Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Экологическое обоснование выборочных санитарных рубок в порослевых дубравах Центральной лесостепи

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Экологическое обоснование выборочных санитарных рубок в порослевых дубравах Центральной лесостепи"

ВОРОНЕЖСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

V4

На правах рукописи

ГАРНАГА Виктор Васильевич

ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРОЧНЫХ САНИТАРНЫХ РУБОК В ПОРОСЛЕВЫХ ДУБРАВАХ ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЛЕСОСТЕПИ

03.00.16 - Экология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

ВОРОНЕЖ - 1997

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

Научный руководитель - заслуженный лесовод России, академик РАЕН

доктор биологических наук, профессор Харченко H.A.

Официальные оппоненты - академик РАЕН, доктор биологических наук

профессор Таранков В.И.,

кандидат биологических наук, ведущий на учный сотрудник Всероссийского НИИ защит! растений МСХП РФ Алехин В.Т.

Ведущая организация - Научно-исследовательский институт лесной

генетики и селекции

Защита состоится " ЛС"фУ|С0уМД1997 г. в А/0 часов на заседали диссертационнного совета К.064.0бГ01 при Воронежской государствен ной лесотехнической академии (394613, г.Воронеж, ул. Тимирязева,8)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВГЛТА.

Автореферат разослан " 19 " KX2<M^uAl997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат биологических наук,

доцент Н.М. ПОПОВА

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Дубравы, в том числе Центральной лесостепи, сильно усыхают и деградируют, происходит смена дуба сопутствующими породами. Периодические волны массового отмирания дуба существенно снижают его жизнеспособность и устойчивость.

Отнесение большинства дубовых насаждений к I группе лесов не улучшило их состояние, а старение этих насаждений остро ставит проблему их обновления. Проводимые лёсохозяйственные мероприятия в настоящее время мало эффективны, так как не имеют под собой научной основы и законодательной базы с разумным сочетанием экономического и экологического аспектов лесопользования. Все указанные причины обуславливают несомненную актуальность проблемы.

Цель и задачи исследований. Задача исследований - решить вопрос восстановления биологической устойчивости дубовых насаждений и определиться со способами обновлдения их в целях рационального и многоцелевого лесопользования, используя внутренние механизмы саморегуляции биосистемы.

В качестве инструмента решения этой задачи лесохозяйственной практикой рекомендуется использовать выборочные санитарные рубки (ВСР). Необходимо определиться с их структурной организацией во всех группах лесов.

Основная цель исследований - биолого-лесоводственное обоснование выборочных санитарных лесовосстановительных рубок (ВСЛВР) в нагорных порослевых дубравах. Для достижения данной цели необходимо решить следующие задачи: 1) сопоставить результаты долговременных экспериментов с ВСЛВР различной интенсивности на устойчивость лесного биоценоза, а также оценить и найти механизмы ее поддержания, условия их действия; 2) выявить реакцию лесного биоценоза, как целостной системы, на проведение ВСЛВР различной интенсивности и исследовать восстановительную ее способность, а также весь спектр возникающих при этом ценотических отношений.

Научная новизна. Доказана возможность использования ВСЛВР высокой интенсивности в порослевых усыхающих дубравах в качестве действенного метода решения хозяйственных и экологических задач.

На основании долгосрочного стационарного эксперимента с ВСЛВР, используя элементы системного методологического подхода, дана детальная оценка структурных изменений в насаждении, его состояния. Изучены биологические вопросы взаимоотношений растений и устойчивости системы. Это позволило понять механизм действия

системных свойств объекта и дало возможность связать в одно целое полученные результаты и усилить теоретическую основу ведения хозяйства в порослевиках.

Прослежена динамика отмирания дуба, проведен дендрохроноло-гический анализ, описаны особенности изменений в нагорных порослевых дубравах Воронежской области после проведения ВСЛВР.

Обоснованность результатов исследований. Выводы базируются на результатах фактического материала сплошных перечетов дубового древостоя, сопутствующих пород, подлеска, подроста, живого напочвенного покрова на постоянных пробных площадях (ППП), на 27 временных пробных площадях, заложенных как в лесхозах области, так и в Учебном лесхозе ВГЛТА, на ежегодных маршрутных обследованиях дубрав Правобережного лесничества. Произведен дендрохронологичес-кий анализ деревьев дуба трех категорий состояния по 33 кернам.

Полевой материал обрабатывался на компьютере IBM PS 386 с использованием пакетов статистических и табличных программ.

Практическая ценность. Данное эколого-лесоводственное обоснование ВСЛВР в нагорных порослевых дубравах позволяет предсказывать перспективу их развития. Оно может служить основой для разработки программ по обновлению и поднятию устойчивости дубовых порослевиков, а также Положений по ведению хозяйства в них.

Апробация работы и публикации. Основные результаты исследований были доложены, обсуждены и получили одобрение на заседаниях кафедры, на Всероссийских конференциях "Научные основы ведения лесного хозяйства в дубравах" (Воронеж, 1991 г.) и "Комплексная продуктивность лесных ресурсов и организация многоцелевого (многопродуктивного) лесопользования" (Воронеж, 1995 г.), на Всероссийской научно-технической конференции "Охрана лесных экосистем i рационального использования лесных ресурсов" (Москва, 1994 г.): на научно-практической конференции "Комплексное изучение, использование и охрана Воронежского водохранилища" (Воронеж, 1996 г.).

Диссертационная тема входит в состав научной тематики кафед ры, одним из направлений деятельности которой является разработк биологического обоснования ВСР для \словий центральной лесостепи

По материалам диссертации опубликовано V работ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена н 149 страницах машинописного текста, иллюстрирована 49 таблицами 77 рисунками, в ней имеется 8 приложений и список из 253 исполь зованных литературных источников, в том числе 54 иностранных.

- 3 -

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. РЕТРОСПЕКТИВА СОСТОЯНИЯ ДУБОВЫХ БИОГЕОЦЕНОВОВ И ПРИЧИНЫ ИХ ОТМИРАНИЯ

Наблюдения за отмиранием твердолиственных пород, в том числе дуба черешчатого, ведутся на протяжении более 150 лет. Этот процесс в каждом регионе имеет свои особенности. Выделяются три волны наиболее интенсивного отмирания дуба: первая - 1895-1911 гг, вторая - 1928-1945 гг. и третья - 1964-1983 гг.

Дан исторический . обзор (с начала столетия) и анализ причин, объясняющих отмирание дубрав. Большинство исследователей это явление связывают с действием комплекса факторов, разделяя их на три группы: абиотические, биотические и антропогенные. Основными при этом считаются климатические факторы, биотические являются производными (Oleksyn, Przybyl, 1987). Приводится факторная теория усыхания дуба (Bonnean, 1989; Mueller, 1988) и концепция стрессовой теории (Matzner, 1985; Bolhar-Nordenkampf, 1989).

2. РАЙОН, ОБЪЕКТ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

Район исследования. По схеме почвенно-географического районирования район исследований относится к Центральной лесостепной провинции (Почвы СССР, 1979), по почвенно-геоморфологическим условиям - к районам оподзоленных, выщелоченных и типичных черноземов и серых, темно-серых лесных почв, а также темно-серых тучных мощных черноземов Окско-Донской низменности (Ресурсы поверхностных вод..., 1973); по лесорастительному районированию - к подзоне типичной лесостепи (Мильков, 1950). Для него приведена краткая характеристика общих и местных климатообразующих факторов.

Объект и методика исследований. Объектом исследований является свежая нагорная порослевая дубрава как наиболее представительная и типичная среди дубрав Воронежской области. Базовый объект расположен на территории лесного массива Учебно-опытного лесхоза ВГЛТА, для которого дана характеристика почв и растительности и приведено полное таксационное описание места закладки ППП.

Разработана программа исследований и составлена схема опытов на базе рабочей гипотезы. Приведены методологические и методические требования, предъявляемые к работам по закладке ППП и прове-

дению многолетнего стационарного эксперимента с ВСЛВР, а таим дано техническое описание всех видов работ. Расчитан размер выборки и обоснованы сроки и периодичность проводимых учетов.

Анализ и обработка материалов проводились на компьютере 1В1 РЗ 386 с использованием пакетов программ СрВД, БТАТЖАР.

3. САНИТАРНЫЕ РУБКИ, ИХ СТРУКТУРА И МЕСТО В СИСТЕМЕ ЛЕС0Х03ЯЙСТВЕННЫХ МЕРОПРИЯТИЙ

Современное понимание санитарных рубок. Санитарная рубк. (СР), как термин и понятие, введена Б.Д. Жилкиным (1940) в оте чественную классификацию мер ухода за лесом из американской сис темы ухода как "одна из других видов рубок ухода".

Краткий исторический обзор нормативных документов органо лесного хозяйства, начиная с 1936 г. и завершая сегодняшним днем показывает процесс становления и утверждения СР, как лесохозяйс твенного мероприятия. Они сейчас характеризуются широким понятий ным спектром и аморфностью трактовок, особенно в лесах I группы из-за отсутствия четко определенного их места в общей системе ру бок и самой структуры СР в зависимости от группы леса.

Дается современное понимание СР, раскрываются их основны цели и задачи. Приводятся технические показатели и придержки дл назначения сплошной и выборочной санитарных рубок и оценки сани тарного состояния древостоя. На сегодня ВСР являются основным ви дом оздоровительных мероприятий в расстроенных насаждениях.

Отсутствие законодательной базы по ведению лесохозяйственно деятельности в лесах I группы, направленной на обновление и вы полнение стареющими насаждениями целевых функций, с одной сторо ны, и практическая потребность ухода в них, с другой, привели противоречию, разрешить которое пытаются ВСЛВР. Органами ФСЛХ Р для этих целей разрабатывается нормативная база рубок обновления

Под ВСЛВР понимается уход за лесом определенного санитарног состояния, выполняющим природоохранные функции, направленный н обновление древостоя и выполнение им целевого предназначения.

Производственные СР в дубравах. Дубравы расположены в про мышленноразвитых районах. Они подвергаются усиленной эксплуатаци и не отличаются большой устойчивостью. Анализ лесного фонда лесс страны показывает, что эти насаждения составляют свыше 50 % л запасу и площади от всей твердолиственной хозсекции, основные ре

сурсы которой сосредоточены в европейской части России, и занимают по этому региону 70 У. площадей и 7? % запаса всех дубрав .

Более 50 % лесов твердолиственной хозсекции РФ отнесено к лесам I группы (из мягколиственной - около 18 %, из хвойной - 13 %), а по дубравам этот показатель составляет порядка 80-90 %. Преобладают дубовые насаждения в лесостепной и степной зонах, где и проявляется наиболее ярко их защитное значение. Приведена характеристика лесов I группы (породная, возрастная, эксплуатационная). и раскрыты основные требования, предъявляемые лесным законом к ведению хозяйства в них.

На сегодня основным видом рубок в I группе лесов является . выборочная санитарно-оздоровительная рубка (по Цепляеву, 1979), составляющая около 64 % по площади и 61 % по запасу от всех рубок в этих лесах при удовлетворительном их санитарном состоянии.

Анализ производственных ВСР с 1959 по 1993 гг. с территориальным охватом от Российской Федерации до Учебно-опытного лесхоза ВГЛТА показывает, что они занимают свыше 50 X по площади и запасу от рубок ухода по РФ, причем этот показатель существенно возрастает в твердолиственной хозсекции и дубовой (по У0Л ВГЛТА до 95 %). ВСР из чрезвычайной меры превращаются в постоянный вид пользования, особенно в I группе лесов, и требуют разработки научно-обоснованных и экологически-направленных Руководств.

ВСЛВР - основа ведения хозяйства в дубравах. Специфичность рубок в лесах I группы заключается в том, что в них объединяются многие элементы других рубок (РУ, РГП) (Ткаченко, 1955; Орлов, 1983). ВСЛВР, широко используемые в дубравах, позволяют лесоводу творчески решать нестандартные задачи, в том числе биологические, главная из которых состоит в поддержании устойчивости насаждений для непрерывного лесопользования в них (Морозов, 1949).

Неудовлетворительное санитарное состояние большинства дубрав требует срочного вмешательства из вне, а только CP ассоциируется с чрезвычайным положением насаждения. Вот почему правомерно в названии рубки использовать слово "санитарная". В дубравах, кроме обновления насаждений, необходимо решать природоохранные задачи, выполняемые лесом. Только выборочный способ проведения CP удовлетворяет этим требованиям. Слово "лесовосстановительная" в названии рубки указывает на то, что морозовский принцип "рубка - возобновление" должен быть главенствующим.

Не следует ВСЛВР отождествлять с добровольно-выборочными,

проходными рубками, использующими "добровольно-выборочный" м отбора деревьев, так как ими решаются совершенно разные задач!

Рубки обновления в порослевых дубравах являются частным ( чаем ВСЛВР в возрасте второй половины спелости и перестойном . расте при удовлетворительном санитарном состоянии насаждения.

Дана структурная организация СР по группам лесов.

Отбор деревьев в СР и разработка оценочной классифик, состояния древостоя. ВСР, проводимые с соблюдением всех норма1 ных требований, не выполняют своей санитарной функции, так осуществляются после отмирания древесных растений, а не опере; их отпад. Такая политика в порослевиках не способствует под;-.! их устойчивости и ведет к потере древесиной деловых качеств.

ВСЛВР будет иметь лесоводственный эффект только в том < чае, если правильно будут выбраны оценочные критерии определ« состояния и перспективности каждого дерева.

Приведена характеристика наиболее распространенных класс! каций, используемых для нужд ВСР (Санитарные правила в л< СССР, 1970; Методические рекомендации по обследованию санитар1 состояния насаждений при лесоустройстве, 1981; Кулешис, 1975),

Описаны основные свойства, которыми должна обладать кла: фикация, как система отбора древесных растений; методы диагно< ки их жизнеспособности. Приведена разработанная и апробирова] кафедрой экологии, защиты леса и лесного охотоведения классиф1 ция оценки состояния порослевых деревьев дуба для нужд ВСЛВР, торая и рекомендуется для использования в производстве (Поло; цев, Саввин, 1977; Царалунга, 1985; Харченко, 1987).

Возможность проведения ВСЛВР в порослевых дубравах. Эк< го-биологическая целесообразность проведения ВСЛВР в дубр< обусловлена стремлением лесной экосистемы занимать устойчивое ложение и способностью ее к саморегуляции, а также естествен! процессами роста, дифференциации и отпада, происходящими в не!

Следование и ведение лесного хозяйства сообразно приро; процессам позволяет избежать многих ошибок. Современное состо! дубрав и те явления, которые происходят в них не являются слу ными. Это закономерные этапы природного лесообразовательного ] цесса, формирующего устойчивый лесной биоценоз. Незнание зак( развития леса явилось следствием катастрофически быстрого пр< кания сукцессии, что и выражается в интенсивном отпаде дуба.

Необходимо разработать научно-обоснованные программы по

дению хозяйства в дубовых порослевых усыхающих насаждениях, хотя бы для мелких объектов (выдел, квартал, лесничество), положив в основу информацию о лесном фонде региона. С помощью ВСЛВР возможно решить целый ряд хозяйственных и экологических вопросов, за-действуя все механизмы развития биосистемы от сукцессионных до биогеоценотических. Проведение ВСЛВР в разных вариантах позволит для условий Центральной лесостепи выбрать оптимальный из них и на его основе создать модели развития устойчивых дубовых порослеви-ков с режимом рационального лесопользования.

4. СОСТОЯНИЕ ДУБОВОГО НАСАЖДЕНИЯ, ЕГО ДИНАМИКА И

ВЫБОРОЧНЫЕ САНИТАРНЫЕ РУБКИ РАЗЛИЧНОЙ ИНТЕНСИВНОСТИ

Знание особенностей развития дубового насаждения по результатам долгосрочного эксперимента с различными вариантами ВСЛВР является информационной базой для осознанного и целенаправленного управления биосистемой, выполняющей природоохранные функции и удовлетворяющей потребности общества в продуктах.

Необходимо определить диапазон возможного разреживания Древостоя, его экологически допустимый предел (управленческий аспект устойчивости), а также проследить за восстановлением биологичекой системой структуры функциональных связей и выходом ее в стабильное положение (экологический аспект устойчивости).

Таксационная характеристика вадежа и сухостоя. По запасу или числу деревьев (в %) старого сухостоя и валежа делаются выводы о динамике усыхания насаждения.

На дуб приходится подавляющее большинство валежных (около 95 7. от всех деревьев) и сухостойных (около 98 %) стволов. Следовательно, процесс усыхания затрагивает именно эту древесную породу.

Таксационные показатели данных категорий деревьев дуба свидетельствуют, что валеж и сухостой являются представителями разных возрастных групп. Статистически валежные и сухостойные стволы существенно отличаются по диаметру, возрасту на высоком уровне достоверности (0.99). Валеж представляет собой сильно угнетенные и ослабленные деревья, начавшие свое развитие в середине 50-х годов, в период очередной волны массового отмирания дуба. Сухостой сформировался в основном в фазе ее спада.

По степени зараженности стволов гнилями господствует периферическая, которой поражено около 94 7. валежа и 85 % сухостоя, а

центральной гнилью (кольцевой и сердцевинной) соответственно ло 51 X и 61 % от всех обследованных деревьев, причем раз этих данных по ППП незначительный. Опенок - основной вине разрушения древесных растений, так как все центральные й бол часть периферических гнилей являются результатом его деятель ти. Кроме того, учет распределения старого и свежего валежа типу вывала деревьев показал, что "ветровальные" более чем в раза по количеству превосходят буреломные. То есть, скорость рушения корневой системы дуба значительно выше темпов разруп ствола, что позволяет говорить о корневом типе отмирания дубр

По степени отработанности валежа и сухостоя стволовыми дителями можно заключить, что большого временного разрыва ы гибелью древесного растения, и его заселением вредителями нр людается, то есть в насаждении имеется благоприятная обстанси кормовая база для развития насекомых.

Таксационная характеристика сырорастущих деревьев дуба и тенсивность проведения BCJ1BP на ППП. В результате прозед BCJIBP было убрано 1.9 % (2.06 м2 по сумме площадей сечений деревьев дуба (в качестве моделей), 0Ж - 35.8 % (7.07 м2), сухостоя соответственно 80.3 % (14.6 м2) и 100 % (59.3 м2).

Так как сухостой распределяется по пробам относительно номерно (32% - 34%) и статистическая существенность различия по численности этой категории деревьев отсутствует, то интен ность рубки определяется величиной выборки сырорастущих дерев которая составляет для пробы 2 - 0.9 % от всех сырорастущих ревьев, для проб 1, 3 и 4 соответственно - 15 Z, 19.3 % и 31.

Все вырубленные сырорастущие деревья подвергались обм диаметра, высоты и определению возраста, так же обследовалис наличие патологических признаков и заселенность вредителями, тистическая существенность различий между ЖС, 0Ж и НЖ срублен деревьями отсутствует по всем показателям, то есть они преде ляют одну совокупность деревьев основного полога. По таксацио характеристике сырорастущих деревьев дуба исследуемое насажд относится ко 11 бонитету (Лесотаксационный справочник, 1973).

Заключение о санитарном состоянии порослевой дубравы дел ся на основании сравнения текущего и естественного отпадов, как разброс показателей текущего отпада ППП незначительный, наблюдаемые процессы в дубраве не являются случайными, а хара ризуют закономерные тенденции развития древостоя.

Таблица 1

Сравнение среднепериодического текущего и естественного отпадов дуба на ППП за десятилетие до проведения ВСЛВР

Текущий ППП ППП ППП ППП Ито- К Все- Естеств. Превыше-

. отпад 1 2 3 4 го го отпад ние, раз

по N. % 0 5.04 5.23 5.38 5.12 5.19 5.19 5.19 3.7 1.4 ПО 03, м /га 0.93 0.93 0.76 0.77 0.85 0.90 0.86 0.23 3.7 по М, м3/га 6М 4 5.33 5.73 5.56 5.69 6.07 5.77 2.7 2.1

Состояние порослевой дубравы неудовлетворительно, так как текущий отпад в 2 и более раза превышает естественный по сумме площадей сечений (БЗ) и запасу (М). Такие темпы отпада дуба характеризуют третью волку его массового отмирания.

Динамика изменения таксационных показателей дубового древостоя после проведения ВСЛВР. Для оценки эффективности ВСЛВР в дубравах, как оздоровительного мероприятия, и определения наиболее оптимальной ее интенсивности необходимо изучить реакцию лесного биоценоза на разреживание, учитывая способность его к саморегуляции. Рубка, непосредственно воздействуя на весь спектр регулятор-ных отношений между компонентами системы, определяет состав и структуру функциональных связей между ними, от которых зависит устойчивость ценоза, причем конкуренции в этом принадлежит главенствующая роль. Поэтому метод изучения базируется на количественном анализе последствий конкуренции, благодаря чему появляется возможность выхода на исследование устойчивости системы.

Дан погодичный анализ изменений среднего диаметра, численности деревьев, 1В, их ежегодный прирост, произошедших со всеми категориями деревьев в течение 15 лет после рубки. Перегруппировка деревьев по категориям состояния и другим таксационным показателям - закономерное явление, сопровождающее рост и развитие насаждения. Через дифференциацию и отпад конкурентные отношения формируют структуру будущей устойчивой системы. Они выступают одним из основных механизмов ее поддержания. По интенсивности дифференциации и отпада судят о напряженности конкуренции, определяют наиболее конкурентноспособные древесные растения.

ВСЛВР в зависимости от величины интенсивности оказывает влияние на скорость накопления ЛО и НЖ деревьев (табл.2).

Накопление сухостоя по числу деревьев за 15 лет после ВСЛВР не превышает допустимых значений, определяемых по ТХР, даже на

контроле (1.58 % в год). Максимум его приходится на ППП2 (2.01 X) и этот показатель постепенно снижается по мере возрастания интенсивности рубки (на ППП4 до 1.28 %).

Таблица 2

Среднегодовые темпы прироста численности и суш площадей сечений деревьев III,IV категорий состояния по 5-летиям этого столетия

Период

Среднегодная периодическая величина ДЫ,% / ЛВЗ.м^/Зга

Контроль ППП2 ПШ11 ПППЗ ППП4 ТХР

81- IV категория состояния

85 1.42/0.50 1.56/0.34 1.28/0.24 1.04/0.15 0 94/0. 12 2. 8/0.53

86- 90 1.92/0.97 2.26/0.77 1.78/0.49 1.70/0.30 1. 64/0. 29 2. 2/0.45

91- 95 1.42/1.05 2.20/0.97 2.02/0.80 1.60/0.47 1 22/0. 33 1. 8/0. 37

81- 95 1.58/0.84 2.01/0.69 1.70/0.51 1.45/0.31 1 28/0. 25 2. 3/0. 46

III категория состояния

81- 85 1.54/0.63 0.34/0.23 0.58/0.20 0.42/0.10 0 24/0.04 2. 8/0. 53

86- 90 1.64/0.55 0.28/0.12 0.80/0.22 0.48/0.10 0 30/0 03 2. 2/0.45

91- 95 1.30/1.11 0.48/0.38 0.60/0.39 0.68/0.34 0 70/0 30 1. 8/0 37

81- •95 1.49/0.76 0.37/0.25 0.66/0.27 0.53/0.18 0 41/0 12 2. 3/0 46

III + IV категории состояния

81- -85 3.12/1.13 2.06/0.57 1.84/0.44 1.46/0.25 1 18/0 16 2. 8/0 53

86- ■90 3.82/1.72 2.80/0.99 2.60/0.80 2.18/0.47 1 94/0 37 2. 2/0 45

91- -95 2.92/1.97 2.90/1.26 2.64/1.10 2.26/0.74 1 96/0 58 1. 8/0 37

81- ■95 3.29/1.61 2.59/0.94 2.36/0.78 1.97/0.49 1 69/0 37 2. 3/0 46

По накоплению ХЙ ЛО на контроле можно проводить очередную рубку уже в 1986 году, на ППП2 - в 1989, на ППП1 - в 1993 г. С этим мероприятием в насаждение можно приходить еще раньше, если в расчет принимать все условно больные деревья. Следовательно, ВСЛВР дает положительный результат на ППП4 и ПППЗ.

По темпам образования ЛО и НЖ деревьев видно, что наиболее интенсивно дифференциация древесных растений происходит на контроле (3.3 % в год) и уменьшается по мере увеличения интенсивности рубки на ППП. Следовательно, рубка высокой интенсивности снижает напряженность возникающих конкурентных отношений между деревьями, что сопровождается замедлением дифференциации и отпада наиболее ослабленных из них. На 3 и 4 пробах дифференциация деревьев дуба идет менее активно в силу его большей жизнеспособности и объясняется в большей степени напряженностью межвидовой конкуренции (дуб - спутники), чем внутривидовой, как на контроле и ППП2. Таким образом, биосистема не утратила внутренних механизмов саморегуляции и направляет свое развитие в устойчивое положение и на контроле.

Процесс перегруппировки деревьев, перехода их из одной категории состояния в другую наиболее плавно и последовательно осу-

- И -

ществляется на контроле и ППП2. С возрастанием интенсивности рубки увеличивается число переходов деревьев с нарушением последовательного прохождения категорий состояния. На пробе 1 такие переходы составляют 1 % от общего числа переходов деревьев, на ПППЗ -1.6 %, а на ППП4 - 6.8 %, что объясняется остротой конкурентных отношений, а также и теми новыми экологическими условиями, в которые попадает растение сразу же после рубки. Поэтому большинство переходов наблюдается в первые тоды после проведения BCJIBP и в годы вспышек численности листогрызущих насекомых (1990,1991 гг.), причем в это же время наиболее активно идет дифференциация деревьев и в других категориях состояния.

Категория состояния дерева является косвенным показателем его конкурентноспособности. Последняя же относится к наследуемым, генетически закрепленным свойствам.

Динамика радиального прироста деревьев дуба I, II и III категорий состояния. Изучением радиального прироста деревьев дуба различных категорий состояния (организменный уровень организации) завершаем исследование дубового древостоя. Абсолютные приросты у деревьев I, II и III категорий состояния существенно отличаются друг от друга на высоком уровне достоверности (0.99), что подтверждает жизненность предложенной Н.А.Харченко классификации деревьев по категориям состояния, так как продуктивность (радиальный прирост) является лучшим показателем конкурентноспособности.

Особенностью прироста деревьев дуба нагорной порослевой дубравы является его постепенное снижение, сопровождающееся резкими спадами после инвазии насекомых или отклонением лимитирующих климатических факторов от средней величины. Причем на годы резкого снижения прироста приходится наибольшее по численности образование деревьев JI0 и максимальная перегруппировка деревьев по категориям состояния без большого временного разрыва между этими процессами, что говорит о сильной ослабленности дубового древостоя.

Наибольшей ответной реакцией на внешние воздействия (принцип Ле-Шателье) обладают деревья I категории состояния, так как являются наиболее здоровой и конкурентноспособной частью древостоя. Деревья II и особенно III категорий на такие изменения реагируют слабее, так как многие находятся на границе своей устойчивости.

Существование очага листогрызущих насекомых в порослевой дубраве на протяжении более 40 лет говорит о том, что лесной ценоз не устойчив и не способен противостоять этому воздействию.

Листогрызущие насекомые обостряют конкурентные отношения между деревьями, приводят к усилению дифференциации и отпаду наиболее слабых из них, хотя раннее объедание листвы дуба не влечет за собой резкого снижения прироста ранней древесины и всего кольца. Диапазон устойчивости древесного растения к изменению радиального прироста более широкий, чем к действию листогрызущих насекомых.

Построенные регрессионные уравнения зависимости радиального прироста и дефолиации от климатических факторов, прироста от дефолиации имеют прикладной характер.

Характеристика динамических изменений, произошедших с древостоем второстепенных пород и смешанным насаждением. Динамика численности деревьев и НЗ сопутствующих дубу пород по каждой ППП с 1981 по 1995 гг. показывает, что у липы и клена наблюдается тенденция увеличения данных показателей на всех пробах, у ясеня -стабильное его снижение, а вяз характеризуется незначительным их изменением во времени. По величине изменения НЗ на всех пробах и контроле для липы, ясеня и клена четко выделяются два пика подъема: в 1986 г. и в 1981 г., что связано с кульминацией конкурентных отношений. Причем ВСЛВР оказывает меньшее влияние на возникновение пиков, чем естественный ход саморазвития биосистемы, так как и контроль полностью подчиняется этой зависимости. Рубкой же существенно увеличиваются абсолютные значения данных величин по сравнению с контролем. Вяз, являясь малопредставительной породой в составе древостоя, испытывает большую конкурентную нагрузку и сильнее реагирует на рубку. У него наибольший прирост 1Ё наблюдается в годы минимального ее прироста у других сопутствующих пород. Особенностью динамики £6 и численности второстепенных пород является временной разрыв между ними, то есть происходит увеличение сначала численности породы, а через некоторый промежуток времени в зависимости от ее биологии возрастает и Бб. У липы, клена и вяза наибольший прирост числа деревьев .наблюдается в годы минимального прироста их ОЗ, у ясеня эти процессы синхронны.

Межвидовая конкуренция способствует росту одной породы и тормозит рост другой - это наиболее распространенный вид взаимоотношений между древесными породами (Сукачев, 1953). О конкурентноспособности древесной породы можно судить по изменению ее доли в составе древостоя или по показателю конкурентноспособности (ПК), рассчитываемому как отношение итоговой доли запаса к исходной. Порода обладает тем большей конкурентноспособностью, чем на

большую величину этот показатель отличается от 1 (Сеннов, 1984).

Наиболее низкая конкурентноспособность у дуба. Причем с уменьшением интенсивности рубки она увеличивается, достигая максимума на контроле.

Таблица 3

Динамика состава смешанного насаждения

Состав насаждения

Год Контроль ' ППП1 ППП4

Д Лп Яс Кл Вз Гр 0 д Лп Яс Кл Вз Гр Д Лп Яс Кл Вз 0

1981 70 8 15 6 1 е е 71 16 6 6 1 е 61 12 12 9 е 6

1984 68 9 15 7 1 е е 68 18 6 7 1 е 58 14 12 10 е 6

1986 65 10 16 8 1 е е 63 21 7 8 1 е 53 17 13 11 е 6

1988 62 12 16 9 1 е - 60 23 7 9 1 - 49 19 14 12 е 6

1991 58 13 18 10 1 - - 54 26 7 11 2 - 44 22 15 14 е 5

1993 56 14 18 11 1 - - 51 28 7 12 2 - 42 24 15 14 е 5

1995 55 15 18 11 1 - - 49 29 7 13 2 - 41 25 15 14 е 5

ПК 0.8 1 .2 1, .0 0 1.8 2 :.2 0 0.7 1 .3 1 .0

1 .9 1 .8 0 0.7 1. .2 2. 0 2.1 1 .6 0.8

ВСЛВР высокой интенсивности (пробы 4,3) способствует господству липы, а при меньшей ее интенсивности (пробы 2,1 и контроль) приоритет получает клен, что отражает и ПК. Рубка высокой интенсивности формирует древостой второстепенных пород аналогичный контрольному, где господствуют липа, клен и вяз.

Развитие сопутствующих дубу пород определяется и ходом естественных процессов в насаждении. Эти породы характеризуются более широким экологическим спектром условий существования и диапазоном конкурентноспособности по сравнению с дубом черешчатым. Поэтому в смешанном насаждении, наряду с увеличением доли второстепенных пород в составе, поднимается и устойчивость биосистемы. Конкурентные отношения способствуют формированию такого состава насаждения, структура функциональных связей которого наиболее отвечает как сложившейся экологической обстановке, так и биологии породы. Наиболее плавно состав насаждения изменяется на контроле и ППП1, а по мере увеличения интенсивности рубки его изменения усиливаются. За всеми возможными вариантами проследить сложно, даже за период наблюдений, но тенденции развития очевидны.

Отпад деревьев сопутствующих дубу пород не выходит за пределы естественного. Показатель жизнеспособности второстепенных пород по пробам, определяемый через индексы категорий состояния от-

дельных деревьев довольно высокий (от 1.13 на ППП2 до 1.22 на ППП4), что объясняется большей устойчивостью их к внешним экстремальным воздействиям, с одной стороны, и неподверженностью объедания листогрызущими насекомыми, с другой. Наиболее худшие показатели имеет ясень обыкновенный в силу своей возрастности и порослевого происхождения и вяз гладкий, как самый молодой и наиболее угнетенный представитель второстепенных пород.

Динамика средней категории состояния дубового (Д) и смешанного (Д + Вп) древостоев показана в таблице 4.

Таблица 4

Изменение среднего показателя жизнеспособности смешанного древостоя на ППП1 - ППП4 и К

Средний показатель жизнеспособности

Год Контроль ППП1 ППП2 ПППЗ ППП4

д Д+Вп Д Д+Вп Д Д+Вп Д Д+Вп Д Д+Вп

ДО РУБКИ

1981 2. 27 1.92 2. 26 1. .98 2.30 1. .96 2. 29 1. 92 2. ,23 1. ,90

ПОСЛЕ РУБКИ

1981 2. ,27 1.92 1. 15 1. ,18 1.33 1. ,25 1. 12 1. ,16 1. ,00 1. .11

1984 2. .43 2.01 1. 35 1. .30 1.54 1. ,37 1. 27 1. ,23 1. ,16 1. .19

1986 2. .56 2.06 1. 53 1, .39 1.72 1, .45 1. 42 1, ,29 1. .30 1. .25

1988 2. .67 2.09 1. 66 1, .44 1.87 1. .50 1. 54 1, .33 1, .42 1. .29

1991 2. .87 2.18 1. 95 1, .56 2.16 1, .62 1. 80 1. ,41 1, .68 1, .37

1993 2. .99 2.22 2. 13 1 .61 2.34 1, .68 1. 95 1, .45 1, .82 1, .41

1995 3.07 2.24 2. 29 1 .66 2.50 1, .73 2. 08 1, .48 1 .94 1, .44

Итак, ВСЛВР высокой интенсивности не расстраевает порослевую дубраву, а повышает ее устойчивость за счет увеличения в составе насаждения спутников дуба. Насаждение становится смешанным по составу, сложным по строению и разновозрастным, что позволяет ему непрерывно выполнять возложенные на него функции. Выборка же ослабленных деревьев дуба, сохраняя их деловые качества, делает лесопользование рациональным. На контроле идут такие же процессы, как и на пробах, но с меньшей скоростью, что говорит о том, что биоценоз и сам перестраивается, занимая устойчивое положение.

Динамика подроста, подлеска и живого напочвенного покрова. Количество всходов и самосева подроста и собственно подроста (ПДР) увеличивается в первые годы после рубки, причем, чем интенсивнее рубка, тем больше прирост (на ППП 3-е 8.8 до 13.7 тыс. шт/га, на ППП 4 - с 9.2 до 13.2 тыс. шт/га). На ППП1, ППП2 и контроле изменение данного показателя незначительно. Конкурентные

отношения, складывающиеся между древостоем, подростом, подлеском, с одной стороны, и всходами и живым напочвенным покровом (ЖНП), с другой, объясняют такое многообразие вариантов развития этой возрастной группы подроста. Ведущая роль в борьбе за выживание здесь принадлежит корневой конкуренции. Подрост по площади распределяется относительно равномерно, наибольшая же плотность его - в окнах полога. Вяз является доминирующим видом в составе подроста.

Высотная характеристика подроста показывает, что наиболее интенсивная перегруппировка деревьев по группам высот происходит на пробах 4 и 3, причем в основной полог максимальное число деревьев из категории ПДР перешло в первые 3-4 года после рубки.

Естественное возобновление сопутствующих пород на всех ППП и контроле оценивается как хорошее (от 14.4 тыс. шт/га на ППП4 до 10.2 тыс. шт/га на контроле в 1995 г.). У дуба оно отсутствует.

Для подлесочных пород характерно постепенное снижение их густоты по мере завоевания пространства сопутствующими породами и увеличения полноты насаждения с 1981 по 1995 годы. В подлеске (ПДЛ) господствует клен полевой и свидина. На контроле и Ши 12 в его составе появились новые породы - рябина и черемуха. Подлесок, испытывающий на себе конкуренцию всех вышележащих ярусов, отличается менее предсказуемой реакцией на изменения. Высотная его характеристика мало изменчива, что говорит о сложившейся структуре.

Живой напочвенный покров (ЖНП) наиболее сильно реагирует на изменение полноты насаждения и выступает индикатором всей гаммы конкурентных отношений между ярусами растительности и формирует соответствующий состав своих представителей. По мере возрастания полноты насаждения проективное покрытие почвы ЖНП уменьшается с 60-75 7. в 1981 г. до 40 7. в 1995 г., видоЬая насыщенность падает с 14 видов на 1 м2 в 1981 г. до 10 - в 1995 г. Весовой метод учета ЖНП подтверждает результаты глазомерного учета.

Таким образом, развитие подроста, подлеска и живого напочвенного покрова позволяет утверждать, что лесное насаждение омолаживается, увеличивается не только его горизонтальная, но и вертикальная сомкнутость, обогащается видовой состав, затухает очаг листогрызущих насекомых. Наиболее консервативен к изменениям любого рода древостой. Подрост, подлесок и особенно живой напочвенный покров более мобильны и чутко реагируют на эти изменения, что позволяет по их динамике судить о возможных изменениях в древостое и направленности его развития.

- 16 -выводы

1. Лесной биогеоценоз имеет широкий диапазон устойчивости к изменению как внешних, так и внутренних факторов и отлаженный механизм саморегуляции, направляющий его развитие в стабильное русло. Сукцессия в нагорных порослевых дубравах приводит к повышению устойчивости насаждения, чему ярким подтверждением является исследование процессов, происходящих на контрольном участке.

2. ВСЛВР через разреживание древостоя влияет на все компоненты лесного сообщества. Их ответная реакция направлена на уменьшение последствий от вмешательства и восстановление прежней структуры связей внутри сообщества (принцип Ле-Шателье).

3. Механизм саморегуляции биосистемы базируется на конкурентных отношениях, складывающихся между подсистемами сообщества, его особями и внешними факторами. На основе этих отношений формируется состав биогеоценоза и структура функциональных связей, от которых зависит его устойчивость.

4. Итоговым результатом конкурентных отношений в насаждении является активная дифференциация деревьев и отпад. Конкурентноспособность дерева обусловлена его генетическими свойствами. Механизм конкуренции одинаков для чистых и смешанных насаждений. В смешанном насаждении рост одной древесной породы происходит за счет угнетения другой.

5. Развитие и рост подроста, подлеска и живого напочвенного покрова регулируется через конкурентные отношения с древостоем, причем подсистема более низкого уровня испытывает конкурентное давление со стороны всех вышележащих подсистем. Ценотические отношения внутри самих этих компонентов выявляют среди них наиболее конкурентноспособных, жизнестойких и выносливых представителей.

6. Изменения в усыхающей порослевой дубраве, происходящие как естественно, так и после проведения ВСЛВР, не являются обратимой возрастной сукцессией и согласуются с прогрессивным саморазвитием экосистемы.

7. Экологический аспект устойчивости лесного биогеоценоза, то есть скорость его регенерации после действия экстремальных факторов окружающей среды и разреживания, позволяет заключить, что нагорная порослевая дубрава не деградирует. Она, подчиняясь эволюционно сложившимся сукцессионным законам саморазвития и сохранения, активно перестраивается и выходит на новый уровень свое-

го динамического равновесия. Таков основной вывод экологической оценки проведенных опытов.

8. Проведенные в нагорной порослевой дубраве эксперименты с разными вариантами интенсивности ВСЛВР, превышающими придержки, определенные нормативными документами, показали, что при выборке из древостоя всех ОН, НЖ деревьев и ЛО, она сохраняет- устойчивость и не теряет всю организационную и функциональную структуру. Ценная дубовая древесина не теряет деловые качества, чего не наблюдается при рубках низкой интенсивности на пробах 1, 2 и контроле, где почти весь дуб отнесен к дровяной категории.

9. Отмирание дуба идет очень интенсивно, превышая показатели естественного отпада в 2-4 раза. Постепенное снижение темпов его отпада в настоящее время связано с затуханием третьей волны массового отмирания дубрав.

10. Весенний комплекс листогрызущих насекомых сильно угнетает порослевые деревья дуба, особенно, из категорий состояния ОЖ и НЖ, которые на протяжении многих лет находятся на границе своей гомеостатической устойчивости. Жизнеспособная категория деревьев характеризуется большими потерями радиального прироста в годы вспышек численности насекомых, хотя и подвержена меньшей дефолиации, но обладает большей ответной реакцией на это повреждение.

И. Абсолютные радиальные приросты (ВК, ПЗ, РЗ) деревьев дуба I, II и 1II категорий состояния существенно отличаются друг от друга на высоком уровне достоверности, что подтверждает жизненность применяемой классификации деревьев по четырем категориям состояния. Показатель продуктивности дерева характеризует его ге-нотипическую конкурентноспособность. Категория состояния дерева является косвенным показателем его конкурентноспособности и достаточно точно отражает его действительное состояние.

12. Пики отпада дуба совпадают с кульминационными фазами развития очага листогрызущих насекомых. Комплекс листогрызущих насекомых является одним из механизмов саморегулирования лесной экосистемы, так как способствует активной дифференциации деревьев и отпаду наиболее слабых из них. Конкурентные отношения способствуют отбору одновременно энтомоустойчивых и конкурентноспособных особей, что и формирует соответствующий состав насаждения.

13. Производственные ВСР низкой интенсивности малоэффективны, так как не снижают напряженность конкуренции между древесными растениями и фактически не оказывают никакого сдерживающего влия-

ния на развитие листогрызущих насекомых. Рубка же высокой интек сивности приводит к затуханию очага листогрызущих насекомых.

Список работ, опубликованных по теме диссертации:

1. Гарнага В.В., Царалунга В.В. Сравнительный анализ произволе твенных санитарных рубок в дубравах. - Воронеж, 1995. - 33 с. Деп. в ВИНИТИ 23.06.95, N 1847-В95.

2. Харченко H.A.-, Царалунга В.В., Гарнага В.В. Влияние выборов ных санитарных рубок на динамику отмирания порослевых дубрав / Научные основы ведения лесного хозяйства в дубравах: Тез. Всесс юз. конф. - Воронеж, 1991. - С. 123-124.

3. Харченко H.A., Царалунга В.В., Гарнага В.В. Современная рол выборочных санитарных рубок в промежуточном лесопользованиии. Воронеж, 1994. - 5 с. - Деп. в ВИНИТИ 19.07.94, N 1872-В94.

4. Харченко H.A., Царалунга В.В., Гарнага В.В. Ретроспектив отмирания дубрав. - Воронеж, 1994. - 33 с. - Деп. в ВИНИ! 19.07.94, N 1874-В94.

■5. Харченко H.A., Царалунга В.В., Гарнага В.В. Выборочные сам тарные рубки и порослевые дубравы // Комплексная продуктивное! лесов и организация многоцелевого (многопродуктивного) лесополь зования: Тез. докл. Всерос. конф. - Воронеж, 1996. - С. 192-193.

6. Царалунга В.В., Гарнага В.В. Проблемы.выборочных санитарнь рубок в порослевых дубравах // Охрана лесных экосистем и рацис нального использования лесных ресурсов: Матер. Всерос. на уч.-техн. конф. - М., 1994. - Т.З. - С. 71.

7.Царалунга В.В., Гарнага В.В. Оценка роли санитарных рубок прибрежных дубравах Воронежского водохранилища // Комплексно изучение, использование и охрана Воронежского водохранилища: Tes докл. науч.-практ. конф. - Воронеж: Изд-во ВГУ, 1996: - С. 79-8С

Подписано в печать Заказ И 144

УШ ВГЛТА. 394613, г. Воронеж, ул.

Тираж 100 экз. Объем I усл.п.л. Тимирязева, 8