Основы повышения эффективности лесовозобновления в сосновых насаждениях зеленой и водоохранной зон восточной части Алтая

Шульц, Александр Николаевич

Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему
Основы повышения эффективности лесовозобновления в сосновых насаждениях зеленой и водоохранной зон восточной части Алтая
ВАК РФ 06.03.02, Лесоустройство и лесная таксация

Автореферат диссертации по теме "Основы повышения эффективности лесовозобновления в сосновых насаждениях зеленой и водоохранной зон восточной части Алтая"

На правах рукописи

ШУЛЬЦ АЛЕКСАНДР НИКОЛАЕВИЧ

Основы повышения эффективности лесовозобновления в сосновых насаждениях зеленой и водоохранной зон восточной части Алтая

06.03.02—лесоведение, лесоводство, лесоустройство и лесная таксация

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

1 £; МАП 7014

I N. I «г»I £.и 14

Красноярск—2014

005548070

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки «Институ: водных и экологических проблем» СО РАН

Научный руководитель Парамонов Евгений Григорьевич, доктор

сельскохозяйственных наук, профессор, ФГБУН «Институт водных и экологических проблем» СО РАН; главный научный сотрудник

Официальные оппоненты Маленко Александр Анатольевич, доктор сельскохозяйственных наук, ФБГОУ ВПО «Алтайский государственный аграрны" университет», кафедра лесного хозяйства, зав.кафедрой

Дебков Никита Михайлович, кандидат сельскохозяйственных наук ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский Томски" государственный университет», кафедра лесного хозяйства и ландшафтного строительства, старший преподаватель.

Ведущая организация «Сибирская лесная опытная станция» Всероссийского научно-

исследовательского института механизации лесного хозяйства (ВНИИЛМ), г. Тюмень

Защита диссертации состоится 27 июня 2014 г. в 13 час на заседании диссертационного совета Д212.253.03 в ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет» по адресу: 660049, г. Красноярск, пр. Мира, 82.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СибГТУ и на сайте www. sibstu. kts. ru

Факс: (391)266-03-90. E-mail: nun@sibstu Kts.ru

Автореферат разослан « 24 » апреля 2014 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат с.-х. наук, доцент

Репях Марина Вадимовна

Общая характеристика работы

Актуальность темы связана с эколого-лесоводственной ситуацией, складывающейся в сос-овых насаждениях зеленой и водоохранной зон Алтайского края и Республики Алтай. Произ-астание данных сосновых насаждений подвержено воздействию техногенного загрязнения ат-осферы поллютантами, усиливающейся рекреационной нагрузкой и интенсивным лесопользо-анием. Отрицательное влияние абиотических факторов среды на лесные экосистемы выража-тся в первую очередь в снижении интенсивности естественного лесовосстановительного провеса, что ведет к старению насаждений и снижению ими экологического влияния на о кружащую среду.

Не оказали положительного влияния на естественное возобновление сосняков и применяе-ые в течение десятилетий несплошные рубки различного назначения. Основной причиной того является исключительно мощное развитие живого напочвенного покрова и подлеска. Ве-ение хозяйства в водоохранных и зеленых зонах имеет свою специфику в связи с особым ста-усом данных лесов, поэтому изыскание и научное обоснование путей стабилизации процесса еградации лесных экосистем в пригородных и приречных лесах является основой ихдлитель-ого существования.

Степень разработанности темы исследований. Леса зеленых и водоохранных зон распо-ожены, как правило, в густонаселенных районах и подвергаются существенному антропоген-ому воздействию, влияние которого на естественное возобновление изучалось многими авто-ами в различных регионах (Мелехов, 1975: Анучин, 1982: Ильин, 1990: Николаенко, 1990: Се-■IX, 1991: Добровольский, 1998: Побединский, 2005: Моисеев, 2011 и др.). Выявлено положи-ельное влияние водоохранных, рекреационных и др. функций данных лесов на окружающую реду. В то же время остаются недостаточно изученными вопросы смены пород под влиянием ехногенного загрязнения, влияние рубок различного назначения на процесс естественного воз-бновления сосны обыкновенной.

Цель н задачи. Цель работы - оценить влияние применяемых способов рубок на естествен-гое возобновление сосны обыкновенной в сосняках зеленой и водоохранной зон. Для достиже-шя поставленной цели было намечено решить следующие задачи:

а) изучить влияние применяемых способов рубок на интенсивность и направленность про-есса естественного возобновления под пологом леса и на вырубках;

б) установить влияние высоты местности над уровнем моря на морфологические показатели основых насаждений и их возобновительный потенциал;

в) оценить влияние атмосферного загрязнения на изменение состава сосновых экосистем.

Научная новизна. Впервые в условиях региона изучена интенсивность возобновительного

процесса сосны обыкновенной при проведении чересполосных постепенных рубок, установлены причины неэффективного влияния несплошных рубок на процесс естественного возобнов-тения сосны обыкновенной, проанализировано влияние высоты над уровнем моря на продук-ивность сосновых насаждений и направленность возобновительного процесса в них. Впервые условиях зеленой и водоохранной зон восточной части Алтая установлено влияние техноген-ого загрязнения атмосферы на смену древесных пород в сосновой экосистеме.

Теоретическая н практическая значимость работы. По результатам исследования сформированы положения о повышении интенсивности возобновительного процесса в приспевающих пригородных сосновых насаждениях зеленых и водоохранных зон восточной части Алтая. Разработаны технические указания по проведению чересполосных постепенных рубок с обеспечением благонадежного естественного возобновления сосны обыкновенной.

Методология и методы исследований. Влияние выборочных рубок различной интенсивности на естественное возобновление проводилось с использованием апробированных в лесоводстве методик (Сукачев, 1934, 1972; Побединский, 1962; Анучин, 1969, 1985). Выполнялись работы по установлению структуры насаждений, учету подроста по количеству, высоте, качеству; по определению радиального прироста сосны обыкновенной и клена ясенелистного, изучению состояния живого напочвенного покрова.

Всего заложено 26 пробных площадей, 650 учетных площадок. Экспериментальные материалы обработаны статистически (Дворецкий, 1971).

Положения, выносимые на защиту.

1 Применение несплошных рубок не способствует естественному процессу омоложения сосновых насаждений.

2 Чересполосные постепенные рубки со сдиранием напочвенного покрова способствуют интенсификации естественного возобновления сосны обыкновенной.

3 Многолетнее техногенное загрязнение атмосферы ведет к снижению интенсивности лесовозобновления сосны обыкновенной и заселению кленом ясенелистным.

Степень достоверности и апробация результатов. Обоснованность выводов и степень достоверности подтверждается достаточным количеством экспериментального материала. Данные обработаны с применением современных методов исследования. Результаты исследований доложены и получили одобрение на Межрегиональных научно-практических конференциях «Восстановление нарушенных ландшафтов» (Барнаул, 2003,) «Плодоводство, семеноводство и интродукция древесных растений» (Красноярск, 2012), «Проблемы ботаники Южной Сибири и Монголии» (Барнаул, 2013).

Личный вклад заключается в сборе и обработке фактического материала, анализе полученных результатов, в подготовке публикаций и текста диссертации. Основные выводы и положения по диссертации были сформулированы автором самостоятельно.

Публикации. Опубликовано 11 статей, в том числе 5 в изданиях, рекомендованных ВАК, и 1 монография.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 108 стр. компьютерного текста. Состоит из введения, 6 глав, заключения и рекомендаций, включает 21 таблицу, 10 рисунков. Библиографический список содержит 166 наименования, в том числе 10 на иностранных языках.

Основное содержание работы 1 Современное состояние проблемы

Впервые защитные леса как таковые были выделены и узаконены в 1888 г. для Европейской части страны (Моисеев, 2012). С тех пор среди защитных лесов выделяют множество категорий, выполняющие наиболее существенно те или иные средозашитные функции (Энциклопедия..., 2006). С 1943 г. все эти леса стали называться лесами 1 группы (Лесной фонд СССР, 1968), а с 2007 г. (Лесной Кодекс Российской Федерации) они вновь стали защитными.

На выполнение средозащитных функций значительное влияние оказывает и система ведения лесного хозяйства. Если она направлена на получение древесины, то это незамедлительно отражается на водном режиме источников (Побединский, 1962, 1975, 1989; Молчанов, 1973). Поэтому многие исследователи склонны к тому, чтобы вести хозяйство в защитных лесах на принципах непрерывности и многоресурсного их использования (Ткаченко, 1955; Исаев, 1985; Ladwig, 1988; Агальцов, 1990; Вайчунас, 1990; Рысин, 1990; Walton, 1990; Behamn, 1990; Моисеев, 2011).

Вред, который может быть нанесен загрязнениями воздуха, различен и в значительной степени зависит от свойств веществ, загрязняющих воздух, а также от стадий развития растений и метеорологических условий.

По данным М.И.Трунова (2002), промпредприятиями г. Бийска ежегодно в атмосферу выбрасывается 19,9 тыс. т твердых осадков и большое количество газообразных (SO2 -15,2 тыс. т, СО 2,5 тыс. t.,N02 7,3 тыс. т. и др.), а Е.А.Валетова (2004) установила, что в 1 -летней хвое сосны обыкновенной вблизи промпредприятий содержится железа на 7,9 % больше в сравнении с контролем, марганца - на 91,5 % и свинца на 76,1 %.

Последствия воздействия отходов промышленных предприятий и других факторов антропогенной деятельности непредсказуемы и будут всегда вредны для леса (Артамонов, 1986; Ни-

колаевский, 1987: Кабата-Пендиас. Пендиас, 1989; Сает и др., 1990; Седых. 1991: Кисиляхов. Сухинин, 1995; Второва, 2002; Луговской, 2004 и др.).

2 Природные условия района исследований

! В результате геолошческой деятельности р. Бия в период потепления климата, на ее берегах образовались мощные залежи из песка, гравия, валунов, на которых впоследствии выросли ;основые насаждения. Рельеф в низовьях реки равнинный, в среднем и верхнем течении — гор-кый.

, Климат отличается положительными годовыми температурами воздуха, количеством осадков от 450 мм в устье р. Бия до 800 мм в ее истоке. Длительность вегетационного периода от 60 до 120 дней. Разница в высоте над уровнем моря между устьем и истоком составляет 280 м.

Почвы песчаные, имеют ясно выраженный аккумулятивно—перегнойный горизонт, но не вы-аженный процесс оподзоливания. Они интрозональны, так как свойственный им подзолистый "ип почвообразования является вкраплением среди общего фона почв черноземного типа (Лебедев. 1978).

3 Программа, методы, объекты исследований

: При разработке поставленных задач изучались соответствующие литературные источники и ведомственные материалы (лесоустроительные отчеты, учет лесного фонда, статистическая отчетность предприятий и др.) с проведением натурных исследований на пробных площадях.

Объектом исследований послужили сосновые экосистемы, произрастающие по правому и гевому берегам р. Бия от ее устья до истока на протяжении 301 км. В настоящее время сосно-зые насаждения распространены отдельными массивами различной площади и подвергаются постоянной антропогенной нагрузке. Вокруг г. Бийска в основном сказывается влияние полл гарантов в результате атмосферного загрязнения (Рисунок 1).

О Места закладки пробных площадей

Рисунок 1 - Приречные сосновые экосистемы-объект исследований

У г. Бийска исследовалось влияние техногенного загрязнения на сосновые экосистемы, в средней части (Макарьевский бор) — влияние чересполосных постепенных рубок на направленность и интенсивность возобновительного процесса и в верхней части - влияние выборочных рубок различной интенсивности на естественное возобновление с использованием апробированных в лесоводстве методик (Сукачев, 1934, 1972; Побединский, 1962; Анучин, 1969, 1985).

Подрост учитывался на круговых учетных площадках размером 10 м" в количестве 25 шт. на каждой пробе с охватом более 5 % ее площади.

На учетной площадке подсчитывали общее количество подроста с разбивкой по породам, с разделением по высоте на 3 группы: до 0,5 м, 0,6-1,5 м и более 1,5 м, а по качеству-на благонадежный, сомнительный и усохший. Отнесение подроста к группе качества проводилось визуально по внешним морфологическим признакам. Учет естественного возобновления был выполнен на 650 учетных площадках.

Влияние поллютантов на возобновительный процесс исследовалось через его интенсивность и направленность. Интенсивность связана с подростом сосны обыкновенной, а направленность - с появлением под пологом сосновых насаждений клена ясенелистного. Учет его проводился по количеству экземпляров с диаметром до 2 см на 1 м2, а с диаметром более 2 см на высоте 1,3 м - по методике учета подроста сосны обыкновенной. Были заложены пробные плошэди на расстоянии 1,2,4 и 5,5 км от источника загрязнения.

Оценку влияния чересполосных постепенных рубок на возобновление сосны обыкновенной устанавливали на участках с различной давностью рубки.

4 Установление возраста рубки сосновых древостоев

Городские леса Бийска, по данным лесоустройства 2006 г., составляли 4293 га. Абсолютное преобладание в лесном фонде чистых сосновых насаждений обусловлено наличием слабоподзолистых супесчаных свежих почв. Насаждения лесного фонда городских лесов преимущественно одновозрастные (А ср. = 90 лет), высокопродуктивные (класс бонитета = 1,4), со средней полнотой 0,78. Наиболее распространены разнотравные типы леса (65,9 %) со средними запасами древесины 307 м3/га. Величина среднего и текущего приростов составляет, соответственно, 3,5 и 3,0 м3/га.

Соотношение массы текущего и среднего приростов наглядно свидетельствует о том, что в целом пик максимально-благотворного влияния городских лесов на экологическую обстановку Бийска пройден и уже сейчас необходимо решать вопрос постепенной замены стареющих насаждений. Однако анализ процесса естественного возобновления показывает, что в большинстве сосновых насаждений подрост главной породы либо полностью отсутствует, либо находится в неудовлетворительном состоянии. Вывод напрашивается сам собой - применяемая в настоящее время лесохозяйственная система, основанная на выборочной форме ведения хозяйства, является малоэффективной в данных природно-экономических условиях.

Традиционные рубки ухода не дают положительного результата и не решают проблемы естественной замены стареющих насаждений. Даже в тех насаждениях, где всходы и подрост периодически появляются после проведения рубок ухода, по мере дальнейшего роста материнского древостоя они им отторгаются. Основные причины складывающейся ситуации очевидны - недостаточная освещенность под пологом леса, сильная корневая конкуренция со стороны материнского древостоя и живого напочвенного покрова.

Такое положение привело ктому, что в процессе естественного возобновления сосны обыкновенной на данной территории произошел разрыв в возрастных поколениях, входящих в состав насаждений. Наряду с 80-100-летними деревьями находятся 3-5-летний самосев. В перспективе такая возрастная структура приведет к снижению экологической значимости сосняков как минимум на 100 лет (снижение функций в течение 50-60 лет в результате старения насаждений и усиление функций в течение 40—50 лет вновь появившимся молодым насаждением).

Определение экологической спелости сосновых насаждений по соотношению среднего и текущего приростов по объему обычно выполняют при проведении лесоустроительных работ че-

рез 10-12 лет. Но зачастую при проведении несплошных рубок, когда в насаждении имеются деревья различного возраста, возникает необходимость установить возраст экологической спелости для отдельного дерева и, желательно, по имеющимся морфологическим признакам. Менее сложным по исполнению является измерение радиального прироста дерева.

Для определения экологической спелости был взят принцип определения жизнеспособности Лесных полос, предложенный Е.Г. Парамоновым (2012), который заключается в том. что сравнивается средний прирост дерева по диаметру со среднегодовым текущим за последние 10 лет.

Методика определения экологической спелости соснового насаждения предусматривает на Тробных площадях сплошной перечет деревьев по 4-см ступеням толщины на высоте 1,3 м; подбор 3-х модельных деревьев от трех средних ступеней толщины с измерением диаметра и ^зятия кернов у основания ствола с определением среднего годового периодического радиального прироста за последние 10 лет; определение среднего прироста по диаметру за весь период жизни дерева; установление экологической спелости отдельного дерева или насаждения в целом по соотношению среднего ежегодного прироста за последние 10 лет и среднего годичного [прироста.

j Анализ динамики среднего периодического прироста по диаметру у деревьев сосны обыкновенной за 130-летний период в онтогенезе показывает, что величина его существенно изменяется с течением времени. Если в первые 20-30 лет он на 40-60 % превышает средний прирост, то с 30 до 70 лет он неуклонно снижается, но остается при этом выше среднего. И только после 70-80-летнего возраста средний периодический прирост по величине становится менее среднего. составляя в 130-летнем возрасте 31 % от него (Рисунок 2). о/

/о 180

160 140 120 100 80 60 40 20 0

■ среднии прирост

■ среднии периодический прирост

возраст, лет

Рисунок 2 - Динамика среднегодового периодического радиального прироста

Значит, в сосняках зеленой зоны экологическая эффективность сосны обыкновенной, ее влияние на окружающую среду, сказывается до возраста 80 лет. а в возрасте 120 лет влияние снижается до 43,7 % от среднего и дерево, если оно не имеет эстетической ценности, должно убираться при проведении санитарных рубок.

Между возрастом дерева и величиной его среднего периодического прироста существует определенная связь, но отрицательного свойства, которая выражается коэффициентом корреляции -0,54±0Д 9.

Известно (Мелехов. 1982; Анучин. 1985 и др.). что максимум прироста сосны обыкновенной в высоту происходит в возрасте 15-25 лет. а по диаметру значительно позднее - в 50-60 лет. Это связано с различной продолжительностью роста дерева в течение вегетационного периода.

Наиболее интенсивно прирастают по диаметру деревья сосны обыкновенной в первые 20 лет жизни (Таблица 1).

Таблица 1—Радиальный прирост деревьев сосны обыкновенной разного возраста

Номер участка Диаметр, см Радиальный прирост, мм в возрасте, лет

20 40 60 80 100 120

1 47 15,3 11,3 11,0 11,8 10

2 42 15,5 8,8 7,8 8,0 9,5 8,5

3 48 17,0 12,8 14,0 12,5 9,5

4 41 22,0 19,5 10,3

5 39 18,6 14,8 9,9 9,4 7,2

6 43 21,4 18,6 14,7 11,8 9,3

Так, у деревьев в первые 20 лет радиальный прирост равен 15,3 мм (0,76 мм в год), в 40 лет, соответственно, 11,3 мм (0,56 мм), а в 100 лет — 10 мм (0,50 мм). В то же время интенсивность радиального прироста имеет тенденцию к снижению. Так, на высоте местности 160 м над уровнем моря в сравнении с высотой 410 м в первые 20 лет жизни прирост превышает на 25,9 %, во втором 20-летнем периоде - на 45,3 %и лишь с 60-летнего возраста он выравнивается. С повышением местности интенсивность снижения радиального прироста у сосны обыкновенной возрастает и, если на высоте 160 м за первые 40 лет жизни он снизился на 15,0 %, то на высоте 410м-на32,8 %.

Определить возраст дерева, при котором оно становится менее влиятельным на окружающую среду, возможно через радиальный прирост, для этого следует определить средний прирост за весь период жизни дерева и средний прирост за последние 10 лет. И если средний прирост за последние 10 лет окажется ниже среднего прироста за весь период жизни, то это является признаком снижения жизнедеятельности дерева, а это уже может служить поводом для обоснования возраста рубки по экологическим признакам, что особенно важно для лесов зеленых зон (Таблица 2).

Таблица 2—Шкала оценки экологической спелости дерева сосны обыкновенной и продолжительности ее влияния на окружающую среду

Отношение Степень Ориентировочный

Ъ тек к Z сред. жизнеспособности срок влияния

% на окружающую среду, лет

150 и более Очень высокая 35-40

149-120 Высокая 20-25

119-100 Замедленная 15-20

99-90 Снижающаяся 10-20

89-60 Угасающая 10-15

59-30 Начало деградации 5-8

29 и менее Деградация 2-4

В Макарьевском боровом массиве, начиная с 80-летнего возраста средний прирост у деревьев за последние 10 лет оказывается ниже среднего прироста. Чем старее дерево, тем это снижение оказывается более значительным. Если у сосны обыкновенной в возрасте 80 лет средний прирост за последние 10 лет составляет 85,3 %, то у дерева в возрасте 115 лет — 64,3 %. Можно констатировать, что деревья сосны обыкновенной начинают снижать жизненный потенциал уже с 80-летнего возраста, а в возрасте свыше 115 лет это снижение становится значительным. В одновозрастных или условно одновозрастных сосновых насаждениях в случае отсутствия естественного возобновления сосняки следует вовлекать в чересполосную постепенную рубку, которая предусматривает сплошную вырубку древостоя и принятие мер по содействию естественному возобновлению сосны обыкновенной.

Приведенная методика определения экологической спелости пропета проверку в условиях ригородных сосняков. Она может быть использована при определении экологической спелости сосновых насаждений в других районах.

5 Оценка естественного возобновления и мер по его содействию 5.1 Возобновительный процесс в сосняках водоохранных зон

По долинам рек Бия и Катунь с некоторыми притоками в настоящее время произрастают вы-■окопродукгивные сосновые насаждения (Ильина, 1985; Парамонов, 1998). В настоящее время них ведутся только несплошные рубки.

Одним из таких массивов в долине р. Бия является Макарьевский бор. Практически чистые ю составу сосняки занимают плошэдь 8,8 тыс. га. Возрастная структура представлена приспе-аюшими насаждениями - 5.3 тыс. га (60,2 %), спелыми и перестойными - 1,0 тыс. га (11.4 %), •редневозрастными — 15,9 %, а удельный вес молодняков составляет 12,5 % площади. Среди лолодняков преобладают смешанные сосново-березовые насаждения. Сосновые насаждения тличаются высокой продуктивностью, доля 1а и I классов бонитета составляет 70,4 %.

Особенностью сосняков является практически полное отсутствие под пологом подроста тредварительных генераций. Как правило, подрост имеется в количестве 400-500 шг./га высотой до 1,5 м, то есть при полнотах материнского полога 0,7-1,0 даже появившийся подрост осны обыкновенной не живет более 20-25 лет.

В целях содействия естественному возобновлению проводились несплошные рубки различий интенсивности и минерализация почвы площадками также различной величины. В обоих лучаях результаты оказались отрицательными. Разреживание верхнего полога вызывало резкое силение разрастания подлеска и живого напочвенного покрова, минерализованные площадки ¡арастали через 3-4 года, а появившиеся экземпляры сосны обыкновенной погибли.

С целью выяснения интенсивности возобновительного процесса в сосняках, расположенных о берегам р. Бия, было подобрано 6 участков в осочково-разнотравных типах леса с наимень-им антропогенным влиянием (Таблица 3).

Таблица З-Характеристика объектов исследований

Номер Состав Высота Высота Диаметр, Возраст, Пол- Запас,

объек насажде- надур. древ., см лет нота кб м /га

та нии моря, м м

1 1 ОСедБ 160 26 32 95 0,7 268

2 9С1Б 200 25 32 105 0,8 245

3 6СЗБ1П 260 24 30 80 0,6 218

4 6СЗП1Б 320 26 40 100 0,4 162

5 6С2П2Б+К 410 25 32 95 0,7 207

6 5СЗП1К1Б 440 22 40 110 0,7 198

Все объекты различаются по интенсивности роста в высоту. Если на первом объекте средний прирост по высоте сосны обыкновенной составил 27,4 см, то на шестом — 20,0 см или на 27,0 % меньше. Это согласуется со средним приростом по запасу, он, соответственно, равен 2,82 и 1,80 м3 /га

Отмечен факт снижения доли участия сосны обыкновенной в составе насаждений с повышением высоты над уровнем моря. При этом возрастает роль пихты сибирской в составе. Если на высоте 260 м ее было около 10 %. то на высоте 440 м — уже 30 % при одновременном снижении доли березы повислой с 30 до 10 %. Одновременно с пихтой сибирской под полог леса и в первый ярус проникает и сосна кедровая сибирская (кедр сибирский), ее присутствие в составе проявляется с высоты 400 м над уровнем моря.

Несмотря на несущгственное присутствие пихты сибирской в составе основного полога (1-3 единицы), ее роль в возобновительном процессе оказывается основной (Таблица 4). Таблица 4—Характеристика подроста в сосняке осочково-разнотравном

св н и г» - «.о о ё! Порода Кол-во, шт./га Количество подроста в зависимости от высоты, шг./га Благонадежный подрост, %

менее 0,5 0,6-1,5 более 1,5

1 П 2290 270 630 1380 83,2

К 90 80 10 - 100,0

С 70 10 60 - 100,0

2 П 1750 290 910 550 79,4

К 10 10 - - -

С 60 20 - 40 47,4

3 П 1350 130 970 250 77,3

С 50 10 - 40 53,0

4 П 2370 320 1290 760 70,8

К 160 50 80 30 91,9

с 40 - 30 10 67,5

5 с 20 - 10 10 53,0

6 с 60 10 20 30 47,5

Примечание — Прочерк в таблице означает отсутствие подроста

В составе подроста под пологом леса удельный вес пихты сибирской достигает 96,2 %, в то время как доля сосны обыкновенной не превышает 3,8 %, и расположена она главным образом в окнах полога. К тому же сосновый подрост отличается меньшей благонадежностью в сравнении с пихтовым.

Сосновый подрост в том или ином количестве появляется под пологом соснового насаждения на любой исследованной высоте местности над уровнем моря, пихтовый и кедровый -лишь с высоты 260 м. В отношении подроста кедра сибирского следует отметить, что с повышением местности над уровнем моря количество его возрастает с 90 шг./га (260 м) до 160 (440 м) при одновременном повышении его сохранности (на высоте 260 м подроста высотой менее 0,5 м 88,9 %, а на высоте 440 м - 31,2 %).

Удельный вес подроста сосны обыкновенной высотой менее 0,5 м не превышает 20 % от его общего количества, а пихтового — 13 %, и это является показателем сохранности подроста в дальнейшем, т.е. с увеличением возраста отпад соснового подроста оказывается более высоким в сравнении с пихтовым и кедровым. Здесь в первую очередь сказывается различие в светолю-бии древесных пород, по которому сосна обыкновенная и пихта сибирская находятся по разные стороны в шкале светолюбия.

5.2 Оценка мер содействия естественному возобновлению в сосняках водоохраннх зон

Проведение в течение многих десятилетий несплошных рубок (проходных, добровольно-выборочных, санитарных выборочных) слабой интенсивности положительного эффекта на процесс естественного возобновления сосны обыкновенной не оказали (Таблица 5).

Таблица 5-Воздействие различных способов рубок и мер содействия на возобновление сосны обыкновенной

Номер пр.пл. Вид рубки Год рубки Подрост сосны Подлесок Ж.Н.П. Проек. покр. %

А, лет шг./га Н,см Ъ, см пгтЛГ Н,см шг./м"1 Н,см

7 ДВР 1998 10 100 60,4 9,0 7 110 136 56 100

5 СВР 1991 16 300 69,1 12,1 14 105 62 51 65

21 ПРЖ 2005 5 50 53,2 7,3 4 64 75 43 66

14 ПРР 2006 4 100 41,6 6,8 4 58 80 41 58

9 ПРР 2003 7 200 101,5 10,4 6 82 83 57 79

Примечание: ДВР - добровольно-выборочная рубка с интенсивностью 15 % по запасу. СВР — санитарная выборочная рубка с интенсивностью 8 % по запасу, ПРЖ—прореживание; ПРР-проходная рубка.

Снижение полноты верхнего полога леса и повынкние интенсивности солнечной инсоляции у поверхности почвы вызывает разрастание живого напочвенного покрова и подлеска. В итоге при проективном покрытии до 90-100 % и образовании дернинного слоя условия для появления самосева и роста подроста сосны обыкновенной становятся неблагоприятными.

Через 10 лет после проведения добровольно-выборочной рубки интенсивностью 15 % по запасу древесины на вырубке проективное покрытие напочвенного покрова достигло 100 %, на 1 м2 плошзди кроме этого произрастает до 7 экземпляров кустарниковых видов и до 136 экземпляров травянистой растительности, имеющих высоту до 150 см. В этих условиях имеется до 100 экземпляров на 1 га подроста сосны обыкновенной со средней высотой 60,4 см, по качеству относящегося в основной массе к сомнительному.

Аналогичная картина имеет место и на лесосеке 16-летней давности после проведения санитарной выборочной рубки интенсивностью до 8 %. При ее проведении была выполнена минерализация почвы в порядке проведения трелевочных работ и эти полосы практически в течение одного года заросли травянистой растительностью.

5.3 Техногенное загрязнение атмосферы и видовая смена в фитоценозе

Тяжелые металлы из атмосферы попадают на почву, накапливаются в ней, что является одной из причин гибели самосева и подроста сосны обыкновенной. В то же время они оказывают положительное влияние на появление и рост клена ясенелистного. Для выяснения этого были заложены 4 пробные площади на сасстоянии 1, 2,4 и 5,5 км от источника загрязнения (Таблица 6).

Таблица 6 — Характеристика сосновых насаждений на пробных площадях в зависимости от удаленности от источника загрязнения

Сосна

возраст,

120 110 110 105

число ствол, шг./га

380 264 280 382

диаметр сред, см

40,7 43,0 38,2 34,5

запас, кбм/га

576 444 420 416

возраст,

30 16 16 11

Клен к-во, шт.

/га

690 200 80 40

диаметр сред, см

15,5

9,1

5.4

3.5

К-во подроста сосны шг. /га

40 800 2310 3780

Сплошной перечет выявил недостаточное участие в составе сосняков более молодых поколений. Деревья с диаметром 28 см и менее составляют в непосредственной близости к источнику загрязнения 10,3 %, а на удалении 5,5 км - 49,8 %.

Средний прирост по диаметру у деревьев сосны обыкновенной вблизи источника загрязнения не превышает 2,8 мм в год, а у клена - 5,1 мм.

Б то же время на расстоянии 5,5 км он у сосны обыкновенной составляет 4.2 мм в год. На расстоянии до 2 км присутствие клена под пологом леса оказывается настолько значительным, что к почве проникает меньше 10 % солнечной энергии, что является причиной смены видового состава живого напочвенного покрова с 42 видов на пробной площади №4 до 26 видов на расстоянии в 1 км от источника загрязнения.

Если судить по количеству экземпляров клена с диаметром 2 см и более, то имеется тенденция снижения при удалении от промпредприятий.

6 Лесоводственное обоснование применения чересполосных постепенных рубок 6.1 Условия применения чересполосных постепенных рубок

Все наиболее распространенные в настоящее время в России системы рубок характеризуются довольно существенным недостатками. Сплошные широколесосечные рубки в подавляющем большинстве случаев приводят к неблагоприятным изменениям в породном составе лесов, к эрозии или заболачиванию лесосек, резкому сокращению лесного биологического разнообразия. Любые виды равномерно-выборочных рубок приводят к упрощению породной структуры древостоя, весьма неблагоприятной для их естественного возобновления (Мелехов, 1975).

Более прогрессивными следует считать те системы рубок, при которых сохраняется естественная динамика древостоя, а также и естественный процесс смены поколений. Это рубки, при которых образуются открытые участки. Благодаря малым размерам вырубок, эти рубки не приводят ни к существенной почвенной эрозии, ни к возникновению лиственных молодняков.

Применение чересполосных постепенных рубок в защитных лесах стало возможным лишь после всесторонней оценки различных систем рубок, выполненных в предыдущие годы, и главным образом их влияния на процесс естественного возобновления сосны обыкновенной. В итоге оказалось, что ни добровольно-выборочные рубки, ни выборочные санитарные рубки, ни рубки ухода не способствуют интенсификации процесса лесовозобновления, что напрямую связано с мощным развитием подпологовыхярусов растительности.

После сплошной рубки в этих экологических условиях вырубки также в течение 3-4 лет зарастают с преобладанием в составе представителей высокотравья. На участках минерализованной почвы со снятием корненасыщенного слоя, процесс зарастания начинается, как бы вновь, с налета семян и растягивается, как минимум, на 10-12 лет. Здесь самосев сосны обыкновенной появляется в массовом количестве и за 8-10 лет он по высоте выходит из-под влияния травянистой растительности, т.е. достигается поставленная цель по интенсификации возобновительного процесса сосны обыкновенной с сохранением биологического разнообразия в лесных экосистемах.

6.2 Условия на местах рубок и динамика естественного возобновления в сосняках зеленой зоны

В типичном для лесов зеленой зоны сосновом насаждении в возрасте 80 лет I класса бонитета с полнотой 0,9 на плошади 25 га был заложен опыт с проведением чересполосной постепенной рубки. Ширина лесосек 25, длина - 250 м. Между лесосеками оставлены кулисы шириной 25, 50, 75 и 100 м. (Рисунок 3).

Условные обозначения: Ь-вырубки, С - кулисы Рисунок 3 - Схема чересполосной постепенной рубки

В центре вырубок и кулис были взяты образцы почвы из горизонтов А1 и Аг на влажность, ко-топая оппелелялась в лабопатопных условиях (Рисунок 4Т

контроль выруока

кулиса

~25м

кулиса 50м

кулиса

75м

кулиса 100м

-Рчд1 -РяаЛ

Примечание - Ряд 1-горизонт А1 , ряд 2- горизонт А2

Рисунок 4 - Влажность почвы

Более низкая влажность верхнего горизонта почвы на вырубке объясняется большим притоком солнечной энергии и более интенсивным испарением. Под пологом леса повышенная влажность связана с меньшим испарением с поверхности почвы, а пониженная влажность в горизонте Ат является следствием деятельности корневых систем деревьев материнского полога и подлеска. Низкая влажность почвы обусловлена ее гранулометрическим составом с явным преобладанием песчаных частиц.

Освещенность замерялась люксметром Ю-116 на вырубках и под пологом кулис через 12,5 м при полном солнечном освещении. Замеры выполнены в июле в период наивысшего солнцестояния с 13 до 15 часов (Таблица 7).

Таблица 7- Освещенность под пологом леса, % открытого места

Ширина кулис Расстояние от края кулисы, м

12,5 25,0 37,5 500 62,5 75,0 87,5

25 22,4

50 21,3 11,6

75 27,4 9,7 4,6 11,1 19,4

100 26,6 13,4 7,3 3,7 6,9 9,7 29,3

Под полог высокополиотного соснового насаждения проникает солнечной энергии в пределах до 10 %, и ее оказывается совершенно недостаточно для подроста сосны обыкновенной. В то же время от краев кулис на расстоянии до 25 м интенсивность освещенности оказывается более высокой (до 30 %) за счет как прямой инсоляции, так и рассеянной.

Выполненный комплекс мероприятий по содействию естественному возобновлению сосны обыкновенной как на вырубках, так и под пологом леса вызвал существенное появление всходов и самосева в сравнении с контролем до 4 раз.

Но сохранность самосева уже на второй год жизни оказалась низкой, в пределах 20-40 % (Таблица 8).

Таблица 8—Динамика возобновительного процесса, тыс. шт./га

Вариант Всходы 2-летний самосев Кол-во подроста через 10 лет

Вырубка 17,7 3,5 3,5

Кулиса 25 м 6,7 0,5 5,8

Кулиса 50 м* 22,0 0,3 1,7

Кулиса 75 м 22,4 1,0 3,1

Кулиса 100 м. 27,4 1,0 1,2

Примечание - * кулиса пройдена низовым пожаром.

Наиболее высокий удельный вес сохранившихся 2-летних экземпляров сосны обыкновенной имеет место под пологом кулисы шириной 25 м, что связано с достаточным освещением. Под пологом кулис другой ширины показатель сохранности самосева резко снижается по причине снижения солнечной инсоляции, проникающей к поверхности почвы. На вырубках 2-летний самосев составил не более 20 % от количества однолетних растений. Это связано с мощным развитием подлеска и живого напочвенного покрова, что приводит в конце первого года роста сосны обыкновенной к ее выпреванию под войлоком отмершей растительности.

Из общей схемы несколько выпадает интенсивность процесса естественного возобновления в кулисе шириной 50 м, потому что в 2008 г. в ней произошел низовой лесной пожар и часть подроста погибла, в учет взяты были только оставшиеся в живых экземпляры.

Обращает на себя внимание снижение текущего прироста в высоту у подроста сосны обыкновенной в 2009 г., когда на всех вариантах опыта произошло его уменьшение на 13,5 %, но наибольшее произошло в кулисе шириной 75 м — на 19,8 %. Снижение на 9 % произошло и на вырубках. Это связано с меньшим в сравнении со среднегодовым количеством твердых осадков.

Но уже в следующем году интенсивность прироста возрастает в кулисах в среднем на 29,7 %. Причем наивысшая интенсивность роста наблюдалась в кулисе шириной 75 м (увеличение на 33,3 %). На вырубках повышение интенсивности составило 11,1 % в связи с тем, что в данных условиях и снижение прироста было менее значительным.

I Усиление доступа солнечной инсоляции к поверхности почвы вызывает повышение интенсивности возобновительного процесса сосны обыкновенной. Особенно это проявляется на вырубках в первые годы после окончания рубки. Через 10 лет количество крупного подроста при среднем возрасте 9.8 лет достигает 2570 шг./га, что составляет 73,4 % от общего его количества. I В дальнейшем при разрастании живого напочвенного покрова и подлесочных пород интенсивность появления самосева сосны обыкновенной снижается и в возрасте 6.8 лет его оказывается 22,0 %, а мелкого еще меньше — 4,6 %. Причем прирост крупного подроста за последние 3 года составляет 37,0 см. среднего - 24.5 см. Другой особенностью подроста является количество ветвей в мутовке, что служит показателем его жизнеспособности. У мелкого подроста в среднем в мутовке имеется 1,9 ветвей, среднего - 2,6, крупного - 4.4 ветви. Можно считать, что имеющийся на вырубке крупный и средний подрост сосны обыкновенной в количестве 3,2 тыс. шг./га способен обеспечить успешное формирование молодого поколения при преобладании в его со-| ставе сосны обыкновенной.

В итоге за 10 лет средняя высота подроста на вырубке составляет 2,4 м, а под пологом леса она оказывается более низкой (Рисунок 5).

1 I

Примечание: ряд 1 — подрост на вырубке, ряд 2 - в 25-метровой кулисе, ряд 3 - в 50-( метровой, ряд 4 — в 75-метровой, ряд 5 - в 100-метровой кулисе.

Рисунок 5 - Изменение величины текущего прироста в высоту (см) у подроста в различных условиях произрастания в течение первых 10 лет жизни

Если принять за 100 % среднюю высоту подроста на вырубке, то в 100-метровой кулисе она составит 70,8 %, 75-метровой — 75,0, 50-метровой — 83,3, а в 25-метровой —91,7 %. Отсюда между средними величинами подроста на вырубке и под пологом леса существует прямая связь (коэффициент корреляции г =— 0,96±0,03. а связь между шириной кулисы и приростом подроста ¡1 в последний год также является прямой с отрицательным знаком при г =—0,95±0,04.

Таким образом, первый опыт применения чересполосных постепенных рубок в сосновых лесах зеленой зоны показал положительные результаты по существенному повышению интенсивности возобновительного процесса, что позволяет при ужесточении требований пожарной безопасности в лесах прогнозировать формирование сосновых молодняков на месте спелых и перестойных насаждений.

6.3 Динамика и рост нодроста сосны обыкновенной в связи с рубками в сосняках

водоохранных зон

Вслед за Бийским лесхозом-техникумом, применившим в сосняках водоохраной зоны чересполосные постепенные рубки, со сплошной рубкой деревьев подобные рубки применены и в Макарьевском бору, но со сплошной минерализацией почвы.

Зарастание минерализованных участков происходит с различной интенсивностью. Если на ровных участках даже к 8-летнему сроку проективное покрытие не превышает 60 %, то на валах уже к 4 году оно достигает 100 % (Таблица 9).

Таблица 9- Возобновление на площадях после чересполосных постепенных рубок

Возраст Количество подроста Число, шт./м', высота Ц При (05 Проективное

подроста, сосны/березы, тыс. живого напочвенного =1,96 покрытие, %,

лет шг./га покрова, см равнина/вал

равнина вал равнина вал

1 127,5 110,0 4,2±0,3 11,8±0,9 8,01 7,0

36,1 19,8 40,1±2,7 90,4±7,6 6,24 11,0

2 134,3 1,6 31,4±3,0 82,3±7,4 6,23 12,6

76,0 - 90,6±6,8 110,3±10,5 1,57 55,0

3 89,4 - 37,0±2,4 52,1±5,0 2,72 25,0

27,1 - 72,7±5,9 116,4±9,0 4,06 100,0

4 58,1 - 44,9±3,8 96,6±9,4 5,10 52,0

11,8 - 80,3±6,6 108,8±10,1 2,36 100,0

8 67,3 - 47,9±3,8 83,7±6,3 4,87 59,0

12,1 - 70,5±5,1 100,5±5,4 4,04 100,0

Примечание — Прочерк в таблице означает отсутствие подроста

В первый год самосев сосны обыкновенной и березы повислой на минерализованных участках почвы появляется в большом количестве: на ровных участках до 160 тыс. шт.Да, а на валах -до 130 тыс. шг./га при составе 78С22Б. Самосев сосны обыкновенной появляется и в следующие годы, на второй год его появилось 5,5 % от общего количества, а на восьмой — 2,3 %, т.е. интенсивность появления самосева снижается при одновременном повышении проективного покрытия растительностью. Особенно мощное развитие травянистой растительности на валах вызывает полную гибель появившегося самосева сосны обыкновенной и березы повислой. К восьмилетнему сроку на ровных участках остается подроста в количестве 79,4 тыс. шг./га, в том числе сосны обыкновенной 67,3 тыс. шг./га или 84,8 %. Состав молодняка смешается в сторону сосны обыкновенной — 85С15Б. Средняя высота сосны обыкновенной составляет 147 см, а березы повислой 210 см.

Между количеством самосева и подроста сосны обыкновенной на ровных участках почвы и процентом проективного покрытия травянистой растительностью существует прямая отрицательная связь, характеризуемая как очень тесная — г — 0,94 ±0,05, а в отношении березы повислой связь характеризуется как высокая отрицательная при г =-0,74 ±0,20.

Заключение

1 Применение в сосновых насаждениях зеленых и водоохранных зон несплошных рубок, даже с частичной минерализацией почвы, не ведет к повышению интенсивности процесса естественного возобновления сосны обыкновенной. В целях поддержания на уровне санитарного состояния сосновых экосистем следует оставить в лесохозяйственной деятельности выборочные санитарные рубки.

2 Применение узколесосечного способа при чересполосных постепенных рубках способствует усилению появления и развития подроста сосны обыкновенной, что связанно с повышением освещенности и влажности почвы как на вырубках, так и под пологом леса.

3 Снятие дерншшого слоя почвы мощностью 20-25 см и складирование его с пнями и порубочными остатками в валы вызывает бурное появление самосева сосны обыкновенной как па ровных площадках, так и на ватах. Успешный рост и развитие подроста на валах возможны

лишь при применении химического способа борьбы с нежелательной травянистой растительностью.

4 С повышением высоты местности над уровнем моря, в сосновых насаждениях происходит снижение продуктивности, а в возобновительном процессе — успешное появление в подросте темнохвойных пород — пихты сибирской и кедра сибирского, интенсивность же появления подроста сосны обыкновенной снижается.

5 Многолетнее техногенное загрязнение атмосферы и почвы газообразными и твердыми вредными веществами отрицательно сказывается на сосновых экосистемах, и, в первую очередь, на возобновительном процессе по причине гибели подроста. В связи со снижением полноты верхнего яруса нишу подроста сосны обыкновенной занимает клен ясенелистный, который в будущем заменит сосновую экосистему.

6 Введение понятия «экологическая спелость» является вполне оправданным по той причине, что в зеленых зонах и водоохранных сосновых насаждениях хозяйство должно вестись не на древесину, а на сохранение максимального влияния сосняков на окружающую среду. В этом отношении применение шкалы определения возраста экологической спелости окажется полезным при ведении неистошительного лесопользования в защитных лесах.

Рекомендации

1 В высокопродуктивных сосновых насаждениях водоохранных и зеленых зон с неудовлетворительным естественным возобновлением сосны обыкновенной возможно проведение чересполосных постепенных рубок с уборкой корненасыщенного слоя почвы в валы.

2 В связи с быстрым зарастанием валов травянистыми и кустарниковыми растениями для сохранения самосева возможно применение точечного опрыскивания валов гербицидами.

Перспективы дальнейшей разработки темы заключаются в изучении сохранности сосновых экосистем, а также динамики изменения составов насаждений при глобальном изменении климатических условий.

СПИСОК

работ, опубликованных автором по теме диссертации а) работы в изданиях, рекомендованных ВАК

1 Парамонов, Е.Г. Лесовозобновительные процессы в приречных сосняках /Е.Г.Парамонов, А.Н.Шульц//Мир науки, культуры, образования.-2011.-№2(27).- С.322-323.

2 Шульц, А.Н. Влияние экологических факторов на возобновительный потенциал пригородных сосняков /А.Н.Шульц, ЕГ.Парамонов //Мир науки, культуры, образования.- 2011,- № 6(31).- С.242-243.

3 Шульц, А.Н. Техногенное загрязнение атмосферы и видовая смена в фитоценозе /А.Н.Шульц, Е.Г.Парамонов //Вестник АГАУ.-2012,- №3(89).- С.44-46.

4 Парамонов, Е.Г. Лесоводственное обоснование применения чересполосных постепенных рубок в приречных сосняках /Е.Г.Парамонов, А.Н.Шульц //Мир науки, культуры, образова-ния.-2012.- № 3(39).- С.338-339.

5 Парамонов, Е.Г. Интенсивность роста подроста сосны в пригородных лесах I /Е.Г.Парамонов, А.Н.Шульц //Вестник АГАУ.-№ 9(95).- 2012.- С.46-48.

1 б) монографин

( 6 Парамонов, Е.Г. Приречные боры юга Западной Сибири /Е.Г.Парамонов, С.Д.Самсоненко, I А.Н.Шульц. -Барнаул: Изд-во АГУ, 2012,- 200 с.

в) статьи в других изданиях

7 Шульц, А.Н. К вопросу совершенствования ведения лесного хозяйства в городских лесах /А.Н.Шульц //Антропогенное воздействие на лесные экосистемы.- Барнаул: Изд-во АлтГУ.-

2002.-С.81-83.

8 Шульц, А.Н. Установление экологического возраста спелости в пригородных сосняках /А.Н.Шульц //Кулундинская степь: прошлое, настоящее, будущее.- Барнаул: Изд-во АлтГУ,-

2003.- С.417-420.

9 Парамонов, Е.Г. Оценка мер содействия естественному возобновлению в приречных сосняках /Е.Г.Парамонов, А.Н.Шульц //Леса России и хозяйство в них-2011.-№4(41).- С.52-57.

10 Парамонов, Е.Г. Динамика возобновления сосны на вырубках в приречных сосняках /Е.Г.Парамонов, А.Н.Шульц //Плодоводство, семеноводство, интродукция древесных растений,- Красноярск: 2012,- С.75-78.

11 Парамонов, Е.Г. Эколого-лесоводственная характеристика приобских сосняков на юге Западной Сибири /Е.Г.Парамонов, С.Д.Самсоненко, А.Н.Шульц //Проблемы ботаники Южной Сибири и Монголии // Материалы XI1 Междун. науч-произ. конф,- Барнаул: 2013.- С.45-52.

Отзывы в 2 экземплярах с заверенной подписью просьба направлять по адресу диссертационного совета.

В отзыве указать почтовый адрес организации, телефон и электронную почту лица, представившего отзыв.

Подписано в печать 14.04.2014. Формат - А5. Печать - цифровая. Тираж 100 экз. Заказ 2014 - 422.

Отпечатано в ГУПАК «Бийская тип. «Катунь», 659300, г. Бийск, ул. Советская, 6. Тел.: (3854) 33-82-46

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Шульц, Александр Николаевич, Красноярск

Институт водных и экологических проблем СО РАН

Шульц Александр Николаевич 04201459591

Основы повышения эффективности лесовозобновления в сосновых насаэвдениях зеленой и водоохранной зон восточной части Алтая

Специальность 06.03.02 - лесоведение, лесоводство, лесоустройство и лесная таксация

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук, профессор Е.Г.Парамонов

Красноярск-2014

ОГЛАВЛЕНИЕ

Общая характеристика работы........................................................4

Основное содержание работы

1 Современное состояние проблемы.................................................8

1.1 Роль защитных лесов в стабилизации окружающей среды....................8

1.2 Пригородные леса......................................................................11

1.3 Загрязнение тяжелыми металлами воздушной среды..........................15

1.4 Устойчивость пригородных лесов.................................................21

2 Природные условия района исследований.....................................23

2.1 Геоморфология и рельеф............................................................23

2.2 Климат..................................................................................26

2.3 Почвы...................................................................................29

2.4 Характеристика лесного фонда....................................................33

3 Программа, методы, объекты исследований..................................43

4 Установление возраста рубки в сосновых древостоях.....................47

5 Оценка естественного возобновления и мер по его содействию........55

5.1 Возобновительный процесс в сосняках водоохранных зон.................55

5.2 Оценка мер содействия естественному возобновлению в сосняках водоохранных зон.........................................................................68

5.3 Техногенное загрязнение атмосферы и видовая смена в

фитоценозе.................................................................................71

6 Лесоводственное обоснование применения чересполосных постепенных рубок.......................................................................76

6.1 Условия применения чересполосных постепенных рубок...................76

6.2 Условия на местах рубок и динамика естественного возобновления в сосняках зеленой зоны.............................................78

6.3 Динамика и рост подроста сосны обыкновенной в связи с рубками

в соснякахводоохранныхзон..........................................................85

Заключение Список литературы

Общая характеристика работы

Актуальность темы связана с эколого-лесоводственной ситуацией, складывающейся в сосновых насаждениях зеленой и водоохранной зон Алтайского края и Республики Алтай. Произрастание данных сосновых насаждений подвержено воздействию техногенного загрязнения атмосферы поллютантами, усиливающейся рекреационной нагрузкой и интенсивным лесопользованием. Отрицательное влияние абиотических факторов среды на лесные экосистемы выражается в первую очередь в снижении интенсивности естественного лесовосстановительного процесса, что ведет к старению насаждений и снижению ими экологического влияния на окружающую среду.

Не оказали положительного влияния на естественное возобновление сосняков и применяемые в течение десятилетий несплошные рубки различного назначения. Основной причиной этого является исключительно мощное развитие живого напочвенного покрова и подлеска. Ведение хозяйства в водоохранных и зеленых зонах имеет свою специфику в связи с особым статусом данных лесов, поэтому изыскание и научное обоснование путей стабилизации процесса деградации лесных экосистем в пригородных и приречных лесах является основой их длительного существования.

Степень разработанности темы исследований. Леса зеленых и водоохранных зон расположены, как правило, в густонаселенных районах и подвергаются существенному антропогенному воздействию, влияние которого на естественное возобновление изучалось многими авторами в различных регионах (Мелехов, 1975: Анучин, 1982: Ильин, 1990: Николаенко, 1990: Седых, 1991: Добровольский, 1998: Побединский, 2005: Моисеев, 2011 и др.). Выявлено положительное влияние водоохранных, рекреационных и др. функций данных лесов на окружающую среду. В то же время остаются недостаточно изученными вопросы смены пород под влиянием техногенного

загрязнения, влияние рубок различного назначения на процесс естественного возобновления сосны обыкновенной.

Цель и задачи. Цель работы - оценить влияние применяемых способов рубок на естественное возобновление сосны обыкновенной в сосняках зеленой и водоохранной зон. Для достижения поставленной цели было намечено решить следующие задачи:

а) изучить влияние применяемых способов рубок на интенсивность и направленность процесса естественного возобновления под пологом леса и на вырубках;

б) установить влияние высоты местности над уровнем моря на морфологические показатели сосновых насаждений и их возобновительный потенциал;

в) оценить влияние атмосферного загрязнения на изменение состава сосновых экосистем.

Научная новизна. Впервые в условиях региона изучена интенсивность возобновительного процесса сосны обыкновенной при проведении чересполосных постепенных рубок, установлены причины неэффективного влияния несплошных рубок на процесс естественного возобновления сосны обыкновенной, проанализировано влияние высоты над уровнем моря на продуктивность сосновых насаждений и направленность возобновительного процесса в них. Впервые в условиях зеленой и водоохранной зон восточной части Алтая установлено влияние техногенного загрязнения атмосферы на смену древесных пород в сосновой экосистеме.

Теоретическая и практическая значимость работы. По результатам исследования сформированы положения о повышении интенсивности возобновительного процесса в приспевающих пригородных сосновых насаждениях зеленых и водоохранных зон восточной части Алтая. Разработаны технические указания по проведению чересполосных постепенных рубок с

обеспечением благонадежного естественного возобновления сосны обыкновенной.

Положения, выносимые на защиту.

1 Применение несплошных рубок не способствует естественному процессу омоложения сосновых насаждений.

конференциях «Восстановление нарушенных ландшафтов» (Барнаул, 2003,) «Плодоводство, семеноводство и интродукция древесных растений»

(Красноярск, 2012), «Проблемы ботаники Южной Сибири и Монголии» (Барнаул, 2013).

Публикации. Опубликовано 11 статей, в том числе 5 в изданиях, рекомендованных ВАК, и 1 монография.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 108 стр. компьютерного текста. Состоит из введения, 6 глав, заключения и рекомендаций, включает 21 таблицу, 10 рисунков. Библиографический список содержит 166 наименований, в том числе 10 на иностранных языках.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ 1.1 Роль защитных лесов в стабилизации окружающей среды

Впервые защитные леса как таковые были выделены и узаконены в 1888 г. для Европейской части страны (Моисеев, 2012). С тех пор среди защитных лесов выделяют множество категорий, выполняющих наиболее существенно те или иные средозащитные функции: водоохранные, водорегулирующие, почвозащитные, санитарно-гигиенические, климатозащитные и др. (Энциклопедия..., 2006). С 1943 г. все эти леса были отнесены к лесам 1 группы (Лесной фонд СССР, 1968), а с 2007 г. (Лесной Кодекс Российской Федерации) они вновь стали называться защитными. Настоящие исследования выполнены в городских лесах г. Бийскаи в водоохранных, произрастающих в долине р. Бия от г. Бийска до п. Артыбаш. Они находятся в густонаселенных районах и подвергаются интенсивной антропогенной нагрузке, поэтому всегда в них основным вопросом ведения лесного хозяйства были рубки леса с непрерывным естественным лесовозобновлением (Мелехов, 1975, 1980: Анучин, 1982, 1985; Исаев, 1985; Кречмер, 1988; Ильин, 1990 и др.).

Если городские леса несут, в основном, рекреационную нагрузку, которая с каждым годом становится все более интенсивной во всех странах мира (Николаенко, 1990; Аникеева, 1990; Плешиков, 1990; Jmpeus,1988; Lur, 1990), то приречные сосняки выполняют и водоохранные, и рекреационные функции. Влияние лесов на водный баланс рек изучалось во многих странах длительное время, вывод был один - их влияние на режим рек положительное (Молчанов, 1957, 1973; Jarabac, 1988; Benecke, 1989;) Установлено, что на режим стока решающее влияние оказывают не только климатические условия, но и лесные экосистемы, причем не только древесная растительность, но и живой напочвенный покров (Побединский, 2005).

Значительную роль играет и система ведения лесного хозяйства в защитных лесах. Если она направлена на получение древесины, то это незамедлительно отражается на водном режиме источников (Побединский, 1962, 1975, 1989; Молчанов, 1973), поэтому многие исследователи склонны к тому, чтобы вести хозяйство в защитных лесах на принципах непрерывности и многоресурсного их использования (Ткаченко, 1955; Исаев, 1985; Ladwig, 1988; Агальцов, 1990; Вайчунас, 1990; Рысин, 1990;; Walton, 1990; Behamn, 1990; Черных, 2003; Фуряев и др., 2005; Моисеев, 2011).

По вопросу выбора способа рубок в защитных насаждениях много мнений, что связано с проведением исследований в различных по климатическим условиям регионах страны, и в различных типах леса.

Лесоводственно-экономическая эффективность выборочной формы хозяйства может быть достигнута в том случае, когда в неразрывном единстве обеспечиваются постоянство пользования лесом и воспроизводство естественным путем древесного запаса на длительную перспективу. Влияние выборочных рубок на оставленные для дальнейшего роста деревья продолжается в течение 10-15 лет до смыкания древесного полога, после чего развитие древостоя протекает по закономерностям естественных лесов (Петров, 1979; Полубояринов, 1980; Столяров, Иевинь, 1986).

Н.М. Набатов (1990) в Приокских сосняках Среднерусской возвышенности провел сравнительную оценку возобновительного потенциала после сплошных и выборочных рубок и установил, что в высокобонитетных сосняках с подростом ели при проведении несплошных рубок создаются более благоприятные условия для развития естественного возобновления, но в сравнении с сосной, ель значительно быстрее усиливает свои позиции.

При проведении выборочных рубок в ельниках и кедровниках (Волосевич, Гулая, 1988; Кудинов, 1988) с выборкой до 80% запаса древесины, установлено, что восстановление разновозрастного насаждения происходит в течение 20-25 лет, но при активном участии подроста.

С использованием современной лесозаготовительной техники проводимые чересполосно-постепенные рубки как на Урале в сосновых насаждениях (Помазнюк и др., 1990), так и в Восточной Сибири в кедровых лесах (Поликарпов, Иванов, 1989), а таюке в Карелии (Федоров, 1986) показали удовлетворительные результаты по сохранению подроста и второго яруса.

Как отмечает H.A. Моисеев (2011) «JIec-это не монумент, воздвигнутый на века. Он как живой организм развивается, стареет и требует не только ухода, но и своевременного обновления, притом, и это главное, с применением исключительно разнообразных способов рубок, выбор которых определяется целями и условиями ведения лесного хозяйства». И Лесным Кодеком (2007) предусматривается проведение сплошных рубок в защитных насаждениях только в том случае, если выборочные рубки не обеспечивают замену насаждений, утрачивающих свои средозащитные функции.

По утверждению Г.А.Владимировой (1977) несплошные рубки, и в частности рубки ухода, во всех сосновых насаждениях, независимо от лесорастительныхусловий, являются мероприятием совершенно необходимым. Эффективная продуктивность возрастает на 20-25%, улучшается качественный состав насаждений, выход деловой древесины повышается до 30% с одновременным увеличением крупности до 25%. А исследования В.Д. Перевозниковой (1991) в Восточной Сибири однозначно указывают на благотворное влияние рубок на появление и рост подроста сосны в мшистой группе типов леса. Причем наблюдается приуроченность подроста к структурным элементам живого напочвенного покрова, а именно к бруснично-зеленомошным ассоциациям. Автор отмечает, что в Среднем Приангарье восстановление послепожарных сосняков происходит естественным путем, а длительность послепожарного периода усиливает горизонтальную неоднородность травяно-кустарничникового яруса, что способствует формированию разновозрастных сосняков.

В сложных для естественного возобновления сосны обыкновенной травяных типах леса особое внимание исследователи (Дерябин, Букштынов,

1970; Вечерин и др., 1988) обращают на сохранение подроста, особенно при машинной валке деревьев. При этом отмечается, что в первые два года после рубки подрост сосны практически не повышает интенсивность роста в высоту, и только с 3-4 года прирост усиливается значительно и особенно у подроста мелкого, высотой до 0,5 м. Аналогичное положение отмечал и Е.Г. Парамонов (1998) для кедрово-пихтовых насаждений, когда после сплошной рубки выживает подрост пихты высотой до 1 м при возрасте до 25 лет, а более крупные экземпляры погибают, видимо по причине неспособности организма приспособиться к резко изменившимся условиям освещения.

Приречные сосняки, помимо рубок различного назначения, подвергаются влиянию пастьбы скота. По этому вопросу имеются самые противоречивые данные. Если в Шотландии пастьба скота приводит к замене лесов на верещатниковые пустыри (Pott, 1989), то в США не выявлены серьезные нарушения от пастьбы скота в отношении подроста пихты (Allen, Bartolome, 1989). В горных условиях Алтая многолетний нерегулируемый выпас скота (Парамонов, 2010) ведет к резкому снижению количества подроста лиственницы сибирской и, в конечном итоге, к переводу лесных угодий в луговые ассоциации. В исследуемых приречных сосняках влияние пастьбы скота сказывается лишь на ближайших к населенным пунктам участках леса, вследствие повышенного процента вытоптанной площади. В связи с этим количество подроста сосны обыкновенной оказывается незначительным, а по причине непоедания скотом подроста пихты сибирской, количество его становится все более значительным.

1.2 Пригородные леса.

Лесные насаждения, входящие в состав пригородных лесов, оказывают благотворное влияние на человека, создавая своим микроклиматом благоприятную для него среду (Рисунок 1).

Рисунок 1 - Типичные сосновые насаждения у г. Бийска

Лес очищает воздух от пыли и аэрозолей, пополняет запасы кислорода, выделяет фитонциды — это и многое другое способствуют оздоровлению человека, повышению его работоспособности. И в связи с ростом городского населения роль пригородных лесов будет все время возрастать.

Зеленые зоны в России и в Алтайском крае занимают площадь соответственно 13571,3 и 128,8 тыс. га, то есть в среднем на 1 тысячу человек городского населения в России приходится 142 га зеленых зон, а в Алтайском крае - 85,9 га, или 60,5% (Таблица 1).

Для сравнения можно привести площади зеленых зон, приходящихся на 1000 жителей, по другим регионам России: Карелия - 435 га, Новгородская область 380, Калужская - 258 и даже в малолесной Саратовской области 91 га (Пряхин, Николаенко, 1981).

Таблица 1 - Площадь лесов зеленых зон в Алтайском крае (Парамонов, Менжулин, Ишутин, 1997)

Показатели Защитные леса В том числе:

зеленые зоны парковые леса леса 1 и 2 зон санитарной зашиты

Всего, га 2174939 128846 34411 4928

%% 100,0 5,9 1,6 0,2

в том числе

у г. Барнаула, га, 413555 63754 21978

% 100,0 15,4 5,3 15,5

у г. Бийска, га, 70658 16042 9283

% 100,0 22,7 13,0

у г. Белокуриха, га 17117 2649

% 100,0