Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СОХРАНЕНИЯ БИОРАЗНООБРАЗИЯ ЛЕСОВ СОЧИНСКОГО НАЦИОНАЛЬНОГО ПАРКА

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СОХРАНЕНИЯ БИОРАЗНООБРАЗИЯ ЛЕСОВ СОЧИНСКОГО НАЦИОНАЛЬНОГО ПАРКА"

лззш

На правах рукописи

СЕМИКОЛЕНОВ АНДРЕЙ АЛЕКСЕЕВИЧ

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СОХРАНЕНИЯ БИОРАЗНООБРАЗИЯ ЛЕСОВ СОЧИНСКОГО НАЦИОНАЛЬНОГО ПАРКА

03.00.16 - экология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации из соискание учёной степени кандидата биологических наук

Воронеж 2004

Работа выполнена на кафедре экологии, защиты леса и лесного охотоведения Воронежской государственной лесотехнической академии

Научный руководитель

Официальные оппоненты -

доктор биологических наук, профессор Арефьев Юрий Фёдорович

доктор биологических наук, профессор Крылов Артур Георгиевич;

доктор биологических наук, профессор Голуб Виктор Борисович

Ведущее предприятие

Кавказский государственный природный биосферный заповедник

Зашита состоится б февраля 2004 т. в 10:00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.034.01 при Воронежской государственной лесотехнической академии,

394613, г. Вст*1^' « Тимиут'*1'^ Воронеж.* пку дарственная лесотехническая акя' . ..а: с ^'»'Л' 21,: ':й461.

С ямссФртаиг . , • . • -ке ТТЛ.

Авторефера. -

Учёный секретарь

диссертационного совета Д 212,034.01 д-р с.-х. наук, профессор

Я.В. Панков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы обусловлена тем, что уникальные леса Сочинского национального парка (СНГ!) из-за возросшего антропогенного влияния проявляют тенденцию к снижению природного уровня биологического разнообразия. В связи с этим возможность полноценного выполнения ими экологических, экономических и социальных функций ставится под угрозу. Ослабление защитной роли леса в регионе способствует изменению климата, развитию природных катастроф.

Необходимы научно обоснованные меры по сохранению и восстановлению биологического разнообразия лесов СНП, повышению их устойчивости, продуктивности, защитных и рекреационных функций. Решение этих вопросов является основой исследования по данной теме.

Постановка темы соответствует международным соглашениям в области охраны окружающей среды, сохранения лесов, устойчивого развития лесного сектора, сохранения биоразнообразия (Хельсинки, 1991, 1993; Конвенция ООН по биоразнообразию и изменению климата; Конференция ООН по окружающей среде и развитию, 1991; Лесные принципы, 1993; Концепция устойчивого управления лесами РФ, 1996; резолюция 1982 г. "Об исторической ответственности государств за сохранение природы Земли для нынешних и будущих поколений", Всемирная Хартия природы, 1982), а также важнейшим решениям РФ (Основы политики РФ в области развития науки и технологий на период до 2010 года и дальнейшую перспективу, 2002).

Работа выполнена в рамках госбюджетной темы кафедры экологии, защиты леса и лесного охотоведения Воронежской государственной лесотехнической академии "Реабилитация гоместаза лесных экосистем" (Ла госрегистрации 01.200209835), федеральной целевой программы "Интеграция науки н высшего лесотехнического образования, инновационная деятельность на предприятиях лесного комплекса" (№ госрегистрации 01.2,00103888), темы "Генетнко-эколошческое обоснование и разработка системы мер и технологий по оздоровлению лесов" (грант ТОО-11.1-446), хоздоговорной работы "Разработка рекомендаций по повышению биорезистентности насаждений СНП" (2002-2003 гг., № госрегистрации 01.200.214166).

Проблема биологического разнообразия привлекает большой интерес современных исследователей в различных.регионах (Негробов, 1996, 1998, 2000; Солнцев и др., 1997; Лебедева и др„1999; Беднова, 2003; Шварц, 2003). Объектом управления должна быть экосистема в целом. Важнейшее значение имеет мониторинг биоразнообразия лесов России (Исаев, 1997).

Сохранение биологического разнообразия является в настоящее время очевидной и общепризнанной проблемой.

Цель работы - разработка экологических основ сохранения биоразнообразия лесов СНП, выбор приоритетных путей и методов их сохранения и восстановления, устойчивости, продуктивности,

ЦНБ МСХА

дуктивности, защитных и рекреационных функций. Достижение данной цели будет способствовать оздоровлен иго ландшафта, стабилизации климата, решению социально-экономических проблем региона, устойчивому функционированию лесных экосистем (как природных, ток и искусственно созданных).

В соответствии с поставленной целью были определены следующие калачи исследования.

Зала'in исследования:

- изучение биоразнообразия лесов СНр;

• разработка системы мер по сохранению и восстановлению природного биоразнообразия в лесах СНП;

- исследование рекреационного, защитного и экономического аспектов сохранения и восстановления биоразнообразия лесов СНП;

- апробация рекомендаций по сохранению биоразнообразия лесов СНП.

Научная новизна исследований заключается в том, что разработаны научные основы по сохранению и восстановлению природного биоразнообразия в лесах СНП (1), обоснован принцип биотический интеграции компонентов лесных экосистем, форм!груюшкх структурное, видовое и генетическое разнообразие насаждений (2); показаны рекреационный, защитный и экономический аспекты сохранения и восстановления биоразнообразия лесов СНП (3); доказана целесообразность и обоснованы методы применения тестовых статистик, основанных на оценке евклидовых расстояний, при исследовании жизнеспособности и пространственной структуры естественных и хозяйственно освоенных лесов (4),

Практическая ценность результатов работы определяется предложенной системой мер по сохранению и восстановлению природного биоразнообразия лесов СНП, повышению их устойчивости, продуктивности, защитных и рекреационных функций. В основе разработанной системы - реабилитация гомеостаза насаждений, их способности к самоорганизации, саморегулированию и самовосстановлению.

В результате проработки темы получена статистичекн достоверная информация о структуре и бноразиообразии лесных экосистем СНП, которая может быть использована при разработке превентивных защитных мероприятий лесов СНП, в целях повышения их биорезистентности.

Обоснованность и достоверность результатов исследований, выводов обеспечены комплексным подходом в проработке темы, постоянным контролем посредством статистических критериев уровней -значимости полученных данных, современным на>чно-методическим уровнем проведения исследований, наличием широкой сети опытных и опытно-производственных объектов, а также достаточно длительным периодом исследований, позволившим получить проверенные временем результаты экспериментов и предложенных рекомендаций.

Положении, выносимые на защиту.

1. Роль структурного, композиционного и генетического разнообразия, их биотической интеграции в сохранении и восстановлении природного биоразнообразня лесов СНП.

2. Экологическая обоснованность предложенной системы мер но сохранению и восстановлению природного биоразнообразня лесов СНП.

3. Эффективность предложенной системы мер по сохранению н восстановлению природного обшего биоразнообразия лесов СНП в рекреационном, лесозащитном, экологическом и экономическом аспектах.

Апробация работы. Результаты исследований и основные положения диссертации докладывались на научно-практической конференции "Особо охраняемые территории в XXI веке; цели и задачи" (Смоленск, 2002), научно-практической конференции с международным участием "Интеграция науки VI высшего лесотехнического образования, инновационная деятельность на предприятиях лесного комплекса" (Воронеж, 2002), международной конференции "Стационарные ле со экологические исследования: методы, итоги, перспективы" (Сыктывкар, 2003).

Публикации. Основное содержание диссертационной работы изложено в семи опубликованных работах.

Объём выполненных работ: Проанализированы результаты лесопа-тологической инвентраризации, проведенной в 2001 г. по единой методике в дубравах, буковых и каштановых лесах, а также во влажных пихтарниках СНП на общей плошади 167600 га. Лично автором проведено рекогносцировочное лесопагологическое обследование насаждений на плошали 1320 га.

Проведена генетическая инвентаризация двух дубовых насаждений с общим отбором 240 деревьев для изоэкзимного анализа.

Детальное лесопагологическое обследование проведено на 24 постоянных пробных площадях, в т. ч. 6 - в свежих и влажных каштанниках, б - в сухих и влажных дубравах, 9 — в сухих и свежих и влажных буковых лесах, 3 - во влажных пихтарниках. В дополнение к постоянным пробным площадям лесопатологические обследования проведены на 72 временных пробных площадях.

Реализация результатов исследований. Рекомендации по сохранению и восстановлению природного (жоразнообразия, оздоровлению лесов СНП, радикальному повышению их устойчивости, продуктивности и защитных и рекреационных функций в настоящее время внедрены в Лазаревском лесничестве СНП, разработан график поэтапного внедрения рекомендаций во всех лесничествах СНП. Перспективно расширенное внедрение рекомендаций в исследуемом регионе. Экономическая эффективность рекомендованной системы мероприятий будет повышаться с увеличением возраста насаждений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение. Обоснована актуальность темы, сформулированы цели и задачи исследований, определены новтона и практическая значимость результатов и выводов выполнен нон работы. Сформулированы положения, выносимые на защиту, показана достоверность полученных результатов и выводов.

Основная часть. Содержит общую информацию о диссертационной работе, а также специальные разделы, посвяшённые конкретным вопросам прорабатываемой темы; в конце даны основные выводы и заключение.

1 Выбор направления исследований

Необходимость сохранения и повышения биологического разнообразия является в настоящее время очевидной и общепризнанной в большинстве стран проблемой. Проблеме биоразнообразня лесных экосистем посвящены пристальные исследования, соответственно этому многочисленные публикации, отражающие с5 многообразные стороны (Негробов, 1996, 1993, 2000; Солннев и др., 1997; Лебедева и др.,1999; Беднова, 2003; Шварц, 2003). Эта проблема биоразнообразия органически связана с вопросами биотической интеграции компонентов лесных экосистем, как основой их саморегуляии (Шмальгаузен, 1961). А.С. Исаев (1997) обосновал необходимость мониторинга биоразнообразия лесов России.

В качестве основных путен сохранения и повышения биоразнообразия лесов С НИ, улучшения их *,кизиеспособности и гомеостаза наиболее перспективен комплексный подход, пред} сматривоюишй одновременное повышение структурного, композиционного и генетического разнообразия. Необходимым условием формирования и сохранения достаточно высокого уровня жизнеспособности леса является биотическая интеграция компонентов лесных экосистем, что количественно можно характеризовать стабильностью состояния жизнеспособности. Таким образом, в центре внимания должны быть не только определенные виды, но экосистема в целом, ей жизнеспособность, защита е5 от деградации.

2 Характеристика региона исследовании

Природные условия СИП очень разнообразны.

Клим ат —от влажных с>бтропиков до сурового климата высокогорья, Разнообразие климата определяется как широтным расположением парка, так п влиянием Чёрного моря, а также Главного кавказского хребта.

Рельеф горный, преимущественно сильно рас тенённый, сложенный рядом горных гряд, направленных почти параллельно Главному кавказскому хребту (хребты Амуко, Негошь, Ац, Алек и лр ).

Параллельно берегу моря спускаются хребты Безуменскнй, Прохладный, Лжек, Ушха и др„ трепанные на отдельные массивы многочисленными реками.

Почвы тёмно-бурые лесные, бурые лесные, светло-бурые лесные, перегнойно-карбонаггные, аллювиальные, делювиальные, маломощные. Обнажения и осыпи представлены полуразрушившимися плитками глинистого слан и а, которые встречаются по обрывистым нижним частям склонов.

Воды образуют сложную систему, включающую большое количество больших и малых рек, ручьев. Повсеместно на территории парка распространены родники.

Флора СНП включает около 30 тыс, видов растений. Выделяются следующие структурные единицы: уникальные распггельные сообщества, эдкфккаторами которых являются вилы, занесенные в Красную книгу РФ (I); интразональные ценозы, "оторванные" от своего саюцшого ареала (2); популяции отдельных редких видов (3); эталонные насаждения, примером которых являются лесные ценозы из дуба скального, каштана посевного, бука восточного и лр, (4); антропогенные ценозы, которые своим происхождением обязаны человеку, его многовековой деятельности (5); ценозы-иктродуиенты, насаждения с участием ореха грецкого, дуба пробкового и др. (6).

На территории СНП парка есть многочисленные памятники культуры, в которых прослеживается история развития на протяжении многих веков - памятники древнекаменного, новокаменного и бронзового веков, античного п средневекового времени.

Леса на всей территории СНП отнесены к I группе, к единой категории зашитности - леса национальных и природных парков,

СНП включает заповедную зону - 51060 га (26,4 %), особо охра* няемую (зону заказника) - 36585 га (18,9 %), рекреационную зону - 75110 га (38,X %), зону обслуживания посетителей - 11882 га (6,1 %), зону хозяйственного назначения - 19100 га (9,8%).

В рекреационной зоне создано 13 лесопарков, обустроено 45 рекреационных объектов, проложено 48 туристических маршрутов.

По существу СНП является лесной страной. 94 % его территории занято лесами, в которых основными лесообразующнми являются ценные породы - бук, дуб, каштан съедобный, пахта кавказская,

В лесах национального парка очень много эндемиков - растений, нигде больше не встречающихся. При этом большинство эндемиков - древнейшие вилы нашей гсланегы.

3 Методика НИР

Исследования проводились в период 1999 — 2003 тт.

Оценка состояния лесных насаждений проводилась с применением интегрального индекса Лг, предложенного Е.Г. МозолевекоЙ{1988, 1991)-'

Ь-Рр'к>, (I)

где Р =■ ^ц'-й Тя'зЬ ~~ .

Х,<]') - суммы площадей сечения деревьев /-й категории состояния, выраженные как доля от 10 единиц;

/, - коэффшшент охвоенности (облиственности) деревьев разных категорий, как мера их биологической продуктивности и жизнеспособности; р' - сохранность леской среды или коэффициент, отражающий соответствие наблюдаемой полноты условиям произрастания и возрастному этапу насаждения;

к, — коэффициенты^ характеризующие интенсивность воздействия экстремального фактора среды.

Оценка уровня биологического разнообразия проводилась по формуле Шеннона (1963):

, (2)

1-1

где Н— уровень биологического разнообразия, измеряемый в Ситах, / -учитываемые источники биоразнообразия изучаемой лесной экосистемы, # -вероятность их проявления, п - число учтенных источников биоразнообразия.

Минимально необходимое число наблюдений:

-Ж'.

(3)

где п - минимально необходимое число наблюдений, ^ % - коэффшшент изменчивости, Г - показатель достоверности, к — принятая точность проводимых исследований.

Для ориентировочной оценки коэффициента наследуемости в узком смысле применялась <{юрмула Шварца-Уирлена:

где Л1 — коэффициент наследуемости в узком смысле, г* и г- -средние ранги для потомков соответственно лучших и худших родительских деревьев; И. Я- — средние ранги для лучших и худших родительских деревьев.

Относительной мерой интеграции лесной экосистемы может служить уровень ей ;кизнеспособности:

^-{Т.-^Г-} , (5)

где (''„„ - среднегодовой балл .жизнеспособности насаждения, V — средневзвешенный балл жизнеспособности насаждения, V - конкретный балл жизнеспособности отдельных деревьев, и - число деревьев конкретного балла. Л' - обшее число учтенных деревьев, Я - число лет наблюдений.

4 Роль структурного, композиционного и генетического разнообразия, их биотической интеграции в сохранении и восстановлении природного бноразнообразия лесов СНП.

Общее биоразнообразие лесных экосистем рассматривалось как интегрированная система, основными элементами которой являются структурная, композиционная и генетическая неоднородность.

4.1 Структурное разнообразие.

Между структурой насаждений и протекающими в них процессами существует взаимосвязь, которая во многом определяет функциональные особенности лесных экосистем. При анализе горизонтальной структуры исследовалось распределение как отдельных деревьев и групп деревьев, так и их признаков.

Принципиальная схема размещения деревьев на круговой пробной илошаяи редставлена на рисунке 1.

Рисунок I - Принципиальная схема учета деревьев на круговой пробной площади; выбор / — деревьев и ] — деревьев в отношении 1:3. (По О. ЗЮскег, Л. НоттегкгсЫп, 2002)

Рассчитываются параметры Т (параметры контрастов для диаметра и других исследуемых показателей) для каждой группы деревьев по формуле:

«

Т = 1-—V

I ^ пип(Лу) при у *= 1... 3; 7410,1],

(б)

где Т = параметр контрастов для исследуемых признаков, л - число исследуемых деревьев, i = независимо выбираемые деревья, j деревья, выбираемые по отношению к i — деревьям,

Т- оценки интерпретируются следующим образом: 0,0 £ Т < 0,3 слабая дифференциация или высокий уровень гомогенности; ослабленные деревья могут достигать 70 % от количества более сильных и здоровых деревьев в квадрогруипе;

0,3 S Т < 0,5 средняя дифференциация или средняя гетерогенность признака; слабые деревья достигают 50-70 % от количества сильных и здоровых деревьев в квадрогруипе;

0,5 £ Т < 0,7 сильная дифференциация; слабые деревья достигают лишь 30-50 % от количества сильных деревьев; 0,7 й Т < 1,0 очень сильная дифференциация; слабые деревья достигают менее чем на 30 % сильных.

Исследования показали среднюю степень дифференциации <Т-параметр) в отношении диаметра и состояния жизнеспособности для естественного леса и низкую — для освоенных в лесохозхяйственном отношении насаждений, В принципе контрастность в отношении исследуемого признака с увеличением расстояния между деревьями однозначно повышалась. Соседние деревиа характеризовались большей схожестью.

Таблица 1 - Средние расстояния (м) и контрасты по диаметру (в числителе) и степени жизнеспособности (в знаменателе) в квадрогруппах по трём типам экосистем

Шифры экосистем Исследуемые параметры

«* et ei ù, j ет h h h r

Еств 38 1,8 2,6 3,4 2,6 0,360 0,505 0,372 0,595 0.401 0,630 0^5 0.577

Дфрм 32 1.6 2,5 33 2,5 0,270 0,385 0,284 0,340 0.30Я 0,305 0,246 0,343

Иска 36 2,3 3,1 2,7 0,202 0.295 0,230 0.260 0,280 0,245 0,239 Ô.267

Ср. 35,3 1.9 2.6 3,3 2,6 0.?90 0,437 0,2?3 0,398 ÎL2H 0.352 0,390 0,397

Примечание, * уровень значимости а < 0,05;

Степень жизнеспособности характеризуется более высоким уровнем дифференциации по сравнению с дифференциацией по диаметру; уровень дифференциации обоих признаков в естественных лесах выше, чем в антропогенно деформированных и искусственно созданных насаждениях.

Достоверность различий оценок обеспечивается на 5 % - ном уровне значимости (а < 0,05),

Схожесть соседних деревьев, определяемая , Т[ - оценками, позволяет

сделать вывод о том, что если в иешре группы находятся хорошо развитые здоровые деревья, то на окраинных позициях находятся менее развитые ослабленные или больные, деревья. Если же структурная квадрогруппа включает деревья с меньшими диаметрами, ослабленные и Сольные, то более сильные и здоровые деревья будут находиться на значительном удалении. Таким образом, групповая структура является характерным признаком динамического развития естественных еловых лесов. Этот факт подтверждается и исследован ¡ими в более молодых естественных лесах.

Контрастность в отношении исследуемого признака с увеличением расстояния однозначно повышалась. Соседние деревца ели характеризовались большей схожестью. Статистически; ti < Т £ fc П t).

Попарные контрасты t, также указывают на большую степень дифференциации (гетерогенности) в естественных лесах, но дают и дополнительную ин<{юрмаш1ю: контрасты (//) — от i - деревьев до ближайших соседних деревьев являются наименьшими. Соответственно этому растут с понижением степени близости (соседства) значения контрастности (г>, (/) в квадро-группах.

Достоверность различий доказана на основе рекомендованного для данных случаев непараметрического №'- критерия Вилкоксона (Stöcker, Rommerskirchen, 2002; Лакин, 1980) при а < 0,05.

Вариабельность по диаметру и жизнеспособность в исследуемых насаждениях колеблется в значительных пределах.

Схематически структуркзация по Т-оиенке в естественных лесах представлена на рисунке 2.

* Независимо опираемые для оценки деревья.

Рисунок 2 - Схема групповой структуры естественного леса 4.2 Композиционное разнообразие.

Развитие лесных сообществ в значительной мере определяется числом составляющих их биологических видов. Анализ видового разнообразия

разнообразия позволяет судить об устойчивости лесной экосистемы. Изменение участия древесных пород в насаждении влияет на их устойчивость.

В принципе, смешение видов в одном насаждении может происходить как за счйт автохтонных, так и ннтродуцированных пород. Естественно, основу составляют автохтонные виды. Но с лесозащитных позиций использование ингродуцированных видов может значительно способствовать повышению биорезистентносги насаждений. Среди хвойных пород наиболее перспективна сосна румелийская, среди лиственных — дуб красный.

Функциональная роль композиционного разнообразия в формировании жизнеспоспособности насаждений наиболее чётко прослеживается на примере композиционного разнообразия насаждений различных стадий дигрессии (таблица 2).

Как следует из приведенной таблицы, во всех исследованных насаждениях увеличение уровня дигрессии ведёт к уменьшению уровня композиционного разнообразия (CD).

Таблица 2 - Сравнительные значения композиционного разнообразия (СО, бит) в условиях различных стадий дигрессии

Характеристака исследуемых насаждений Сталин дигрессии

I III

I 2 3

Кашгаикик лещиновый на относительно пологом склоне северной экспозиции. Почвы глубокие с хорошо выраженным гумусовым горизонтом. Древостой I кл. ботггсга, с участием дуба, бука, граба, ольхи. Подлесок средней густоты из лещины, бузины, В напочвенном покрове преобладают цирцея, сжевика,7рахистемон. Естественное возобновление успешное. 11,88 9,12

Кашганннк колхидский на склоне северной жегюшнни, крутизной 20", Почвы глубокие бурые горно-лесные. Древостой высоко полнота ы й, I кл. бонитета, с примесью ольхи, бука, граба, черешни. Подлесок и живой напочвенный покров находятся в удовлетворительном, иногда в угнетенном состоянии: плющ колхидский, вороний глаз, фиалка лесная и др. Естественное возобновление достаточно успешное. 9,14 6,36

Окончание таблицы 2

1 2 3

Дубовый лес, сформированные преимущественно дубом иберийским. Значительное участие принимает в них также дуб Гартвнса и дуб черешчатый, граб, ясень, клён, бук; иногда встречаются дуб скальный и дуб пушистый. Характерно широкое распространение вечнозелёного подлеска из рододендрона понтийского, падуба колхидского, лавровишни лекарственной, В целом лес характеризуется высокой продуктивностью. 14,16 13,02

Примечание. Стадии дигрессии: I - коренное насаждение не нарушено, живой напочвенный покров представлен лесными видами; Ш - умеренно нарушенное насаждение, подлесочный ярус и подрост повреждены на 10-30 встречаются уплотнённые участки (5-10 % от всей площади), проявляются первые признаки изреживания верхнего полога.

Этот процесс наиболее активен в колхидском каютанннке - отношение CD при I уровне дигрессии к CD при Ш уровне дигрессии равно 1,44, в каштаннике лещиновом это отношение снижается до 1,29, в дубовых лесах — до 1,08.

На основании найденных соотношений можно сделать вывод о том, что дубовый лес наиболее стабилен в сохранении композиционного разнообразия; наименее стабилен колхидский каштанник, лещиновый капгганник занимает срединное положение. Причину этого, в частности, мы видим в том, что дубовый лес исходно отличается большим композиционным разнообразием по сравнению с каштановыми лесами.

Видовое разнообразие основных лесообразукицих пород влечет за собой повышение видового разнообразия других групп организмов, снижает поражаемость деревьев насекомыми н грибами.

Структура разнообразия насаждений представлена в таблице 3.

Таблица 3 — Сравнительная структура композиционного разнообразия каш-танников и лубовых насаждений при уровне дигрессии 1_

Насаждения Общий уровень CD, б irr/% CD по ярусам фитоценоза, бит/%

древостой подрост подлесок напочв. покров

Кл 11,88/100 4,10/34.8 1 4,15/35.2 2.60/21,4 1,03/8,6

Кк 9,14/100 3,81/41,7 3.20/35,0 1.50/16.4 0,63/6,9

Д 14,16/100 8,61/60,8 3,14/22.2 i,28/9,0 1,13/8,0

Примечание. Кл - капгганник лещиновый, Кк - каштанник колхидский, Д — дубовый лес.

Как следует из приведенной таблицы, структура композиционного разнообразия исследованных насаждений различна. В дубовых насаждениях значительно больше половины (60,8 %) общего CD обусловлена различием породного состава древостоя. В каштанниках эта доля меньше половины -34,8 % и 41,7 % - соответственно в лещиновом и колхидском. Уровень разнообразия в отношении подроста и подлеска по каштаниикам в процентном отношении выше, чем по дубовому насаждению. В отношении разнообразия напочвенного покрова в сравнительном аспекте какая-либо закономерность не послежлвается.

Композиционное разнообразие по древостою в дубовом насаждении обусловлено большим количества древесных пород: дубом иберийским, Гартвиса, черешчатым, скальным, пушистым, а также грабом, ясенем, кленом, буком. Участие этих пород в насаждении влечёт за собой также участие других компонентов лесного биоценоза. В целом этот фактор способствуют повышению устойчивости насаждения,

М.П. Чернышев и др. (2000) отмечают, что причин отмирания каштан инков, наряду с их естественным старением и возрастным ослаблением, несколько. Это опасные инфекционные заболевания, сосудистый микоз и фи-то<{ггороз, а также некрозы ветвей, повреждения, вызванные осенним опёнком. Как показали наши исследования, высокий уровень композиционного разнообразия способствует повышению устойчивости насаждений и это должно учитываться при создании насаждений. ,

4,3 Генетическое разнообразие

Среди составных частей биоразнообразия леса генетическое разнообразие наименее изучено. В то же время, именно генетическая структура основных лесообразуюших пород может иметь определяющее значение для необходимой приспособляемости древесных растений к условиям произрастания, коадапташт хозяинных и паразитических популяций, формирования устойчивых биосоциальных отношений, поскольку генетическое разнообразие является основой естественного отбора, микроэволюционных процессов.

Нами в сравнительном аспекте исследовалась генетическая структура насаждений Quercits ibérico в естественных здоровых насаждениях и расстроенных комплексом грибных заболеваний. Оценивались 10 энзимных систем 100 деревьев от каждом насаждении (по почкам в период покоя). Результаты представлены в таблице 3,

Как следует из приведенной таблицы, генетическое разнообразие каштана в пораженных грибными болезнями насаждениях отличается значительно более низким уровнем по сравнению с непоражёнными здоровыми деревьями: генное разнообразие 34 против 44, среднее число аллелей на один локус 2,8 против 3,7.

Причины такого обеднения генофонда пораженных насаждений могут быть как естественными, так и антропогенными. Многие десятилетия вырубались преимущественно лучшие (но продуктивности и жизнеспособности) деревья. Их доля в насаждении постепенно уменьшалась, уровень генетического разнообразия и качество леса снижались.

Порослевые, следующие друг за другом, поколения дуба снижали устойчивость насаждений к неблагоприятным факторам, ослабляли в целом насаждения. К насаждениям с более низким уровнем генетического разнообразия патогенные организмы, особенно грибы, приспосабливаются значительно лучше, через гаплоидную фазу практически беспрепятственно.

В то же время, параметры генетического разнообразия в здоровых лесах формировались эволюцнонно в течение длительного времени, обладают большим генетическим разнообразием и, соответственно, большей резистентностью, поскольку в них формируются условия для дизруптнвного отбора, снижающего приспособленность патогенных организмов.

Таблица 3 - Сравнительное аллельное и генное разнообразие в здоровых и расстроенных насаждениях Оиегсш Лепса

Исследуемый локус Число аллелей

Отмирающие насаждения Здоровые насаждения

Phosphoglucose-Isomerase-B 2 4

Isocitrat-Dehydrogenase-B 3 3

Am i nopeptidase-B 3 7

G1 utamat- Dehydro gei iase 3 3

6-Phosphogluconat -Dehydro genase-B 2 2

Saure Phospliatase-A 4 4

Saure Phosphatase-C 3 3

NADH-Dehydrogenase- А 3 3

NADH-Dehyürogenase-B 4 4

Menadion-Reduktase 2 4

Phosphoglucomutase-A 2 4

Aspaitatamt notransferase-B 3 3

Генное разнообразие У 34 44

Алл ель/локус (в среднем) 2,8 3,7

Снижение генетического разнообразия главной лесооСразующей породы неизбежно ведёт к потере биорезистентности, общей стабильности насаждений, к снижению эффективности их защитных, экономических и социальных функций. Комплексные болезни, характерные для каштанников СНП, также, по-видимому, связаны с пониженным уровнем генетической изменчивости насаждений.

4.4 Биотическая интеграция

В биологическом смысле интеграция является процессом упорядочения, согласования и объединения структур и функций в целостной живой системе на каждом уровне ей организации. Понятие интеграции неразрывно связано с понятием дифференциации, применительно к лесным экосистемам - с биоразнообразием на видовом, генетическом и структурном уровнях,

В естественных биосистемах процессы диференииашш и интеграции формировались эволкшионно, в искусственно создаваемых — проектировщиком, который конструирует регуляторные механизмы, обеспечивающие устойчивость и целостность развивающихся биосистем.

Степень интеграции является показателем уровня развития и совершенства, саморегуляции и саморазвития живых систем, в частности лесных экосистем.

Относительная мера интеграции лесной экосистемы - среднемного-летний уровень се жизнеспособности

Интерпретация У^-оценок ^ = 4... 3 - высокий уровень, Уа„ = 2,9 ... 2 - средний уровень, У„ = 1,9 ... 1 низкий уровень.

Сравнительный уровень биоинтеграции в насаждениях каютана посевного с различным уровнем относительного биоразнообразия по результатам трёхлетних наблюдений представлен в таблице 4.

Таблица 4 - Уровень относительной бноишеграции в насаждениях каигтана посевного в зависимости от биоразнообразия__

Относительный уровень ! биоикгегра1ШМ биоразнообразия г г Уровень значимости

1,00 1 3,86 0,95

0.62 1 2,73

Выводы но данным таблицы 4 могут быть лишь предварительными, поскольку основаны на трёхлетних наблюдениях. По нашему мнению необходимо не менее 10 лет. Полученные данные свидетельствуют о том, что биоразнообразие способствует интеграционным процессам в насаждении.

5 Система мер по восстановлению и сохранении природного бно-размообразня

В принципе представляет интерес биологическое разнообразие, формируемое как на основе автохтонных видов древесных пород, так и с использованием интродуцентов. Но в условиях национальных парков ориентация должна быть на использование местного генофонда. Выбор стратегии формирования насаждений должен быть с учётом степени риска в отношении устойчивого развития насаждений (рис. 3).

Степени риска устойчивого развитая насаждений

Высокий ( (* \ С N НН1КИЙ

риск --^......' *----------риск

Экологическая Характеристики Интенсивность Экономический 4 м «ость биотопа окружаташен хозяйственного выигрыш среды вмешательства

Рисунок 3 - Зависимость риска устойчивого развитая насаждений от соотношения основных переменных

Согласно представленной на рисунке модели уровень риска устойчивого развития создаваемых насаждений при данных условиях окружающей среды зависит от степени выравнивания влияющих на исследуемый параметр переменных. Очевидно, что не все факторы, оказывающие влияние на устойчивое развитие насаждений, представлены в данной модели. Её цель - обозначь принцип взаимодействия и необходимость холистического и сбалансированного подхода к устойчивости.

Путь к устойчивому развитию лежит через интеграцию, совместимость и выравнивание переменных. В связи с этим 1-й вариант (рисунок 3) соответствует плантационным насаждениям, характеризующимся гомогенностью насаждений и наименьшей выравненностью исследуемых перемен-

ных , 2-й вариант — соответствует больше или меньше различным вариантам лесных культур, 3-й вариант - соответствует насаждениям, близким к естественным, 2-Й вариант можно охарактеризовать как средний, 3-8 вариант рассматривается как наиболее перспективный, характеризующийся высоким уровнем биол отческого разнообразия.

При широком спектре экологических условий целесообразно комбинировать варианты, отдавая предпочтение формированию насаждений, близких к естественны.\ 1. Развитие плантационного лесовыращивания может иметь место лишь <з контексте знания факторов риска а способов их нейтрализации. Среди последних особенно большое значение имеют методы защиты насаждений от дендрофильных насекомых и патогенных грибов и других организмов.

6 Экономический аспект сохранения б но разнообразии

Экономическая репродукция неизбежно распространяется на деятельность человека в процессе производства практически в любых условиях, в том числе и в национальных парках. Большое значение при этом имеют природные условия производства (плодородие почв, флора и фауна и др.) и состояние насаждений.

Природная репродукция состоит из процессов роста деревьев и насаждений, постоянного обновления почвенного плодородия и других проявлений природных факторов. Репродукция леса является частью репродукции природы. Специфика диалектики репродукции в лесном хозяйстве в том, что лес с одной стороны является элементом экономической репродукции (репродуцируется через деятельность человека - посадка, уход и др.), с другой стороны - элементом природы. Возможные соотношения между уровнями экономической и природной репродукций показаны на графике (рисунок 4).

баллы элойонтчсекей

•1 ■ N1« 1 « НЙТ}

Рисунок 4 - Взаимосвязь природной и экономической репродукций

NR-1 - 1-й вариант природной репродукции, при котором eé значения баллов прямо пропорциональны значениям баллов экономической репродукции; характерен для высокоразвитых предприятий лесного хозяйства, в которых затраты на выращивание лесных культур ведут к созданию полноценных насаждений,

NR-2 - 2-Й вариант природной репродукции, при котором еб значения баллов обратно пропорциональны значениям баллов экономической репродукции; характерен для предприятий лесного хозяйства, в которых затраты на выращивание лесных культур не ведут к созданию полноценных насагае-ний.

Обычно это связано с технологическими ошибками и/или экологическим несоответствием, когда биология лесообразующей породы не соответствует условиям произрастания.

' NR-3 — 3-й вариант природной репродукции, при котором её значения баллов могут быть прямо и обратно пропорциональны значениям баллов экономической репродукции; характерен для относительно более сложных условий произрастания, при которых можно создать полноценное желаемое насаждение при высоком уровне затрат, но экологически полноценное насаждение может сформироваться также естественным путём.

Обычно состав такого насаждения не полностью отвечает требованиям лесоводов.

Таким образом, экономический аспект не противоречит предложенной системе мер и технологий по сохранению биоразнообразия в лесах СНП, оздоровлению лесов, повышению их устойчивости продуктивности и защитных ф)-нкциИ.

Выводы

1. Уникальное биоразнообразие лесов СНП находится под угрозой серьёзных нарушений. Необходимы неотложные меры по его сохранению и рациональному использованию CFHI.

2. Приоритетной современной задачей СНП является сохранение крупных массивов природных лесных экосистем или формирование искусственных насаждений, близких к естественным. Такие экологические системы способны обеспечивать сохранение структуры, видового богатства, и обеспечивать наибольшую резистентность природных и искусственно создаваемых экосистем,

3. Сохранение, повышение и защита биоразнообразия лесов Сочинского национального парка должны осуществляться на видовом, внутривидовом и структурном уровнях.

4. Э<1>фскг биолоппеского разнообразия в полной мере проявляется лишь при высоком уровне биотической интеграции в рамках лесных экосистем и их комплексов. В этом случае различия между общим и нриролным биоразнообразием, состоящие в том, '(то на определбнных стадиях антропо-

генного воздействия общее биоразнообразие возрастает за сч£т cnHairrpon-иых, сорных и биогеографически чужеродных видов, тогда как природное биоразнообразис снижается, нивелируются. Чем больше интегрированное биоразнообразие, тем выше устойчивость лесных экосистем, их резистентность к неблагоприятным внешним воздействиям.

5. Недостаточно сохранять только отдельные виды и / или их геноцид. Необходимо сохранять природные экосистемы и их сукиессиоиные процессы,

6. Рекомендуемая система мер и технологий по сохранению, повышению и защите биоразнообразия направлена на формирование лесов, близких к естественным. В процессе естественной регенерации Армируется групповая структура насаждений, для которой характерно образование мозаик фаз десинхронного развития, различающихся не только по возрасту и диаметру, но и степени жизнеспособности.

7. Высокий уровень биоразнообразия и биоинтеграции лесных экосистем способствовует озловлению насаждений, выполнению ими защитных, рекреационных, эстетических и экономических функций.

8. Пространственное распределение зон интенсивного природопользования с одной стороны, и традиционного природопользования и охраняемых природных территорий с другой позволяют избежать тотальной трансформации массивов природных экосистем.

9. Достаточно удовлетворительный з<}>фекг сохранения природного биоразнообразия и естественного функционирования экосистем СНП может бьиь получен лишь при условии минимизации антропогенной нагрузки; интенсификация лесопользования может развиваться лишь за счёт интенсификации лесопользования в пределах уже освоенных земель,

10. Существует потенциальная возможность устойчивого сохранения природного биоразнообразия СНП с учётом современных тенденций экономического развития на основе приоритета экологических требований.

Работы, опубликованные по теме диссертации

1. Ссмиколсиов A.A. Особенности роста насаждений в рекреационных лесах Сочинского национального парка // Сб. научных трудов "Защитное лесоразведение и перспективы его развития в Южном федеральном округе." Ч, 1. Новочсркаск:2000.-С. 100-103.

2. Семнколенов A.A. Современное состояние и перспективы сохранения каштан ни ко в Сочинского национального парка // Материалы конференции, Особо охраняемые территории в XXI веке: цели и задачи. Смоленск: ГП Смоленская городская типография, 2002. - С. 155-156,

3. Арефьев Ю,Ф. Научно-образовательные системы управления качеством леса с учётом биоразнообразия лесных экосистем / Арефьев Ю.Ф., Семнколенов A.A. // Материалы научно-практической конференции с междуна-

родным участием. Интеграция науки и высшего лесотехнического образования, инновационная деятельность на предприятиях лесного комплекса. Воронеж; Воронеж, гос. лесотехн. акад. 2002. - Т. 1. - С. 34-88.

4. Арефьев Ю.Ф. Биоразнообразне как основа устойчивого развэтия лесных экосистем I Ю.Ф, Арефьев, A.A. Семиколенов // Лесное хозяйство, № 4, 2003. -С. 29-31.

5. Арефьев Ю.Ф. От биоразнообразия к биотической интеграции в лесных экосистемах ! Ю.Ф. Арефьев, A.A. Семиколенов // Экологические, экономические и социальные аспекты лесоустройства и лесозашнты. Тезисы докладов межрегиональной научно-производственной конференции. Выпуск I. Брянск: НПЦ. - С. 83-85,

6. Харченко H.A. Исследование структуры древостоев на основе евклидовых расстояний / H.A. Харченко, Ю.Ф. Арефьев, A.A. Семиколенов // Стационарные лесоэкологические исследования: методы, итоги, перспективы. Тез. докл. междунар. конф., сентябрь, 2003. - Сыктывкар, 2003. - С. 174175.

7. Арефьев Ю.Ф. Природопользование в условиях Сочинского национального парка / Ю.Ф. Арефьев, Е.В. Кузнецова, A.A. Семиколенов // Природопользование: ресурсы, техническое обеспечение: Сб, меасвуз, научн. тр.-Воронеж, 2003.-С. 11-21.

Отзыв на автореферат гтросим присылать в двух экземплярах, заверенных подписями и печатью предприятия, по адресу: 394613, г. Воронеж, уд. Тимирязева, 8, ВГЛТА. Учёному секретарю. Факс: 8-(0732)-53-84-61.

Подписано в печать Форм, бум, 60x84 1/16 Заказ ^^'¿тс?

Усл. пл. л. 1,0 Тираж 100 экз.

Воронежская государственная лесотехническая академия 394613, г, Воронеж, ул. Тимирязева, 8