Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Оценка естественного возобновления в притундровых лесах Красноярского края в условиях техногенного загрязнения

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Оценка естественного возобновления в притундровых лесах Красноярского края в условиях техногенного загрязнения"

На правах рукописи

ООЗОБ2774

Чиханёва Татьяна Леонидовна

ОЦЕНКА ЕСТЕСТВЕННОГО ВОЗОБНОВЛЕНИЯ В ПРИТУНДРОВЫХ ЛЕСАХ КРАСНОЯРСКОГО КРАЯ В УСЛОВИЯХ ТЕХНОГЕННОГО

ЗАГРЯЗНЕНИЯ

03.00.16 - Экология

06,03.03 - Лесоведение и лесоводство,

лесные пожары и борьба с ними

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Красноярск - 2007

003052774

Работа выполнена в лаборатории лесоведения Института им. В. Н. Сукачева СО РАН

Научный руководитель:

доктор биологических наук, профессор

Абаимов Анатолий Платонович

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор Ефремов Станислав Петрович

доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Шевелев Сергеи Леонидович

Ведущая организация:

Уральский государственный лесотехнический университет

Зашита состоится 03 апреля 2007 г. в 14 часов на заседании диссергационногс совета Д 003.056.01 в Институте леса им. В.Н. Сукачева СО РАН по адресу 660036, г. Красноярск 36, Академгородок, 50

Факс: 7(3912)43-36-86 E-mail: Institute@forest.akadem.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института леса им. В.Н. Сукачева СО РАН

Автореферат разослан февраля 2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат физ.-мат. наук

А.В. Шашкин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Тема антропогенного воздействия на природные сообщества изучается исследователями разных направлений (Николаевский, 1987; Ковалев, Филипчук, 1990; Ершов, 1992; Мозолевская, Катаев, 1992; Седых, 1996; Харук и др., 1996; Осколков, 1998; Копцик и др., 2001; Цветков, 2001; Воробейчик, 2003; Цветков, Цветков, 2003; Черненькова, Бочарникова, 2003; Менщиков, 2004; Wood, 1974; Ernst, 1976; Smith, 1981 и др.). Однако, в литературе имеется очень мало сведений об особенностях естественного лесовозобновления в условиях аэротехногенного загрязнения, в том числе в притундровых лесах Красноярского края. При этом данный процесс является одним из важнейших природных свойств лесных сообществ и биологической предпосылкой их длительного существования.

Активное освоение Севера в последние несколько десятилетий привело к нарушению целостности лесных биогеоценозов, их дестабилизации, замене другими формациями и к прочим негативным последствиям. Причиной этому является своеобразие климатических и эдафических условий, которые обусловливают повышенную чувствительность лесных экосистем к стрессовым факторам. Учитывая это, следует предположить, что существуют региональные особенности естественного лесовозобновления в условиях техногенного стресса, требующие детального изучения. Рассмотрение этого процесса позволит выявить тенденции и пути дальнейшего развития лесных фитоценозов.

Цель работы - дать оценку процессов естественного возобновления в притундровых лесах Красноярского края в условиях аэротехногенного загрязнения.

Задачи исследований;

1) Оценить состояние насаждений и выявить направленность лесообразовательного процесса в зоне воздействия предприятий Норильского промышленного района.

2) Выявить региональные особенности естественного лесовозобновления в зависимости от степени техногенной нарушенности лесных экосистем.

3) Разработать шкалу оценки жизненного состояния подроста основных лесообразующих пород, произрастающих в лесных экосистемах природного фона Норильской котловины.

Защищаемые положения:

1) В зонах очень сильной и сильной нарушенности экосистем процессы естественного лесовозобновления либо полностью подавлены, либо не способны обеспечить стабильного существования лесных сообществ.

2) В условиях промышленного загрязнения наибольшим возобновительным потенциалом обладают береза пушистая и ель сибирская, наименьшим -лиственница сибирская.

Научная новизна. Впервые дана оценка процессов естественного возобновления в притундровых лесах Красноярского края в условиях

аэротехногенного загрязнения. Установлены региональные особенности данного процесса в зависимости от степени нарушенности лесных экосистем.

Выявлены основные закономерности изменения морфометрических параметров подроста основных лесообразующих пород исследуемого региона в зависимости от ухудшения его жизнеспособности. На базе этого разработаны шкалы оценки жизненного состояния подроста.

На основании анализа возрастной структуры лесов исследуемого региона дополнены представления о влиянии природных и антропогенных факторов на направления и темпы восстановительных сукцессий лесной растительности в мерзлотной зоне Сибири.

Практическая значимость. Полученные результаты о характере естественного лесовозобновления могут быть использованы при оценке трансформации северных лесов и их возобновительного потенциала в условиях техногенного загрязнения, а также при проведении экологических экспертиз и разработке лесоустроительных проектов. Разработанные шкалы оценки качества подроста имеют методическое значение при определении жизнеспособности молодых особей основных лесообразующих пород Севера Красноярского края в естественных и техногенно нарушенных условиях.

Апробация работы. Основные положения работы были представлены на трех региональных конференциях молодых ученных Института леса им. В.Н. Сукачева «Исследование компонентов лесных экосистем Сибири» (Красноярск, 2004, 2005, 2006), Всероссийской конференции «Природная и антропогенная динамика наземных экосистем» (Иркутск, 2005), Всероссийской конференции молодых ученых «Экология в меняющемся мире» (Екатеринбург, 2006), Международной конференции «Биоразнообразие и биоресурсы Урала и сопредельных территорий» (Оренбург, 2006).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 работ, 2 находится в печати, подготовлен материал для коллективной монографии.

Личный вклад диссертанта. Все исследования по диссертации выполнены лично автором или при его непосредственном участии: аналитический обзор литературных данных, обоснование методов исследования, участие в сборе и первичной обработке материала в 2003-2004 гг.; математическая обработка собранной информации и анализ полученных данных; обоснование выводов, написание статей и диссертации.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы и 5 приложений. Основной текст изложен на 127 страницах, иллюстрирован 38 рисунками и содержит 16 таблиц. Список литературы включает 260 наименований, в том числе 15 иностранных.

Благодарности. Автор выражает благодарность научному руководителю д.б.н., проф. А.П. Абаимову| за всестороннюю помощь в работе над диссертацией, к.с.-х.н. В.В. Иванову за проявленный интерес и помощь в работе, д.б.н., проф. В.В. Кузьмичеву, д.с.-х.н., проф. И.В. Семечкину, д.б.н. П.А. Цветкову, к.с.-х.н. А.И. Бузыкину, к.б.н. О.Н. Зубаревой, к.б.н. O.A. Зыряновой за консультации и ценные советы, которые были учтены при подготовке рукописи диссертации, а

также сотрудникам ИЛ СО РАН, участвовавшим в комплексных исследованиях, за помощь в сборе материала.

Диссертационная работа была выполнена в рамках хоз.-договора № 218-02/Н и при поддержке ККФН (гранты № 14С094 (2004), № 10ТБ-066(2006)), интеграционного проекта СО РАН и ДВО РАН № 53 и интеграционных проектов СО РАН №№5.17 и 5.18.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ГЛАВА 1. РЕГИОНАЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ЛЕСООБРАЗОВАТЕЛЬНОГО ПРОЦЕССА НА КРАЙНЕМ СЕВЕРЕ В ЕСТЕСТВЕННЫХ И ТЕХНОГЕННЫХ УСЛОВИЯХ (состояние вопроса)

Рассмотрены особенности лесообразовательного процесса в мерзлотной зоне Сибири, обусловленные корневой конкуренцией в ограниченном мерзлотой деятельном горизонте почвы (Дадыкин, 1952; Поздняков, 1975, 1986; Софронов, Абаимов, 1991), отсутствием конкуренции за свет, низкотемпературным режимом мерзлотных почв (Прокушкин, 1992). При этом пожары являются ведущим экологическим фактором возникновения, формирования и временной динамики лесных экосистем Севера, определяют ход процессов естественного лесовозобновления (Поздняков, 1975; Матвеев, Усольцев, 1990, 1991; Абаимов и др., 1997; Софронов, 1991; Цветков, 1996; Абаимов, 1997; Подшивалов, 2000; Зой-опоу й а1., 2000; и др.). Огневая минерализация и тепловая мелиорация мерзлотных почв создают благоприятные условия для укоренения и развития молодых особей главных лесообразующих пород. При беспожарном развитии естественное лесовозобновление в притундровых лесах идет очень медленно, но практически непрерывно (Дзедзюля, 1969; Кнорре, 1975; Поздняков 1986; Бондарев, 1991; Семенов, 1993; Абаимов, 1997,1999; и др.). К причинам, замедляющим ход данного процесса, относятся редкая повторяемость семенных лет, слабое семеношение, недостаток доброкачественных семян, их низкая всхожесть, уничтожение их мелкими млекопитающими и птицами, мощное развитие мохово-лишайникового покрова, препятствующего прорастанию семян и укоренению всходов, жесткая корневая конкуренция за влагу и элементы минерального питания (Андреев, 1954; Виппер, 1964; Поздняков, 1975, 1986; Чертовской и др., 1987; Абаимов и др., 1997; Цветков и др., 2002).

Проанализированы имеющиеся данные о характере влияния промышленных выбросов на лесные сообщества. Природные экосистемы Крайнего Севера в наибольшей степени подвержены разрушительному влиянию токсикантов, поскольку многие виды находятся здесь на границе ареалов и особенно чувствительны к стрессовым факторам (Ковалев, Филипчук, 1990; Крючков, 1991; Власенко, Василюк, 1992; Бойченко, Исаев, 1992). В результате промышленного загрязнения серьезные изменения происходят во всех компонентах лесных экосистем. Загрязнение почв приводит к гибели полезной микрофлоры, к нарушению баланса минерального питания растений (Николаевский, 1987; Евтюгина,1991; Ершов, 1992; Никонов, Лукина, 1994; Харук и др., 1996;

Загуральская, 1997; Копцик и др. 2001; Деградация и охрана почв, 2002; Воробейник, 2003; Цветков, Цветков, 2003; Менщиков, 2004; и др.). Поллютанты оказывают прямое негативное воздействие на физиологические процессы растений, их фотосинтетическую активность (Алексеев, Дочинжер, 1981; Цветков, Цветков, 2003; Сухарева, Лукина, 2004; Тарханов и др., 2004; Trimbacher, Weiss, 1999; и др.), на репродуктивные процессы (Федотов и др., 1983; Ставрова, 1992; Федорков, 1997; Войников и др., 2004 и др.) и т.д. В результате сокращается общее количество биологических видов и снижается возобновительный потенциал лесных сообществ.

ГЛАВА 2. ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ. ОБЪЕКТЫ, МЕТОДЫ И ОБЪЕМ ВЫПОЛНЕННЫХ РАБОТ

Район исследований расположен на территории Таймырского (Долгано-Ненецкого) автономного округа. Территория располагается на стыке двух физико-географических стран - Западной Сибири и Средней Сибири, двух геотектонических морфоструктур - Западно-Сибирской плиты и докембрийской Сибирской платформы и двух ландшафтно-геоботанических подзон - южной кустарничковой тундры на севере и северотаежных лесов на юге (Ершов, 2004). В геоморфологическом отношении район охватывает Норильское плато (хребет Лонтокойский камень и Норильские горы), Норильскую котловину (депрессию) и горы западного макросклона плато ГТуторана. По лесорастительному районированию территория относится к Средне-Сибирской плоскогорной лесорастительной области, Путоранской горной провинции северотаежных редкостойных лесов и горных тундр (Короткое, 1991). Климат провинции резко континентальный. Продолжительность вегетационного периода с температурой более +5°С составляет 80-92 дня. Ветровой режим зависит от распределения атмосферного давления, рельефа местности и других физико-географических особенностей рассматриваемого района. В зимний период преобладают ветры южного и юго-восточного направления, при этом скорость ветра достигает наибольших значений - 6.1 м/сек (декабрь). В летний период господствуют северные и северо-западные ветры со скоростями от 4.2 до 5.0 м/сек, весной и осенью - ветры северо-западного и юго-восточного направлений со скоростями, не превышающими 6.0 м/сек (Пармузин, 1962; Справочник по климату СССР, 1967,1969; Мироненко, 1975; Водопьянова, 1976; и др.).

Притундровые леса на равнинных территориях (Норильская долина), на западных и юго-западных отрогах плато Путорана представлены в основном смешанными простыми и сложными по форме лиственнично-еловыми, елово-лиственничными, березово-елово-лиственничными растительными

сообществами с участием многочисленных таежных видов кустарничков и трав. Главные лесообразующие породы - лиственница сибирская (Larix sibirica Ledeb.), лиственница Гмелина (I. gmelinii (Rupr.) Rupr.,), гибридный комплекс -лиственница Чекановского (L. czekanowskii &.), ель сибирская (Picea obovata Ledeb.), береза пушистая (Betula pubescens Ehrh.) (Москаленко, 1965; Демьянов, Ярмишко, 1983; Кожевников, 1984; Абаимов и др., 1997; и др.).

Исследуемые ключевые участки. Изучение процессов естественного возобновления в притундровых лесах Красноярского края в условиях аэротехногенного загрязнения осуществлялось в рамках комплексной экспедиции в 2001-2004 гг. Исследования проводились на ключевых участках (с закладкой пробных площадей в наиболее характерных условиях произрастания), расположенных на разном удалении от Норильского промышленного района (НПР). На основании анализа данных аэро- и космосъемки, фитоценотических параметров растительных сообществ, а также снега, почвенных и растительных образцов на содержание серы и тяжелых металлов, сотрудниками Института леса СО РАН было выделено пять зон нарушенности экосистем: очень сильно нарушенные (разрушение вертикальной и горизонтальной структуры фитоценоза, смена эдификаторных и доминантных ценотических групп растений, сопровождаемые массовым отмиранием биоты), сильно нарушенные (полностью погиб эдификаторный ярус сообществ, но в подчиненных ярусах сохранились ценотические группы растений, индицирующие зональный климат и местные эдафические условия обитания), умеренно нарушенные (сохранилась исходная качественная структура фитоценозов, но ценотические параметры претерпели существенные трансформации количественного порядка), слабо нарушенные (сообщества полностью сохранили исходную качественную структуру, деструктивные трансформации малозначимы) и ненарушенные (фитоценозы, полностью сохранившие свой природный облик) (Корец, Рыжкова, 2006).

Вся исследуемая территория подразделена на равнинные и горные ландшафты. Ключевые участки равнинных территорий расположены в южном направлении вдоль Норильской котловины по градиенту загрязнения (22 км - 45 км - 70 км - 85 км - 100 км - 142 км - 223 км), что позволяет проследить за изменением ценотических параметров лесных сообществ по мере ослабления техногенного пресса. Ключевые участки горных ландшафтов расположены в разных направлениях и на разном удалении от НПР. Они характеризуют лесные сообщества, локализованные по коренным террасированным склонам плато в широком диапазоне высот всего лесного пояса: от 90-100 м в долинах горных рек до верхней границы леса на высоте более 400 м. н.у.м.

Исходными материалами для решения поставленных задач послужили первичные данные, полученные в ходе комплексной экспедиции в НПР; первичные данные по лиственничным лесам бассейна р. Хета, любезно предоставленные А.П. Абаимовым; литературные данные.

Методы исследования. Учет естественного возобновления осуществлялся на каждой пробной площади способом закладки лент с последующим их разделением на учетные площадки размером 2x2 м (Побединский, 1966). На пробной площади число площадок составляло не менее 30 шт. Учет подроста проводился отдельно по породам и высотным группам (всходы, самосев, мелкий подрост до 0,5 м, средний - 0.5-1.5 м, крупный - более 1.5 м, до двух сантиметров в диаметре на высоте груди). Категория жизненного состояния каждой особи учитывалась по шестибальной шкале согласно ((Санитарным правилам в лесах РФ» (1998), что в конечном итоге позволило сравнить состояние самосева и

подроста с состоянием древостоя. Выделяли следующие категории: 1 категория -особь без признаков ослабления, 2 - ослабленная, 3 - сильно ослабленная, 4 -усыхающая, 5 - свежий сухостой, 6 - старый сухостой.

В результате первичной обработки материала по общепринятым в лесоводстве методикам были получены качественные и количественные характеристики естественного возобновления: видовой состав подроста, его количество и встречаемость, распределение по группам высот и категориям жизненного состояния и т.д.

За пределами каждой пробной площади бралось до 30 моделей подроста разных высотных групп для анализа его возрастной и морфологической структуры. При этом замерялись высота подроста, протяженность и диаметр кроны, высота до самой широкой части кроны, прирост по высоте за последние 5 лет у осевого побега и среднего бокового побега, диаметр стволика у корневой шейки. В лабораторных условия определялся возраст каждой особи путем подсчета годичных колец на поперечном срезе, сделанном у корневой шейки.

Для выявления особенностей лесообразовательного процесса в зонах разной техногенной нарушенности анализировалась возрастная структура древостоев и подроста. При этом, для каждого насаждения по модельным деревьям анализировалась связь возраста и диаметра, по моделям подроста - связь возраста и высоты. В соответствии с этим, учетные деревья распределялись по классам возраста. Подрост был искусственно отделен от древостоя по одному параметру - диаметр на высоте груди менее 2 см. Средний возраст древостоя определялся как средний возраст основного элемента леса. Для определения типа возрастной структуры использовали классификацию И.В. Семечкина (2002), основным определяющим критерием которой принят коэффициент вариации возраста деревьев (V): 4-12 % - (условно-)-одновозрастные, 12-24 % - условно-разновозрастные, более 24 % - разновозрастные.

Анализ полученных экспериментальных данных и их статистическая обработка осуществлялись с использованием методов описательной статистики и корреляционного анализа.

Объем выполненных работ. Всего исследовано 17 ключевых участков разной степени техногенной нарушенности лесных экосистем. Учет подроста проведен на 45 пробных площадях (общая площадь учета 0,95 га - 2400 учетных площадок). Для анализа возрастной и морфологической структуры подроста было взято 800 моделей. В анализ возрастной структуры древостоев, для исследования направлений лесообразовательного процесса, было включено около 1000 кернов и спилов модельных деревьев.

ГЛАВА 3. СОСТОЯНИЕ НАСАЖДЕНИЙ И ХОД ЛЕСООБРАЗОВАТЕЛЬНОГО ПРОЦЕССА В ЗОНЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ ПРЕДПРИЯТИЙ НПР

Анализ современных процессов естественного возобновления лесов не возможен без учета истории формирования насаждения, воздействий естественных и антропогенных факторов, хода лесовозобновительного процесса в прошлом.

Изучение особенностей лесообразовательного процесса проводилось на основании анализа возрастной структуры древостоев и их количественных • параметров в пределах трех условных- групп нарушенное™ лесных экосистем; Первая группа объединяет фоновые и слабо нарушенные сообщества (объединены по принципу полной сохранности своей исходной качественной структуры), вторая - умеренно нарушенные, третья - сильно и очень сильно нарушенные экосистемы (в обоих случаях эдификаторный ярус разрушен полностью).

Лесные сообщества, сформировавшиеся под воздействием естественных факторов. Воздействие пожаров, как природного фактора, сопровождало формацию лиственничных лесов мерзлотной зоны на протяжении всего периода ее послеледникового существования (Фуряев, 1996). Согласно данным А.П. Абаимова и др. (19976), на одном и том же участке леса низовые пожары повторяются с периодичностью 40-100 (порой и более) лет. В результате, здесь исключается длительное саморазвитие и практически не наблюдается формирования климаксовых сообществ.

Огневая минерализация и тепловая мелиорация мерзлотных почв создают благоприятные условия для укоренения и развития молодых особей главных лесообразующих пород, поэтому успешность данного процесса в это время зависит от возобновительного потенциала лесообразующих видов (от наличия источников обсеменения). Через 40-60 лет после пожара восстанавливается мохово-лишайниковый ярус (МЛЯ), препятствующий прорастанию семян и укоренению всходов; происходит поднятие к дневной поверхности многолетней мерзлоты, сокращение деятельного горизонта почвы, обостряется корневая конкуренция (Абаимов и др., 19976). При таком сценарии формируются одновозрастные или условно-разновозрастные древостой (V = 9.7-19.9 %, рис. 1А, Г) с ослабленным естественным возобновлением хвойных. Возрастной разрыв между образовавшимся послепожарным поколением и подростом лиственницы достигает 120 лет. Подрост не проходит полного жизненного цикла и отмирает.

Поэтому большое значение в мерзлотной зоне Сибири имеют слабые беглые низовые пожары, которые, не приводя к гибели материнский древостой, минерализуют почву, создавая условия для успешного возобновления и появления нового поколения леса. В результате формируются разновозрастные древостой с выраженными возрастными поколениями (У=27.2-47.0 %, Рис. 1Б, Д).

Длительное отсутствие разрушительных факторов приводит к формированию разновозрастных насаждений без выраженных поколений. В таком случае, процессы естественного возобновления протекают замедленно, но непрерывно. А отпад в древостое обусловливает пополнение молодого поколения новыми особями из числа подроста (Рис. 1В).

Длительное отсутствие пожаров может привести к формированию густого подлеска и мощного МЛЯ, которые будут препятствовать прорастанию семян, укоренению всходов и формированию молодых особей. Без воздействия пожара такие редколесья могут со временем перейти в категорию редины.

130 170 210 250 290 Возраст, лет

130 170 210 250 290 Возраст, лет

90 130 170 210 250 290 Возраст, лет

Подрост

1000 п

2 800 К

э

о 600 10 к

?400

С

^ 200

300 250 200 150 Н 100 50 0

Древостой

--Е

---Б

10 50 90 10 50 90 130 170 210 250 290

Возраст, лет

3000 • Подрост 40

га 2500 - « 35-

"Р 30

3 2000 - 25 -

о

г 1500 ■ 20

ш 1 15-

1 1000

10

500 1 £

О

0 1 1 |*т 0

Древостой

10 50 90

50 90 130 170 210 250 290 Возраст, лет

Рис. 1. Возрастная структура чистых лиственничников в зоне доминирования Ьапх%теИпи (А, Б, В) и смешанных

лиственничников в зоне доминирования Ьапх 5/Ыпса (Г, Д).

Лесные экосистемы зоны умеренной нарушенное™ очень показательны в выявлении общих закономерностей изменений в структуре насаждений, подверженных воздействию техногенных выбросов.

Основным индикационным признаком нарушенное™ лесного сообщества является степень повреждения древесного яруса. Анализ количественных характеристик древостоя показал, что значение некоторых показателей может изменяться в очень широких пределах. £сли в условиях природного фона доля сухостойных деревьев редко превышает 25-30 % (Поляков и др., 2003), то в умеренно нарушенных этот показатель может варьировать от 4 до 80 %, Основными факторами, определяющими степень повреждения древостоев промышленными эмиссиями, помимо удаленности их от источника загрязнения, являются особенности условий местопроизрастания (Ментиков, 1992; Харук и др., 1996; Поляков и др., 2006). Так, например, по причине частичного усыхания древостоев под влиянием техногенных выбросов, исходные разновозрастные березово-елово-лиственничные редкостойные леса и редколесья перешли в категорию редин. В относительно благоприятных условиях произрастания доля сухостойных деревьев составила 41 %, в жестких условиях - достигла 64 % (табл. I). Древесные породы по-разному отреагировали на загрязнение,

Таблица 1, Доля сухостойных деревьев в древостоях ключевого участка

«Деличс» (85 км от НПР). %

Краткая характеристика условий произрастания

Порода Теплообеспеченные местоположения с относительно дренированными почвами Неглубоко залегающая

мерзлота, ослабленный дренаж

Л 81 91

Е 19 64

Б 44 59

Всего 41 64

Зона умеренной наруценности Зона слабой

- нарушенное™

- ->

Ж

* Ш-1

80 100 142

Удаленность от источника загрязнений, км

□ Разновозрастные ■ Условно-разновозрастные

Рис. 2. Количество сухостойных деревьев в пирогенных лиственничниках разных зон нарушенноети

и лиственница оказалась наиболее чувствительна, что подтверждают данные С.Л. Менщикова (2004) и В.И. Харука и др. (1996). Доля ее сухостойных деревьев превысила 80%.

Анализ количественных

показателей древостоев, в разное время подвергавшихся воздействию пожаров, позволил выявить некоторые закономерности. Было установлено, что в разновозрастных древостоях зоны умеренной нарушенное™ (средний возраст 280 и 195 лет), сформировавшихся при

неоднократном воздействии слабых низовых пожаров, количество сухостойных деревьев в 2 и более раз превышает значения в зоне слабой нарушенности (рис. 2). Скорее всего, определяющим фактором ухудшения состояния насаждений зоны умеренной нарушенности послужил больший уровень техногенного загрязнения. Усыхание древостоев в этом случае происходит за счет деревьев, ослабленных пожаром.

Условно-разновозрастные древостой зон умеренной и слабой нарушенности (средний возраст 90 лет), сформировавшиеся после сильного или среднего по силе низового пожара, по доле сухостойных деревьев существенно не различались (рис. 2). Количество сухостоя в них не превысило значений природного фона.

Таким образом, ослабленные пожаром высоковозрастные древостой оказались более чувствительными к техногенному воздействию, чем молодые послепожарные.

Растительные сообщества зоны сильной и очень сильной нарушенности. Исходная растительность была представлена разновозрастными чистыми лиственничными и смешанными (с участием лиственницы, ели и березы) лесами и редколесьями (Карта растительности..., 1974). Сильнейшее техногенное загрязнение атмосферы в 1950-1970-е года вызвало повреждение лесов. К концу 1980-х эдификаторный ярус погиб (Ковалев, Филипчук, 1990; Харук и др., 1996; Менщиков, 2004) и исходные лесные сообщества сменились техногенными тундровыми сообществами (багульниково-злаковые группировки, ивняковые осоково-злаковые, ивняковые хвощево-кустарничковые и т.п.) (Абаимов, 2005). В результате, на большей части территории возобновительный потенциал основных лесообразующих видов оказался утрачен.

По результатам проведенного исследования, на основе анализа данных, полученных в ходе комплексной экспедиции, составлена сводная таблица, кратко характеризующая состояние лесных экосистем разной степени техногенной нарушенности (табл. 2). В направлении от естественных экосистем к источнику загрязнений происходит увеличение доли сухостоя в древесном ярусе, влекущее за собой снижение сомкнутости лесов и полную их гибель. Снижается ценотическая роль мохово-лишайникого яруса и повышается значимость кустарниковых и травянистых жизненных форм. Увеличивается площадь деградированной обнаженности грунтов. В результате происходит постепенная смена естественных лесных сообществ на техногенные тундры. В непосредственной близости от источника загрязнения формируется техногенная пустошь с полностью погибшей лесной и тундровой растительностью, эродированными участками почвы и редкими фрагментами злаково-осоково-хвощевых группировок.

Глава 4. ОСОБЕННОСТИ ЕСТЕСТВЕННОГО ВОЗОБНОВЛЕНИЯ В

ПРИТУНДРОВЫХ ЛЕСАХ КРАСНОЯРСКОГО КРАЯ В УСЛОВИЯХ ТЕХНОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ

Естественное лесовозобновление в равнинных ландшафтах. Исследование проводились на ключевых участках, расположенных вдоль Норильской

Таблица 2. Краткая характеристика лесных экосистем разной степени __техногенной нарушенности__

Зона нарушенности лесных экосистем Древостой Доминанты нижних ярусов растительности Деградированная обнаженность грунтов, %

доля сухостоя, % от запаса средняя КЖС

Ненарушенные до 30 11.5 Душекия, ивы, береза карликовая, кустарнички, зеленые мхи, лишайники -

Слабо нарушенные до 30 11.5 То же -

Умерено нарушенные до 80 1У.0 То же -

Сильно нарушенные до 100 У1.0 Ивы, злаки, хвощ, кустарнички, влаголюбивые зеленые мхи Не более 10-15

Очень сильно нарушенные 100 У1.0 Ивы, дерновинные злаки, хвощ, пионерные виды мхов 50-60

котловины в южном направлении от НПР, что позволило проследить за изменением процессов лесовозобновления по мере удаления от источника загрязнения и ослабления техногенного пресса.

Для большей части исследуемой территории, а именно для насаждений произрастающих в жестких условиях междуречий, характерно снижение численности подроста по направлению к источнику загрязнений (рис. ЗА). Однако в благоприятных условиях в сильно и умеренно нарушенных лесных сообществах (70 и 85 км от НПР соответственно) количество подроста может достигать 20-40 тыс. шт./га, что на порядок превышает значения природного фона (рис. ЗБ). Этому способствует наличие источников семян, снижение корневой конкуренции со стороны усыхающего или усохшего материнского древостоя, снижение мощности и проективного покрытия МЛЯ. В составе подроста участвуют ель и береза как семенного, так и вегетативного происхождения. Количество подроста с возрастом закономерно снижается (рис. 4). Но если в условиях природного фона (223 км), подрост ели всех высотных групп жизнеспособен (КЖС 1.0-1.5), то в зоне интенсивного влияния промышленных выбросов жизненное состояние молодых елей значительно ухудшается с возрастом, и крупный подрост характеризуется как сильно ослабленный или усыхающий (КЖС 3.5-4.0). Для него характерно усыхание кроны и осевого побега, многовешинность, стланиковые формы. Подрост березы всех высотных групп имеет категории жизненного состояния 1-2, что характеризует его как

5000 <4000 3000 ■ 2000 -1000

□ Б

не

■ Лц

Л-

22 15 70 100 142 223 Удаленность от НИР, им

22 70 85 100 142 22Э Удаленность от НПР. км

Рис. 3. Количество и состав подроста (без всходов и самосева) в зависимости от удаленности экосистемы от источника загрязнения: А - в условиях неглубоко залегающей мерзлоты и ослабленного дренажа (междуречья), Б - на теплообеспеченных участках с относительно дренированными почвами

70 им

км

223 км

т6 800

-- 5 ■

§ 600

-■за; -2* й 1 300

--1

- Категория жизненного состояния (КЖС)

Высота, см

Рис. 4. Распределение подроста по высотным группам с указанием средней категории жизненного состояния в насаждениях на разном удалении от НПР

достаточно жизнеспособный. Основными признаками повреждения подроста поллютантами являются некрозы и хлорозы хвои и листвы, побурение хвои.

Анализ возрастной структуры подроста ели, произрастающего в благоприятных условиях, показал, что при ослаблении техногенного пресса, амплитуда колебаний возраста самосева и подроста постепенно увеличивается от 30 лет в зоне очень сильной нарушенности до 60 и более лет в естественных экосистемах (табл. 3). При этом в зоне очень сильной нарушенности (до 45 км от источника загрязнений) не отмечено всходов и самосева основных лесообразующих пород, что говорит об отсутствии источников семян, подрост старше 40 лет погиб, а оставшиеся особи сильно угнетены.

Таблица 3. Возрастная структура подроста ели в зонах разной нарушенности _лесных экосистем, %_

Удаленность от НПР, км (зона нарушенности лесных экосистем) Возраст, лет

1-10 11-20 21-30 31-40 41-50 51 и>

22 (очень сильно нарушенные) - 23,1 57,1 19,8 - -

70 (сильно нарушенные) 6,2 43,1 27,7 20,0 3,1 -

85 (умеренно нарушенные) 22,4 52,6 14,5 7,2 2,6 0,7

142 (слабо нарушенные) 5,3 5,3 5,3 35,8 45,5 2,7

223 (ненарушенные) 0,5 3,8 8,1 40,0 38,1 9,5

С приближением к источнику загрязнений происходит замедление процессов роста, о чем свидетельствуют графики роста подроста ели в высоту (рис. 5). Происходит сопряженное ухудшение жизненного состояния древостоев и подроста по направлению от фоновых к очень сильно нарушенным лесным экосистемам (рис. 6).

В составе подроста, как в условиях природного фона, так и в техногенно нарушенных сообществах, принимают участие преимущественно ель и береза (рис. 3).

Насаждения трех наиболее отдаленных от НПР ключевых участков в

о л Ш

300

250

200 -

150

100 -

50 •

0

20

40 60 80 Возраст, лет Зоны нарушенности экосистем'

1 - ненарушенные (К2=0,80)

2 - слабонарушенные (1Чг=0,77)

3 - умеренно нарушенные (Я1=0,68)

4 - сильно нарушенные (Яг=0,58)

5 - очень сильно нарушенные ((?г=0,72)

Рис. 5. Рост подроста ели в высоту в равнинных экосистемах разной степени техногенной нарушенности

6

о 5

о

X

I 4 -

ф К

X

п X

5 К

* О н 3 -

К о

о

О. и

О 2 -

Ш

н

га

1 -

0 -

0 50 100 150 200 250 Удаленность от НПР, км

1 - мелкий,

2 - средний,

3 - крупный подрост,

4 - древостой

Рис. 6. Изменение жизненного состояние древостоя и подроста в зависимости от удаленности экосистемы от источника загрязнений

течение последних 100-150 лет испытывали влияние экзогенных деструктивных факторов. Насаждения ключевого участка «Черная» (223 км) подвергались выборочной рубке, а насаждения ключевых участков «Хантайка» (142 км) и «Тукуланда» (100 км) - пожарам. Как было отмечено выше, через 40-60 лет после воздействия пожаров складывается ситуация, неблагоприятная для семенного возобновления хвойных пород. Главной причиной этому является восстановление МЛЯ, препятствующего прорастанию семян и укоренению всходов. Основную долю в составе подроста представляет порослевая береза, (см. рис. 1 Г, Д).

В зоне сильной и умеренной нарушенности лесных экосистем в результате воздействия промышленных выбросов мощность и проективное покрытие мохово-лишайникового покрова снижается, т.е. появляются участки, на которых возможно прорастание семян, чем успешно пользуются ель и береза (на удалении 70 и 85 км их количество достигает 20-40 тыс. шт./га), при этом возобновление лиственницы отсутствует даже при наличии живых деревьев.

Специальных исследований по плодоношению основных видов-лесообразователей и качеству их семян в условиях техногенного загрязнения нами не проводилось. Но литературные данные свидетельствуют о том, что воздействие поллютантов оказывает отрицательное влияние на все стадии репродуктивного процесса у деревьев (Федотов и др., 1983; Луганский, Калинин, 1990; Ставрова, 1990, 1992; Федорков, 1994, 1997; Осколков, 1998; Цветков, Цветков, 2003; Войников и др., 2004). В результате, исключительно высоких значений достигает доля пустых семян, всхожесть сформировавшихся семян падает, а образующиеся всходы имеют низкую жизнеспособность.

Как уже было отмечено, лиственница в условиях промышленного загрязнения в НПР оказалась менее газоустойчивой породой по сравнению с елью и березой, что, вероятно, повлекло за собой ослабление ее генеративных функций. Вследствие этого главная лесообразующая порода оказалась не способна продуцировать всхожие семена. Если всхожие семена и формируются, то условия неблагоприятны для их прорастания. В любом случае, лиственница оказалась неспособной возобновляться в условиях промышленного загрязнения в НПР и утратила свои эдификаторные позиции.

Исследуемые лесные экосистемы низкогорных ландшафтов характеризуют преимущественно ненарушенные, слабо и умеренно нарушенные насаждения. Как показали результаты, процессы естественного возобновления здесь не претерпели коренных изменений и подчиняются широтно-зональным и высотно-поясным закономерностям региона. По мере продвижения вверх от речных пойм изменяется породный состав, как древостоя, так и подроста. На надпойменных террасах в составе доминируют ель и береза. На высоких горных террасах (у границы леса) лидирующие позиции занимает лиственница (рис. 7). Численность подроста дифференцирована по геоморфологическим комплексам (0.04-6.6 тыс. шт./га). Наибольшее его количество характерно для надпойменных террас и горных шлейфов в травяных группах типов леса, наименьшее - на средневысоких и высоких горных террасах в лишайниковых типах леса.

я 8000 -1

333 11222 4142222И 1122 Группы типов леса

Надпойменные террасы горных рек и озер, ложбины временных водотоков

Горные шлейфы и низкие горные террасы

Средневысокие и высокие горные террасы,верхняя граница леса

Рис. 7. Количество и видовой состав подроста по геоморфологическим комплексам и группам типов леса (1 - лишайниковые, 2 - зеленомошные, 3 -

травяные, 4 - мшистые)

Определяющими факторами являются условия местопроизрастания и характер развития кустарникового яруса и МЛЯ, мощное развитие которых ухудшает температурный режим почв и препятствует появлению всходов и формированию молодых деревьев.

Условия местопроизрастания оказывают значительное влияние на рост подроста. Наибольшей скоростью роста характеризуется подрост зеленомошных и травяных групп типов леса, наименьшей - мшистых. Различия в интенсивности роста подроста в разных типах леса обусловливает и разницу в возрастной структуре, а именно - изменяют пределы колебания его возраста. Так, под пологом лиственничников кустарничково-крупнотравных амплитуда колебаний возраста подроста не превышает 50 лет, в то время как в лиственничниках лишайниковых и мшистых этот показатель увеличивается до 70 и более лет. Наличие под пологом древостоев подроста в возрасте до 90-100 лет подтверждает исключительную пластичность и приспособленность вида к экстремальным природно-климатическим условиям высоких широт мерзлотной зоны (Семенов, Мироненко, 1982; Абаимов, 1991). Такие особи, длительное время находясь на стадии подроста и сохраняя жизнеспособность, при появлении благоприятных условий способны пополнить древесный ярус (Поздняков, 1975; Раевских, 1981).

Несмотря на общие закономерности, в умеренно и слабо нарушенных лесных экосистемах были отмечены некоторые особенности, не характерные для лесных экосистем природного фона.

Отмечено побурение хвои нижней части кроны подроста ели на ключевом участке «Талнах» (17 км на СВ). Истинная причина не установлена, но есть основания предполагать, что это ожог хвои поллютантами во время снеготаяния.

По данным химических исследований, содержание серы и тяжелых металлов в талой воде превышает фоновые значения в 4 и более раз (Менщиков, 2004). На нескольких ключевых участках отмечено повреждение подроста фитопатогенными заболеваниями. В литературе имеются данные о появлении фитопатогенных заболеваний у древесных растений в результате общего ослабления организма поллютантами на стадии невидимых повреждений лесных экосистем (Цветков В.Ф., Цветков И.В., 2003; Тарханов и др., 2004).

ГЛАВА 5. ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ПОДРОСТА ХВОЙНЫХ ПОРОД В УСЛОВИЯХ ПРИРОДНОГО ФОНА НОРИЛЬСКОЙ КОТЛОВИНЫ

При оценке успешности естественного лесовозобновления в условиях техногенного загрязнения особое значение имеет качественное состояние подроста. Однако, вопросы, касающиеся закономерностей роста и развития подроста в условиях севера Сибири, до настоящего времени оставались не изученными, а шкал по оценке жизнеспособности подроста основных лесообразующих пород не разработано.

В результате анализа морфометрических параметров подроста ели и лиственницы было выявлено, что абсолютные показатели подроста (высота и диаметр стволика, протяженность и диаметр кроны, приросты главного и боковых побегов) отличаются большой изменчивостью и находятся в прямой зависимости от возраста растений (Раевских, 1981). Так, у подроста лиственницы коэффициенты вариации по разным показателям изменяются от 44 до 66 %, у ели

- от 53 до 67 %, что свидетельствует об очень высоком уровне изменчивости (Мамаев, 1972). Однако при вычерчивании матрицы рассеивания выяснилось, что большинство абсолютных морфометрических параметров подроста связано между собой линейной зависимостью.

При проведении корреляционного анализа было установлено, что для подроста разных категорий жизненного состояния тесной и очень тесной зависимостью связаны между собой параметры кроны и высоты особей (лиственница - коэффициенты корреляции (г) равны 0.83-0.99, ель - 0.82-0.98), значительной - прирост осевого и бокового побегов (лиственница г 0.64-0.75, ель - 0.57-0.86).

Наличие линейной зависимости и тесной корреляционной связи между абсолютными морфометрическими показателями позволяет ввести в анализ следующие относительные показатели:

- Do/H - диаметра стволика у основания к высоте особи;

- L/H - протяженности живой кроны к высоте особи;

- W/H - высоты самой широкой части кроны к высоте особи;

- L/Dc - протяженности живой кроны к ее диаметру;

- Ph/Pb - прироста осевого побега к среднему боковому за 3 года

Анализ результатов показал, что подрост разных категорий жизненного

состояния существенно не различался по показателю - Do/H. Показатель Ph/Pb

- характеризовался большой изменчивость (V лиственницы равен 32.3 -79.0 %, V ели 27.8-44.8, т.е. высокий и очень высокий уровни изменчивости), что исключает возможность его использования как индикационного

признака. Поэтому для дальнейшего анализа мы использовали только три относительных показателя, наименее вариабельным из которых является L/H, коэффициент вариации (V) которого варьирует у лиственницы от 5.3 до 21.8 %, у ели от 11.3 до 23.9 % (по С.А. Мамаеву: от низкого до среднего уровня изменчивости). С ухудшением жизненного состояния подроста изменчивость признаков увеличивается, а взаимозависимость морфометрических показателей ослабляется, что связано с нарушением закономерностей в развитии молодых особей.

По средним относительным морфометрическим показателям построены модели подроста разных категорий жизненного состояния (рис. 8).

Лиственница.

С ухудшением жизнеспособности подроста лиственницы значительно сокращается протяженность кроны (от 88 до 61 %), существенно изменяются параметры W/H (от 0.36 до 0.69) и L/Dc (от 2.04 до 1.61). Профиль кроны изменяется от конусовидной до ромбовидной. Это происходит в результате того, что уменьшается соотношение приростов осевого и боковых побегов (Ph/Pb): если у здоровой особи прирост осевого побега почти в два раза выше прироста бокового, то у сильно ослабленного и Рис. 8. Габитус подроста лиственницы усыхающего подроста прирост в сибирской и ели сибирской разных высоту зачастую либо категорий жизненного состояния отсутствует, либо равен или

незначительно превышает

величину прироста бокового побега. Однако был отмечен усыхающий подрост с плохо развитой наполовину сухой кроной, у которого годичный прирост осевого побега не отличался от прироста здорового подроста. И напротив, встречался сильно угнетенный подрост, живая часть кроны которого располагалась посередине высоты особи, а верхняя часть ствола усохла. При полевых исследованиях, на пробных площадях и за их пределами был отмечен также усыхающий подрост с сильно асимметричной (флагообразной), шаровидной и зонтиковидной формами крон.

Ель. Основными морфологическими показателями, определяющими жизненное состояние подроста ели, является протяженность живой части кроны, которая сокращается по мере ухудшения жизненного состояния подроста с 82 до 61 % за счет усыхания нижних ветвей. Это становится причиной и для изменения второго параметра - положение самой широкой части кроны (W/H изменяется от

0.55 до 0.86). Существенной деформации формы кроны не происходит, о чем свидетельствуют габитусы подроста. Она остается ромбовидной. Это означает, что сокращение приростов осевого и боковых побегов происходит пропорционально. Но с ухудшением жизненного состояния, крона изреживается и становится более узкой, уменьшается охвоенность побегов, изменяется цвет хвои. Среди сильно ослабленного и усыхающего подроста часто встречаются экземпляры с асимметричной, односторонней кроной.

Важным качественным

признаком для подроста ели является продолжительность жизни хвои. С ухудшением жизнеспособности подроста, средний показатель продолжительности жизни хвои сокращается в последовательности 9-8-6-4 года в соответствии с категориями жизненного состояния (рис. 9).

Согласно проведенным исследованиям на основании шкалы оценки жизненного состояния деревьев (Санитарные правила..., 1998) разработаны шкалы качественной оценки подроста лиственницы сибирской и ели сибирской, произрастающих в условиях природного фона НПР (табл. 4 и 5).

Таблица 4. Шкала оценки качества подроста лиственницы сибирской

Категория подроста Признаки состояния подроста

Протяженность живой части кроны, % Форма кроны Хвоя

1 без признаков ослабления >80 Конусовидная Нормальная, зеленая

2 ослабленные 70-80 Конусовидная, яйцевидная Зеленая, может быть повреждена на 1/3

3 сильно ослабленные 60-70 Ромбовидная Мелкая, редкая, бледно-зеленая, может быть повреждена > 1/3

4 усыхающие <60 Обратнояйцевидная, шаровидная зонтиковидная флагообразная Мелкая, редкая, желтоватая или желто-зеленая, может быть сильно повреждена, осыпается

5 сухие "

5

а

о §

с_ С

12 3 4

Категория жизненного состояния

Рис. 9. Продолжительность жизни хвои подроста ели разных категорий жизненного состояния

Таблица 5. Шкала оценки качества подроста ели

Категория подроста Признаки состояния подроста

Протяженность живой части кроны, % Крона Хвоя

Продолжительность жизни Внешний вид

1 без признаков ослабления >80 Густая, симметричная >9 Нормальная, зеленая

2 ослабленные 70-80 Изреженная, симметричная 7-9 Зеленая, может быть повреждена на 1/3

3 сильно ослабленные 60-70 Сильно изреженная, может быть асимметричной 5-7 Мелкая, бледно-зеленая, может быть повреждена > 1/3

4 усыхающие <60 Очень сильно изрежена, часто асимметрична <5 Мелкая, желтая или бурая, может быть сильно повреждена, осыпается

5 сухие - сухая - 1

ВЫВОДЫ

1. Установлено, что наиболее устойчивыми к промышленному загрязнению являются насаждения, приуроченные к плодородным, хорошо дренированным почвам горных шлейфов и долин рек, наименее устойчивы лесные сообщества водоразделов. Ослабленные пожаром высоковозрастные древостой оказались более чувствительными к техногенному воздействию, чем молодые послепожарные.

2. В зоне интенсивного влияния промышленных эмиссий лесообразовательный процесс имеет регрессивную направленность, что сопровождается упрощением структуры фитоценозов, разрушением их эдификаторного яруса, сменой доминантов в подчиненных ярусах растительности, ростом дигрессивной обнаженности грунтов. Для процессов естественного лесовозобновления характерно снижение численности подроста (до полного отсутствия), значительное ухудшение его жизнеспособности с возрастом, замедление скорости роста.

3. В зоне сильной и умеренной нарушенности в благоприятных условиях местопроизрастания при наличии источников семян количество подроста увеличивается до 20-40 тыс. шт./га, что на порядок превышает значения природного фона. Однако, он не способен сформировать полноценный древесный ярус, т.к. с возрастом жизненное состояние подроста существенно ухудшается, и крупные особи характеризуется как сильно ослабленные и усыхающие.

4. В условиях природного фона под пологом материнских древостоев формируется преимущественно разновозрастный подрост с амплитудой колебаний возраста до 100 лет, обусловливающий разновозрастную структуру

большинства древостоев северных редкостойных лесов. По направлению к источнику загрязнения амплитуда колебаний возраста подроста постепенно сокращается до 30 и менее лет.

5. Выявлено, что наибольшим возобновительным потенциалом в условиях промышленного загрязнения в исследуемом регионе обладает береза пушистая и ель сибирская. Эдификаторная роль лиственницы сибирской в зоне интенсивного влияния промышленных выбросов утрачена.

6. Установлено, что наиболее информативным комплексным морфологическим признаком, отражающим качественное состояние подроста лиственницы в условиях природного фона Норильской котловины, является профиль кроны. Для подроста ели сибирской следует учитывать протяженность живой части кроны и продолжительность жизни хвои. Для обоих видов важно принимать во внимание степень охвоенности побегов, цвет хвои, наличие повреждений.

7. На основании результатов анализа морфологических параметров подроста были составлены шкалы по оценке качества подроста лиственницы и ели, которые могут быть использованы при разработке лесоустроительных проектов, при проведении экологических экспертиз, при оценке возобновительного потенциала насаждений, произрастающих в криолитозоне в условиях техногенных воздействий.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Иванов В.В. Особенности естественного возобновления лесов на западном макросклоне плато Путорана / В.В. Иванов, ТЛ. Ленкова // Лесной комплекс: состояние и перспективы развития: сборник научн. трудов. - Брянск, 2003. - С. 38-42.

2. Ленкова Т.Л. Некоторые закономерности естественного возобновления лиственницы Гмелина на северных склонах плато Путорана / Т,Л. Ленкова // Ботанические исследования в Сибири. Вып. 12. - Красноярск, 2004. - С. 94101.

3. Ленкова Т.Л. Влияние напочвенного покрова и подлеска на естественное возобновление притундровых лесов Таймыра / Т.Л. Ленкова // Исследования компонентов лесных экосистем Сибири: матер, конф. молод, ученых. Вып. 5. -Красноярск, 2004. - С. 45-47.

4. Ленкова Т.Л. Особенности возобновления притундровых лесов Таймыра в условиях атмосферного загрязнения / Т.Л. Ленкова, О.Н. Зубарева, В.В. Иванов, А.П. Абаимов // Лесная таксация и лесоустройство. - 2005. - № 1(34).-С. 169-174.

5. Ленкова Т.Л. Естественное возобновление лиственничных лесов Таймыра в условиях техногенного стресса / Т.Л. Ленкова // Природная и антропогенная динамика наземных экосистем: матер. Всеросс. конф. - Иркутск, 2005. - С. 409411.

6. Поляков В.И. Фитомасса древостоев притундровых лесов Таймыра в условиях техногенного загрязнения / В.И. Поляков, В.В. Иванов, В.А. Солдатов, А.П. Абаимов, О.Н. Зубарева, Т.Л. Ленкова, Г.Г. Полякова // Природная и

антропогенная динамика наземных экосистем: матер. Всерос. конф. - Иркутск, 2005.-С. 297-300.

7. Ленкова ТЛ. Естественное возобновление притундровых лесов Таймыра в зоне воздействия предприятий НПР // Исследования компонентов лесных экосистем Сибири: матер, конф. молод, ученых. Вып. 6. - Красноярск, 2005. -С. 38-40 (рус.), 80-82 (англ.).

8. Поляков В.И, Изменение биологической продуктивности насаждений юга Таймыра под воздействием техногенного загрязнения / В.И, Поляков, В.В. Иванов, А.П. Абаимов, В.А. Солдатов, Т.Л. Ленкова // Биоразнообразие и биоресурсы Урала и сопредельных территорий: матер. III Междунар. конф. -Оренбург, 2006. - С. 285-287.

9. Чихачёва (Ленкова) ТЛ. Естественное лесовозобновление в низкогорных ландшафтах Норильской котловины / ТЛ. Чихачёва, В.В. Иванов, А.П, Абаимов // Вестник КрасГАУ. Вып. 13. - Красноярск, 2006. - С. 204-209.

10. Чихачёва Т.Л. Естественные и антропогенные сукцессии и реализация возобновительного потенциала в притундровых лесах Средней Сибири / Т.Л. Чихачёва // Экология в меняющемся мире: матер. Всерос. конф. молод, ученых. - Екатеринбург, 2006. - С. 277-286.

УОП ИЛ СО РАН Заказ №43, тир. 100 экз.

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Чихачева, Татьяна Леонидовна

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА (РЕГИОНАЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ЛЕСООБРАЗОВАТЕЛЬНОГ ПРОЦЕССА НА КРАЙНЕМ СЕВЕРЕ В ЕСТЕСТВЕННЫХ И ТЕХНОГЕННЫХ УСЛОВИЯХ).

1.1. Региональные особенности и направления лесообразовательного процесса в мерзлотной зоне Сибири.

1.2. Особенности естественного возобновления лесов и редколесий Крайнего Севера.

1.3. Техногенные сукцессии в притундровых лесах.

1.4. Репродуктивные процессы деревьев и естественное лесовозобновление в условиях техногенного стресса.

Глава 2. ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ.

ОБЪЕКТЫ, МЕТОДЫ И ОБЪЕМ ВЫПОЛНЕННЫХ РАБОТ.

2.1. Характеристика района исследований.

2.2. Объекты исследования. Характеристика ключевых участков.

2.3. Методы исследования и объем выполненных работ.

Глава 3. СОСТОЯНИЕ НАСАЖДЕНИЙ И ХОД

ЛЕСООБРАЗОВАТЕЛЬНОГО ПРОЦЕССА В ЗОНЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ ПРЕДПРИЯТИЙ НОРИЛЬСКОГО ПРОМЫШЛЕННОГО РАЙОНА.

3.1. Лесные экосистемы, сформировавшиеся под воздействием естественных факторов.

3.2. Умеренно нарушенные лесные экосистемы.

3.3. Сильно и очень сильно нарушенные лесные экосистемы.

Глава 4. ОСОБЕННОСТИ ЕСТЕСТВЕННОГО ВОЗОБНОВЛЕНИЯ В ПРИТУНДРОВЫХ ЛЕСАХ КРАСНОЯРСКОГО КРАЯ В УСЛОВИЯХ ТЕХНОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ.

4.1. Естественное возобновление лесов равнинных ландшафтов.

4.2. Естественное возобновление лесов низкогорных ландшафтов.

Глава 5. ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ПОДРОСТА ХВОЙНЫХ ПОРОД В

УСЛОВИЯХ ПРИРОДНОГО ФОНА НОРИЛЬСКОЙ КОТЛОВИНЫ.

5.1. Анализ морфометрических параметров подроста лиственницы сибирской.

5.2. Анализ морфометрических параметров подроста ели сибирской.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Оценка естественного возобновления в притундровых лесах Красноярского края в условиях техногенного загрязнения"

Актуальность проблемы. Активное освоение Севера в последние несколько десятилетий привело к нарушению целостности лесных биогеоценозов, их дестабилизации, замене другими формациями и к прочим негативным последствиям. Тема антропогенного воздействия на природные сообщества активно изучается исследователями разных направлений (Николаевский, 1987; Ковалев, Филипчук, 1990; Ершов, 1992; Мозолевская, Катаев, 1992; Седых, 1996; Харук и др., 1996; Осколков, 1998; Копцик и др., 2001; Цветков, 2001; Воробейчик, 2003; Цветков, Цветков, 2003; Черненькова, Бочарникова, 2003; Менщиков, 2004; Абаимов, 2005; Wood, 1974; Ernst, 1976; Smith, 1981 и др.). Однако, в литературе имеется очень мало сведений об особенностях естественного возобновления лесов подверженных техногенному воздействию. При этом естественное возобновление является одним из важнейших природных свойств лесных сообществ и биологической предпосылкой их длительного существования.

Данные о ходе естественного возобновления в притундровых лесах и редколесьях Красноярского края в условиях аэротехногенного загрязнения отсутствуют. Учитывая большую чувствительность северных лесов к стрессовым факторам, есть основания предполагать, что существуют определенные региональные особенности данного процесса в условиях техногенного стресса, которые еще не изучены. Рассмотрение многообразных закономерностей этого процесса позволит выявить тенденции и пути дальнейшего развития фитоценозов.

Особенности возобновления притундровых лесов и редколесий Средней Сибири в естественных условиях так же изучены не достаточно. В имеющихся трудах содержатся в основном сведения о количественных характеристиках данного процесса. При этом остаются не изученными вопросы, касающиеся закономерностей роста и развития подроста, его морфологических особенностей, отсутствуют качественные оценки подроста.

Цель и задачи исследования. Цель работы - дать оценку процессов естественного возобновления в притундровых лесах Красноярского края в условиях техногенного загрязнения.

Задачи исследований:

1) Оценить состояние насаждений и выявить направленность лесообразовательного процесса в зоне воздействия предприятий Норильского промышленного района;

2) Выявить региональные особенности естественного лесовозобновления в зависимости от степени техногенной нарушенности лесных экосистем;

3) Разработать шкалу оценки качественного состояния подроста, произрастающего в условиях природного фона Норильской котловины.

Научная новизна. Впервые дана оценка процессов естественного возобновления в притундровых лесах Красноярского края в условиях аэротехногенного загрязнения. Установлены региональные особенности данного процесса в зависимости от степени нарушенности лесных экосистем.

Выявлены основные закономерности изменения морфометрических параметров подроста основных лесообразующих пород исследуемого региона в зависимости от ухудшения его жизнеспособности. На базе этого разработаны шкалы оценки жизненного состояния хвойного подроста.

На основании анализа возрастной структуры лесов исследуемого региона дополнены представления о влиянии природных и антропогенных факторов на направления и темпы восстановительных сукцессий лесной растительности в мерзлотной зоне Сибири.

Практическая значимость. Полученные результаты о характере естественного лесовозобновления могут быть использованы при оценке трансформации северных лесов и их возобновительного потенциала в условиях техногенного загрязнения, а также при проведении экологических экспертиз и разработке лесоустроительных проектов. Разработанные шкалы оценки качества подроста имеют методическое значение при определении жизнеспособности молодых особей основных лесообразующих пород Севера Красноярского края в естественных и техногенно нарушенных условиях.

Обоснованность и достоверность результатов исследований обеспечена анализом большого репрезентативного натурного материала, собранного с применением соответствующих методик за трехлетний период в результате комплексной экспедиции;

- комплексным подходом к решению поставленных задач;

- применением современных математических методов, компьютерной техники и пакетов прикладных программ.

Кроме того, результаты исследований согласуются с данными других исследователей, изучавших схожие проблемы в других промышленных районах России.

Защищаемые положения:

1) В зонах очень сильной и сильной нарушенности экосистем процессы естественного возобновления либо полностью подавлены, либо не способны обеспечить стабильного существования лесных сообществ.

2) В условиях промышленного загрязнения наибольшим возобновительным потенциалом обладают береза пушистая и ель сибирская, наименьшим - лиственница сибирская.

Апробация работы. Основные положения работы были представлены на трех региональных конференциях молодых ученных Института леса им. В.Н. Сукачева «Исследование компонентов лесных экосистем Сибири» (Красноярск, 2004, 2005, 2006), Всероссийской конференции «Природная и антропогенная динамика наземных экосистем» (Иркутск, 2005), Всероссийской конференции молодых ученых «Экология в меняющемся мире» (Екатеринбург, 2006), Международной конференции

Биоразнообразие и биоресурсы Урала и сопредельных территорий» (Оренбург, 2006).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 работ, 3 находится в печати, подготовлен материал для коллективной монографии.

Личный вклад диссертанта. Все исследования по диссертации выполнены лично автором или при его непосредственном участии: аналитический обзор литературных данных, обоснование методов исследования участие в сборе и первичной обработке материала в 2003-2004 гг.; математическая обработка собранной информации и анализ полученных данных; обоснование выводов, написание статей и диссертации.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы и 5 Приложений. Основной текст изложен на 127 страницах, иллюстрирован 38 рисунками и содержит 16 таблиц. Список литературы включает 260 наименований, в том числе 15 иностранных.