузии быстро восстанавливают и сохраняют своё доминирующее положение.

Пожар, уничтожая до 60% поросли лиственных пород, одновременно инициирует у поврежденных растений пробуждение спящих придаточных почек, поэтому через 5 лет число экземпляров ивы возросло на паловом участке почти в 9 раз, а количество корнеотпрысковых осиновых побегов сравнялось с числом стволиков осины на контрольном беспаловом участке.

Огневое воздействие уничтожило до 95% подроста ели предварительной и последующей генерации. Сильная конкуренция со стороны травянистых растений и лиственной поросли приводит к очень медленному накоплению елового самосева (5-10 шт-га"1-год) . Это приводит к 20-30-летней задержке формирования второго яруса из ели в производных лиственных насаждениях палового происхождения.

Глава 4. ДИНАМИКА ПРОСТРАНСТВЕННО-ЦЕНОТИ-ЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ ЛЕСНОГО ПОКРОВА ПОСЛЕ СПЛОШНЫХ КОНЦЕНТРИРОВАННЫХ РУБОК

Исследование динамики формирования пространственной структуры производного фитоценоза, т.е. характера размещения деревьев разных пород и возраста на вырубке, позволяет выявить механизмы формирования биогенетической, морфологической и функциональной структуры лесов будущего и законов их биологической устойчивости (Кузьмичев, 1977; Бузыкин и др., 1983; Соловьев, 1986). По мнению М.А.Проскурякова (1983), проблема пространственной структуры древостоя - это узловая, центральная проблема всех тех наук, объектом которых служат леса.

4.1. Динамика горизонтальной структуры производных насаждений на лаловых и беспаловых вырубках

Исследование динамики пространственной структуры производных насаждений разного происхождения и возраста проводили методом сплошного картирования более 12000 деревьев и подроста на 15 ППП с последующим составлением их графических планов (Плотников, 1979). Реконструкцию расположения деревьев на ППП в ретроспективе (до 10 лет) проводили с учётом местонахождения сухих деревьев. Для создания прогнозных графических моделей горизонтальной структуры насаждений с помощью показателя напряжения роста (со), предложенного К.К.Высоцким (1962), определяли деревья-лидеры. Определение ш как хвойного, так и лиственного дерева является надёжным экспресс-анализом его конкурентоспособности.

Тип размещения древесных растений в насаждении устанавливали с помощью индекса рассеяния (Fisher, Tornton, Macken2ie, 1922).

I = (2х2-пх - N2-n-1) -n/N- (n-1), где I - индекс рассеяния; х = 0, 1, 2, . . . . ш деревьев на учётной площадке; пх = число учётных площадок с 0, 1, 2 . . . m деревьев; п = общее количество заложенных на ППП учётных площадок; N = 2х-пх - общее число деревьев или подроста на ППП. При I < 1 - регулярный тип размещения растений; При I > 1 - групповой тип размещения растений.

Ретроспективные, современные и прогнозные графические планы насаждения разбивали на квадратные учётные площадки, площадь которых определяли по формуле S = 10000м2-Ы-1 и проводили подсчёт количества учётных единиц без деревьев, с 1,2,3 и большим числом древесных растений с последующим вычислением индекса рассеяния.

Сравнительный анализ показателя I на различных этапах формирования производных лесных ценозов показывает, что характер размещения лиственных деревьев за 40-летний период меняется от группового (I и 2,20) к регулярному (I я 0,72) типу. Это свидетельствует об интенсивном изреживании плотных лиственных парцелл. Особенно низкий показатель I (0,20) отмечен в чистых 60-летних осинни-

как, что указывает на равномерный тип размещения светолюбивых деревьев осины.

На характер размещения деревьев в производных ценозах влияет пирогенный фактор, который активизирует порослевое возобновление на паловых вырубках с образованием плотных лиственных парцелл. Через 50 лет после рубки индекс рассеяния на паловых вырубках составил в среднем 0,82, а на беспаловых участках - 0,63. Это свидетельствует о более равномерном размещении лиственных деревьев в насаждениях беспалового происхождения.

4.2. Особенности формирования елового яруса под пологом производных лиственных насаждений

Для формирования с помощью рубок ухода наиболее производительной лространственно-денотической структуры насаждения со вторым ярусом из ели важно знать не только динамику накопления и отпада елового подроста, но и его обилие по категориям высот, встречаемость и тип размещения по площади (Злобин, 1972). Определение показателей численности, обилия и встречаемости елового подроста в производных насаждениях мы провели методом наложения учётных площадок размером 2x2 м на графические планы координатных ППП.

Высокие показатели обилия, встречаемости и скорости накопления елового подроста характерны при наличии источников обсеменения на вырубках (табл.).

Таблица

Источники обсеменения Обилие, Встречаемость, Скорость накопления,

-2 шт-4м % шт-га~1-год

Семенники 2,66 84,0 265

Тонкомер 1,29-2,87 73,5-74,0 59-239

Стена леса 1,18-1,87 72,5-79,5 70-156

В случае отсутствия источников обсеменения или при наличии мощного мохового покрова эти показатели резко снижаются (скорость накопления - 7-12 шт'га^-год) , поэтому здесь требуется проведение лесохозяйственных мероприятий .

Увеличение техногенной нагрузки на погрузочных площадках и трелевочных волоках приводит к появлению «очагового» типа размещения елового подроста, о чём свидетельствуют высокие показатели индекса рассеяния - 2,16-4,25. Это связано с приуроченностью елового самосева к микроповышениям, образующихся в ходе трелевки и погрузки древесины.

Пожар на лесосеке, уничтожая расположенный группами подрост ели предварительной генерации, приводит к более равномерному расположению последующего возобновления елового самосева, поэтому показатель контагиозности размещения хвойного подроста на паловых вырубках в среднем в 1,7-1,8 раза ниже, чем на беспаловых участках.

4.3. Техногенная детерминация пространственной структуры производных насаждений на концентрированных вырубках

Пространственно-ценотическая структура формирующихся производных насаждений в значительной степени зависит от техногенной структуры вырубки (Паутов, 1992). Наиболее

является изучение роста и развития каждого древесного

последующим jy:tu::po3анпе: i л: го :::у ¿¿.cl . 7т:::

(Curtis, 1967; Vuokila, 1971), поэтому данный методический подход был использован в наших исследованиях.

На ППП 1-90 (20x100 м), пересекающей трелевочные волока и пасечные участки, и на ППП 1-91 (20x30 м) , расположенной на погрузочной площадке, у каждого сухого и живого дерева и подроста определяли координаты, общую высоту и высоту до первой живой ветки, периметр на высоте 1,3 м, проекцию кроны в 4-х направлениях и брали древесный керн у деревьев диаметром более 5 см.

Измерение величины прироста на древесном керне по пятилетиям позволяет реконструировать ход роста дерева по диаметру в предыдущие годы. Вычисление диаметра ствола в последующие годы проводили на основе составленных кривых по диаметру для каждой породы в конкретном насаждении.

Высоту дерева в предыдущие и последующие годы восстанавливали на основе составленных кривых высот для каждой породы в конкретном насаждении.

Базируясь на составленных ретроспективных и прогнозных моделях конкретных деревьев и определив число стволов по породам в предыдущие и последующие годы, давали таксационную характеристику производных елово-лиственных ценозов, формирующихся на пасечных участках, за период от 1 до 60-ти лет после рубки, и производных лиственных ценозов, формирующихся на трелевочных волоках и погрузочных площадках, за период от 20 до 60-ти лет после рубки.

Результаты исследований показывают, что на пасечных участках, несмотря на появление многочисленной поросли лиственных пород, сохраняется и постепенно усиливается эдификаторная роль ели благодаря наличию большого количества (до 2450 шт-га"1) оставленного елового тонкомера и подроста. Доля участия ели в накоплении древесного запаса увеличивается здесь за 60-летний период с 52 до 65% - следовательно, здесь наблюдается кратковременная смена пород и восстановление доминирующего положения ели происходит через 2 0-4 0 лет после рубки.

Около 30% деревьев первого яруса имеют различные технические пороки, вызванные повреждением подроста и тонкомера в процессе рубки. В результате, несмотря на накопление за 60 лет после рубки запаса древесины более 300 м3-га_1, товарность производных елово-лиственных дре-востоев, формирующихся из оставленного на пасечных участках елового подроста и тонкомера, по сравнению с коренными еловыми лесами снижена.

В процессе вывозки и погрузки хлыстов происходит уничтожение 80-90% подроста ели предварительной генерации. Формирование пространственной структуры вторичных фито-ценозов на трелевочных волоках и погрузочных площадках происходит исключительно за счёт лиственных пород. Высокая плотность лиственных деревьев в 20-летнем возрасте (до 7850-9340 шт-га"1) приводит к мощной внутрице-нотической световой конкуренции в лиственных парцеллах и большому - до 90% за 4 0-летний период, отпаду отставших в росте деревьев.

Высокая скорость роста деревьев лиственных пород приводит к быстрому накоплению древесного запаса - за 60 лет после рубки в среднем 200-350 м3-га"1. Однако для лиственных пород характерно сильное распространение сердцевинной гнили, признаки поражения которой через 30 лет после рубки имеют 63% деревьев осины на трелевочных волоках, 57% осиновых и 95% ивовых деревьев - на погрузочной площадке. Это резко снижает товарность производных лиственных насаждений.

Через 30 лет после рубки на трелевочных волоках и погрузочных площадках накапливается до 4700-6800 шт-га"1 подроста ели высотой до 0,5 м, из которого к 60-летнему возрасту образуется разреженный (150-400 шт-га"1) второй ярус из ели высотой около 7м. В дальнейшем основная масса елового подроста остается в категории крупного и среднего подроста высотой до 3 м и испытывает всё более возрастающую конкуренцию со стороны лиственных деревьев верхнего яруса и елового тонкомера.

Глава. 5.ТРАНСФОРМАЦИЯ ТАЕЖНЫХ ЭКОСИСТЕМ В ЗОНАХ ОСОБО ИНТЕНСИВНОЙ ЗАГОТОВКИ ДРЕВЕСИНЫ

За период с 1970 по 1990 гг. в Удорском районе Республики Коми рубками главного пользования были уничтожены наиболее производительные хвойные леса на площади 850 тыс.га. Такая интенсивная заготовка древесины привела здесь к широкомасштабной трансформации коренных таежных экосистем в производные лиственные и лиственно-хвойные ценозы. Только за период с 1973 по 1985 гг. за счёт возобновления лиственных пород доля ельников в покрытой лесом площади уменьшилась на 95,1 тыс. га, сосняков - на 4 5,3 тыс. га и листвягов - на 0,7 тыс.га.

Для выявления степени техногенной трансформации лесного покрова и направленности лесовозобновительных процессов на сплошных концентрированных вырубках из-под ельников разных групп типов леса было заложено 37 временных пробных площадей. На каждом участке определяли время и способ рубки, тип вырубленного елово-

го леса, тип вырубки, тип условий местопроизрастания (ТУМ) и степень её техногенной нарушенности.

Учёт численности, обилия и встречаемости хвойного подроста и лиственной поросли на вырубке проводили методом заложения учётных площадок 2x2 м (Мартынов, Шутов, 1975).

Анализ материалов обследований вырубок в разрезе ТУМ показывает, что процесс смены пород интенсивно проходит во всех типах и среднее количество последующего лиственного возобновления составляет: В2 - 15300 шт-га"1, В3 - 16750шт-га"1, В4 - 13890ШТ-ГЭ"1, (С3+С4) - НОЗОшт-га"1. Вследствие поверхностного заболачивания свежих вырубок из-под ельников в среднем 50-55% от общего количества лиственных пород приходится на подлесочные породы - иву и рябину. Биологические свойства березы позволяют ей активно заселять все типы вырубок, поэтому средняя амплитуда численности березы по ТУМ составляет 5170 шт-га"1 (С3+С4) - 6540 шт-га"1 (В4) . На участках с дренированной почвой интенсивно появляется осиновая поросль в количестве 5600-9450 шт-га-1.

На 23 из 37 обследованных участков насчитывалось более 1 тыс.шт-га"1 елового подроста предварительной и последующей генерации, однако в общем количестве древесных растений он занимал в среднем по ТУМ: В2 - 1,1%, В3 - 8,9%, В4 - 11,6%, (С3+С4) - 10,4%. Этого явно недостаточно для активной конкуренции с травянистыми растениями и лиственной порослью. Если учесть, что только 60% взятых нами моделей подроста ели относятся к категории "благонадежный", то формирование второго яруса из ели на 70-80% площади обследованных вырубок становится проблематичным. Смена древесных пород носит здесь долговременный характер.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

Исследования послерубочной трансформации фитоклимата среднетаёжных ельников показали увеличение контрастности микроклиматических характеристик на полуоткрытых и открытых участках концентрированных вырубок. Она проявляется в 11-15-кратном повышении, по сравнению с материнским ельником, поступления солнечной энергии к поверхности почвы трелевочных волоков и погрузочных площадок, в разнице на 4-б°С среднесуточной амплитуды температуры воздуха в период полного облиствения и в июньских ночных заморозках на почве.

В свою очередь, послерубочная динамика синузиальной структуры нижнего яруса лесного покрова тесно зависит от микроклиматических условий участков вырубки с различным характером техногенного нарушения. Так, увеличение солнечной освещённости приводит к активизации процесса олуговения и количество видов на трелевочных волоках и погрузочных площадках возрастает за 35-летний период после рубки в 2-2,5 раза. Типичные для среднетаёжных ельников чернично-зеленомошные синузии здесь на 70-100% площади трансформируются в производные травяные и травяно-зеленомошные синузии, основой которых являются свето- и влаголюбивые виды.

Результаты изучения степени послерубочной

трансформации пространственной структуры спелых ельников выявили её чёткую зависимость от характера техногенной нарушенности экотопа. Чем сильнее техногенное воздействие на исходный биотоп и эдафотоп, тем более интенсивно и длительно идёт процесс смены древесных пород. Так, на пасечных участках с ненарушенным напочвенным покровом и оставшимся еловым подростом происходит кратковременная смена пород и через 20-40 лет ель восстанавливает здесь своё доминирующее ценотическое положение в составе производного смешанного насаждения.

На участках концентрированной вырубки со средней степенью техногенного нарушения (трелевочные волока) формируются низкополнотные производные лиственные насаждения, где ель последующей генерации единично может выйти в верхний полог только через 80-100 лет после рубки.

На участках вырубки с сильной степенью техногенного воздействия (погрузочные площадки) образуются высокопол-нотные производительные лиственные древостой и ель здесь сможет выйти в первый ярус только в ходе распада производных насаждений.

Результаты исследований, выполненных в производных насаждениях средней подзоны тайги, позволяют сделать следующие основные выводы.

1. Послерубочные изменения фитоклимата спелого ельника находятся в прямо пропорциональной зависимости от степени техногенного нарушения экотопа. Чем она выше, тем больше его освещённость, суточная и сезонная амплитуда температуры воздуха и почвы. Образование полога лиственного возобновления смягчает контрасты экологических условий вырубки.

2. Динамика послерубочной трансформации парцеллярной и пространственно-ценотической структуры спелых ельников тесно зависит от техногенной структуры вырубок:

И на слабонарушенных пасечных участках происходит кратковременная (20-40 лет) смена пород. Лесовозоб-новительный процесс здесь направлен на восстановление структуры материнского ельника.

И увеличение степени техногенного нарушения биотопа и эдафотопа приводит к активизации процесса олуговения и формированию производных чистых лиственных насаждений.

3. Равномерное размещение деревьев лиственных пород более всего характерно для спелых насаждений семенного происхождения, сформировавшихся на беспаловых вырубках. Преобладание в молодых производных насаждениях ивы и березы порослевого происхождения и огневая очистка лесосек увеличивают степень контагиоз-ности размещения деревьев в 1,5-2 раза.

4. Пожары на вырубках из-под ельников нежелательны из-за почти полного уничтожения елового подроста предварительной и последующей генераций. Это приводит к 2 0-30-летней задержке формирования второго яруса из ели в производных лиственных насаждениях на паловых вырубках.

На основании материалов, полученных в ходе проведенных исследований, можно, на наш взгляд, сделать следующие рекомендации по ведению хозяйства в среднетаежных ельниках и производных насаждениях, сформировавшихся после рубок главного пользования.

1. Для надёжного и качественного восстановления хвойных пород, особенно ели, необходим переход от сплошных концентрированных к сплошным узколесосечным, со сроком примыкания не менее 5 лет, или выборочным рубкам.

2. Сплошные рубки среднетаежных ельников на переувлажнённых грунтах необходимо проводить малогабаритной колёсной лесозаготовительной техникой, не вызывающей сильного нарушения напочвенного покрова и повреждения подроста.

3. Интенсивность рубок ухода в производных лиственных насаждениях порослевого происхождения на паловых участках должна быть, по нашему мнению, в 1,5-2 раза больше, чем на участках беспаловых вырубок с последующим семенным возобновлением лиственных пород.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ИЗЛОЖЕНЫ В СЛЕДУЮЩИХ ПЕЧАТНЫХ РАБОТАХ

Паутов Ю.А., К у з и в Е.А., Ильчуков C.B. Пространственная неоднородность температурного режима воздуха и почвы под пологом хвойно-лиственных фитоце-нозов средней подзоны тайги // Экология лесов Севера: Тез. докл. I Всесоюз. совет. (Сыктывкар, 2-7 октября 1989 г.). - Сыктывкар, 1989. - T. II. - С. 26-28. Ильчуков С, В. Методические аспекты исследования производных лесов // Тез. докл. XII Коми респ. молодеж. науч. конф. - Сыктывкар, 1994а. - С. 37.

Ильчуков C.B. Формирование производных елово-лиственных насаждений на вырубках // Биогеоценоло-гические исследования таежных лесов (Ляльский лесоэко-логический стационар). - Сыктывкар, 19946. - С. 97-107. - (Тр. Коми науч. центра Урал, отд-ния РАН; № 133).

Ильчуков C.B., Паутов Ю.А. Изменчивость микроклиматических характеристик на концентрированной вырубке // Биогеоценологические исследования таежных лесов (Ляльский лесоэкологический стационар). -

Сыктывкар, 1994. - С. 108-118. - (Тр. Коми науч. центра Урал, отд-ния РАН; № 133).

Паутов Ю.А., Ильчуков C.B. Динамика структуры производных древостоев на вырубках ельников-черничников. - Сыктывкар, 1994. - 24 с. - (Сер. "Науч. докл." / РАН. Урал. отд-ние. Коми науч. центр; Вып. 345).

Ильчуков C.B. Начальные этапы формирования

производных березняков // Тез. докл. III молодеж. науч. конф. Ин-та биологии Коми науч. центра Урал, отд-ния РАН. - Сыктывкар, 1995. - С. 22-23.

Ларин В. В., Ильчуков C.B. Типологические аспекты формирования производных лесов // Проблемы динамической типологии лесов: Тез. докл. Всерос. раб. совещ. - Архангельск, 1995. - С. 40-42.

Ларин В. Б., Паутов Ю.А., Ильчуков C.B. Трансформация лесных экосистем Севера под влиянием интенсивных сплошных концентрированных рубок // Эколого-географические основы рационального природопользования в многолесных районах. - Сыктывкар, 1995. - С. 47-53.

Бобкова К. С., Дегтева C.B., Ильчуков C.B., Ларин В. Б., Пыстина Т.Н. Динамика

производных еловых насаждений естественного происхождения // Биологическое разнообразие антропогенно трансформированных ландшафтов Европейского Северо-Востока России. - Сыктывкар, 1996. - С. 80-89. - (Тр. Коми науч. центра Урал, отд-ния РАН; № 149).

Ларин В.Б., Паутов Ю.А., Ильчуков C.B. Зооценотические аспекты формирования производных лесов // Вопросы прикладной экологии (природопользования) , охотоведения и звероводства: Матер, науч. конф. (Киров, 27-28 мая 1997 г.). - Киров, 1997. - С. 152-153.