Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Оценка влияния ухода за лесом на компоненты фитоценозов в условиях южной тайги

ВАК РФ 06.03.02, Лесоустройство и лесная таксация

Автореферат диссертации по теме "Оценка влияния ухода за лесом на компоненты фитоценозов в условиях южной тайги"

т

Нгуен Нган Ха

На правах рукописи

ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ УХОДА ЗА ЛЕСОМ НА КОМПОНЕНТЫ ФИТОЦЕНОЗОВ В УСЛОВИЯХ ЮЖНОЙ ТАЙГИ

(на примере Ленинградской области)

06.03.02 - Лесоведение, лесоводство, лесоустройство и лесная таксация

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

,1 7 МАП 2012

На правах рукописи _

Нгуен Нган Ха

ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ УХОДА ЗА ЛЕСОМ НА КОМПОНЕНТЫ ФИТОЦЕНОЗОВ В УСЛОВИЯХ ЮЖНОЙ ТАЙГИ

(на примере Ленинградской области)

06.03.02 - Лесоведение, лесоводство, лесоустройство и лесная таксация

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном лесотехническом университете имени С. М. Кирова

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Мельников Евгений Сергеевич

Официальные оппоненты: Егоров Александр Борисович,

доктор сельскохозяйственных наук, ФГУ «Санкт-Петербургский НИИ лесного хозяйства», заведующий лабораторией использования лесов

Потокин Александр Федорович,

кандидат биологических наук, СПб государственный лесотехнический университет имени С.М. Кирова, доцент кафедры ботаники и дендрологии

Ведущая организация: ФГБУ науки «Ботанический институт

им. В.Л. Комарова РАН»

Защита состоится « 30 » мая 2012 года в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.220.02 при Санкт-Петербургском государственном лесотехническом университете им. С. М. Кирова по адресу: 194021, г. Санкт-Петербург, Институтский переулок, дом 5, Зал заседаний Ученого Совета.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке Санкт-Петербургского государственного лесотехнического университета им. С. М. Кирова.

Автореферат разослан «М» апреля 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

X.

Маркова И. А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. Разреживание древостоев, как и внесение удобрений, затрагивает все компоненты лесных фитоценозов. Изменения в напочвенной растительности индицируют изменения в фитоценозе. В свою очередь, изменения в фитоценозе связаны с сукцессионной динамикой лесной экосистемы, ее устойчивостью и восстановительными свойствами. В связи с этим представляется необходимым установить характер и направление изменений в структуре лесных фитоценозов под влиянием рубок ухода и комплексного ухода за лесом.

Следует не только изучить реакцию разных компонентов фитоценозов на хозяйственное воздействие, но и выявить тесноту связи изменений во всех ярусах лесного фитоценозов. с параметрами рубок ухода и комплексного ухода. В этих целях используется длительный опыт экспериментов с рубками ухода и комплексным уходом в насаждениях разного состава, возраста, типа леса в условиях европейской южной тайги.

Цель диссертационного исследования. Оценка длительного и регулярного влияния рубок ухода и внесения удобрений на все компоненты лесного фитоценоза, позволяющая выявить закономерности изменений в его структуре и улучшить качество ухода за лесом. Задачи исследования:

1. Изучение влияния рубок ухода (РУ) и комплексного ухода за лесом (КУ) на сосновые, еловые, лиственно-еловые и сосново-еловые древостой.

2. Исследование влияния рубок ухода и удобрений на подрост и подлесок в изучаемых насаждениях.

3. Анализ динамики проективного покрытия, видового разнообразия и экологического спектра растительности живого напочвенного покрова под воздействием рубок ухода и комплексного ухода за лесом.

4. Исследование влияния рубок ухода и комплексного ухода на парцеллярную структуру лесных фитоценозов.

Научная новизна. Выявлены изменения в подросте и подлеске под влиянием рубок ухода и комплексного ухода. Исследована динамика растительности ЖНП как индикатора изменений в лесном фитоценозе под влиянием разных вариантов ухода за лесом. Впервые изучено изменение парцеллярной структуры фитоценозов под воздействием ухода за лесом.

Практическая значимость работы состоит в получении результатов, которые могут быть использованы для анализа и оценки изменений в нижних ярусах фитоценоза под влиянием рубок ухода и комплексного ухода, корректировки режима ухода за насаждениями. Данная работа также расширяет спектр системных исследований влияния хозяйственного воздействия на лесные экосистемы.

Личный вклад. Автором проведены учеты живого напочвенного покрова и картирование парцеллярной структуры, выполнен учет подроста и подлеска на опытных участках, проведена камеральная и аналитическая

/\ Г\ ' \ 3

обработка данных.

Обоснованность и достоверность результатов подтверждается значительным объемом экспериментального материала, полученного на стационарных объектах с 35-летним сроком наблюдений и неоднократным повторением приемов рубок ухода и комплексного ухода. При этом использованы современные методы сбора и обработки экспериментальных данных, элементы системного подхода к решению конкретных задач исследования. Предмет зашиты.

1. Закономерности реакции различных компонентов лесных фитоценозов на рубки ухода и комплексный уход за лесом.

2. Закономерности динамики растительности ЖНП.

3. Изменение парцеллярной структуры ЖНП в хвойных и смешанных насаждениях под влиянием рубок ухода и комплексного ухода за лесом.

Апробация. Основные результаты исследования доложены на научной конференции молодых ученых Санкт-Петербургской лесотехнической академии (Санкт-Петербург, 2011), на научно-технических конференциях СПбГЛТА по итогам научно-исследовательских работ в 20102011гг.

По теме диссертации опубликованы 4 работы, включая 1 статью в реферируемом издании, рекомендованном ВАК («Известия СПб ГЛТУ»).

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, библиографического списка использованной литературы, включающего 172 наименования, из них 5 на иностранных языках. Общий объем работы - 211 машинописных страниц, включая 39 рисунков, 22 таблицы и 11 приложений.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

В данной главе рассматриваются результаты исследований по влиянию рубок ухода и комплексного ухода за лесом на напочвенную растительность, подрост и подлесок. Установлено, что регулярными разреживаниями обеспечивается формирование древостоев хозяйственно-необходимого состава, структуры и качества, удобрениями - ускоренное восстановление текущего прироста и запаса древостоев. Внесение удобрений в разреженный древостой приводит к повышению актуального плодородия почвы, что ускоряет биокруговорот элементов питания и обусловливает изменения во всех структурных звеньях лесного фитоценоза. Напочвенная растительность -наиболее динамичный компонент фитоценоза, через который реализуется система малого биокруговорота. Она также активно и закономерно реагирует на хозяйственные мероприятия (рубки ухода и комплексный уход за лесом). Обзор литературных источников дан автором структурированно. В диссертационной работе автор ссылается на A.B. Давыдова, С.Н. Сеннова,

Е.С. Мельникова, H.A. Баневу, Н.В. Беляеву, JI.C. Богданову, B.C. Победова, И.А. Банникову, В.В. Гримашкевич и др.

Анализ литературных источников выявил основные малоизученные аспекты исследуемой проблемы: 1) Изменения в древостое, подросте, подлеске и живом напочвенном покрове под влиянием рубок ухода и комплексного ухода. 2) Характер изменений в живом напочвенном покрове на этапе последействия ухода за лесом (через 30-35 лет с начала опыта). 3) Парцеллярное строение лесных фитоценозов под воздействием ухода за лесом.

2. ПРОГРАММА* МЕТОДИКА И ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В программу исследования включены следующие вопросы:

1. Влияние рубок ухода и комплексного ухода за лесом на рост и продуктивность сосновых, еловых и лиственно-еловых древостоев.

2. Влияние рубок ухода и комплексного ухода на подрост и подлесок на исследуемых объектах.

3. Динамика проективного покрытия, видового разнообразия и экологического спектра напочвенной растительности в хвойных и хвойно-лиственных насаждениях под влиянием регулярных рубок ухода и комплексного ухода за лесом.

4. Парцеллярная структура живого напочвенного покрова под воздействием рубок ухода и комплексного ухода за лесом.

Объектами исследований являются сосновые, еловые, лиственно-еловые, сосново-еловые насаждения разного возраста, бонитета, типа леса, расположенные на пробных площадях (ПП), заложенных сотрудниками лаборатории лесоводства ЛенНИИЛХ (ныне СПбНИИЛХ) под руководством проф. С.Н. Сеннова в период с 1971 по 1987 гг. В каждой серии ПП выделялись контрольные объекты (К), объекты с рубками ухода (РУ), применением удобрений (У) и комплексным уходом (рубка и удобрение, КУ). Их краткая характеристика представлена в табл.1. При инвентаризации пробных площадей применялся метод сплошных перечетов деревьев, традиционный для исследований на этих объектах. Период повторной таксации - 5 лет. Общая производительность древостоев определялась как суммарный запас стволовой древесины с учетом отпада и древесины, вырубленной при рубках ухода, за весь период эксперимента. При изучении влияния ухода за лесом на видовой состав и структуру живого напочвенного покрова основное внимание уделялось определению видового разнообразия и проективного покрытия живого напочвенного покрова. Для определения проективного покрытия применялась общепринятая методика учета растений на однометровых учетных площадках. Площадки закладывались на трансектах с расчетом их максимально равномерного размещения на пробной

Таблица 1

Характеристика объектов исследования

№ пробной площади Вариант опыта Площадь, га Год закладки Состав древостоя при закладке ПП Класс бонитета

При последней таксации Тип леса

Сосновые древостой

5-1 Контроль 0,20 1971 ЮС ед. Б ІОСт, ед.Ев I С чер. вл.

5-2 Двукратная рубка (1971,1981 гг.). 0,20 1971 ЮС ел.Б. Ос ІОС-я ед£з5 I С чер. вл.

5-3 Двукратная рубка + двукратное удобрение 1972,1982 гг.). 0,20 1971 ЮС ед.Б, Е 9С79ІЕ35 I С чер. вл.

12-1 Контроль 0,20 1976 ЮС+Бед. Е 10С+Бед.Е П С чер. вл.

12-2 Рубка (1973 гг.) 0,20 1976 ЮС ед.Б. Е ЮС78 И С чер. вл.

12-3 Рубка + двукратное удобрение (1974,1977 гг.). 0,20 1976 ЮС ед.Б.Е ЮС78 И С чер. вл.

6-3 Контроль 0,20 1971 ЮС ед.Б ЮСбб I Сбр.

6-2 Двукратная рубка (1971,1981 гг.). 0,20 1971 1 ОС ед.Б 10С66 I Сбр.

6-6 Двукратная рубка (1971,1981 гг.)+-дву кратное удобрение (1972, 1982 гг.). 0,20 1971 ЮЕ ед.Б ЮС70 I Сбр.

6-9 Рубка (1971гг.). 0,20 1971 ЮЕ ед.Б ЮС70 I Сбр.

6-5 Рубка (1971 г:) +трехкратное удобрение (1972, 1977,1982 гг.). 0,20 1971 1ОЕ ед.Б ЮС70 I Сбр.

Еловые древостой

10-1 Контроль 0,15 1974 8Е1Б10С+С 7Е781С1Б10с Ш Е чер.

10-2 Двукратная рубка (1974,1983 гт.). 0,19 1974 ЮЕед. С,Б,Ос юе78 II Е чер.

10-3 Двукратная рубка + трехкратное удобрение. 0,23 1974 8Е1С1Б+Ос ЮЕ7я II Ечер.

11-1 Контроль 0,05 1973 9Е1Б 8Е672Б Ш Е кис.

11-2 Трехкратная рубка (1973,1983,1991 гг). 0,05 1973 9Е1Б 7Е67ЗБ fe Екис.

11-3 Трехкратная рубка (1973,1983,1993 гг.+ двукратное удобрен. (1973, 1983 гг.). 0,05 1973 9Е1Б 9Е671Б 1а Е кис.

Лиственно-еловые древостой

13-1 Контроль 0,20 1976 8Б2Е 7БЙЗЗЕ58 ¡а Б кис.

13-2 Двукратное удобрение (1977,1982 гг.). 0,25 1976 8Б2Е 7Б6зЗЕ58 1а Б кис.

13-3 Двуприемное удаление лиственных +двукратное удобрение (1977,1982 гг.). 0,25 1976 8Б2Е + С 10Е58+С 1а Екис.

13-4 Двухприемное удаление лиственных (1976,1986 гг.). 0,25 1976 9Б1Е юе58 1а Е кис.

16-1 Контроль 0,20 1986 8Б2Е+С 8Б2Е55+С ¡а Бкис.

16-2 Одноприсмпое удаление лиственных (1986 гт.). 0,20 1986 9Б1Е едС ЮЕ55+С 1а Екис.

16-3 Одноприемное удаление лиственных +удобрение (1986 гг.) 0,20 1986 9Б1Е едС юе55+с 1а Екис.

18-1 Контроль 0,22 1987 6С4Е + Ос ед.Б 5C5E ед.Ос, Б П С чер.

18-2 Рубка (1980 г.) + Двухкратное удобрение(1984, 1986 гг.) 0,23 1987 6E4C + Ос ед.Б 5C5E +Ос ед.Б II Е чер.

18-3 Рубка (1980) + Двухкратное удобреиие(1984,1986 гг.) 0,22 1980 5С5Е+Ос. ед.Б 5С4Е10с ед.Б П С чер.

Примечание. Характеристика почвы: на ПП 5 и 12 - торфянисто-грубогумусный и торфянисто-перегнойный железисто-иллювиальный песчаный подзол на мореппых валунных суглинках; на ПП б - грубогумусный железисто-иллювиальный песчаный подзол па ледниково-озерных сортированных песках; на ПП 10 - влажногрубогумусная сильноподзолистая суглинистая на пылеватых покровных суглинках; на ПП И, 13, 16 -модергумусная слабоподоолисгая супесчаная на моренных суглинках; на ПП 18 -влажногрубогумусная среднеподзолистая супесчаная на пылеватых покровных суглинках.

площади. На каждой площади учетные работы производили на 10 площадках. На каждой площадке определялась степень проективного покрытия по видам растений. Определение экологических групп растительности нижних ярусов на пробных площадях осуществлялось с

использованием классификаций М.Д. Сибиряковой (1962 г.). Учет подроста и подлеска осуществлялся на 10-метровых круговых площадках (радиусом 1,78 м), закладываемых на трансектах равномерно по площади. Количество площадок составляло от 40 до 60 в зависимости от размера пробной площади. Подрост учитывался по категориям крупности: мелкий - до 0,5 м; средний - 0,51-1,5 м; крупный - свыше 1,5 м. Подлесок - также по категориям крупности (до 1 м; 1-2; 2-3, 3-4; 4 м и выше).

В пределах каждой пробной площади была проведена глазомерная оценка парцеллярной структуры живого напочвенного покрова. Первоначально по растениям-индикаторам и характеру смешения видов выделяли типичные парцеллы с указанием преобладающих видов. Глазомерно определяли проективное покрытие в пределах участка и характер смешения или мозаичности парцелл, затем производили их картирование.

В качестве удобрения применяли гранулированную мочевину (карбамид), которую разбрасывали вручную или механизированым способом с помощью МВУ-1 по поверхности почвы в ближайший вегетационный период после разреживания древостоя в мае-начале июня в дозе 150 кг/га азота по действующему веществу за один прием. Повторяемость внесения удобрения - двух- или трехкратная с интервалом в 5 и 10 лет. На некоторых опытных и опытно-производственных объектах, помимо мочевины, применяли также нитроаммофос в дозе 100 кг/га азота и 100 кг/га фосфора по д.в. (111116-3) или амиачную селитру, которую вносили осенью (1111 18-2 и ПП 18-3).

3. ВЛИЯНИЕ РУБОК УХОДА И КОМПЛЕКСНОГО УХОДА ЗА ЛЕСОМ НА ПРОДУКТИВНОСТЬ И УСТОЙЧИВОСТЬ СОСНОВЫХ, ЕЛОВЫХ И СМЕШАННЫХ ДРЕВОСТОЕВ

В данной главе дается подробная оценка влияния рубок ухода и удобрений на продуктивность и устойчивость древостоев. Анализируются динамика запаса, текущего прироста, отпада, соотношения текущего прироста и отпада древостоев на исследуемых опытных объектах.

Более чем тридцатилетние эксперименты позволяют говорить о достоверно положительном влиянии разреживаний и удобрений на рост практически всех древостоев, включенных в круг исследований.

На контрольных объектах прирост в большинстве случаев постепенно уменьшается, отпад усиливается. Проведение рубок ухода активизирует восстановительную функцию экосистемы. Внесение удобрений в разреженные древостой стимулирует восстановительные процессы в фитоценозе и экосистеме в целом.

На основании полученных данных были сделаны следующие выводы:

В сосняке брусничном эффект от лесохозяйственных мероприятий проявляется стабильнее, чем в сосняке черничном влажном, где заметное повышение продуктивности дает только комплексный уход. Для сосняков,

особенно сосняков брусничных характерен период пониженного прироста на этапе последействия удобрений.

В ельниках внесение удобрения в разреженный древостой способствует увеличению запаса. Для них характерны менее выраженные флуктуации прироста: на этапе последействия удобрений эффект снижения прироста здесь проявляется не так заметно, как в сосняках, что связано с особенностями стратегии роста этих пород. Для сосны характерна конкурентная стратегия — активного и быстрого расходования дополнительных ресурсов, для ельников - толерантная, связанная с более оптимизированным, растянутым во времени их потреблением.

В ельниках, сформированных из второго яруса комплексный уход, как и внесение удобрений в неразреженный древостой, не дают выраженного эффекта. Эффективны одно-двухприемные рубки, в процессе которых удаляется лиственный ярус и формируются чистые ельники из второго яруса (111113, 16). Лучший эффект дает проведение двукратной рубки ухода.

Результаты экспериментов с рубками ухода и удобрениями свидетельствуют о более высоком эффекте и перспективности ухода за сосново-еловыми насаждениями, по сравнению с лиственно-еловыми древос-тоями. Сосна как доминирующая порода с конкурентной стратегией роста имеет преимущество перед елью, но ель, благодаря толерантности, в конечном счете, сохраняет свое положение в древостое.

Рубки ухода и особенно комплексный уход изменяют динамику и уменьшают величину отпада в чистых хвойных древостоях. Удобрения, применяемые в лучших лесораститсльных условиях (сосняки брусничные и ельники кисличные), несколько усиливают отпад разреженных древостоев по сравнению с древостоями в худших условиях роста (сосняки и ельники черничные, по итогам 35-летних наблюдений). Отпад в ельниках, сформированных из второго яруса характеризуется сложной динамикой, но, в конечном счете, в удобренных древостоях он оказывается выше, нежели на сравнимых площадях без удобрения. В сосново-еловых древостоях удобрения снижают отпад.

Удобрения повышают устойчивость разреженных чистых хвойных древостоев и пока нет оснований говорить о снижении устойчивости ельниках, сформированных из второго яруса и, тем более, сосново-еловых древостоев после комп-лексного ухода, но можно говорить о более сложной реакции на уход и менее выраженных положительных результатах применения удобрений в этих насаждениях.

Комплексный уход дает несомненно положительные результаты в чистых хвойных древостоях. В ельниках, сформированных из второго яруса вполне положи-тельных результатов можно добиться одними регулярными разреживаниями, в сосново-еловых древостоях комплексный уход более перспективен.

4. ИЗМЕНЕНИЯ В ПОДРОСТЕ И ПОДЛЕСКЕ ПОД ВЛИЯНИЕМ РУБОК УХОДА И КОМПЛЕКСНОГО УХОДА ЗА ЛЕСОМ

Рубки ухода и удобрения по-разному оказывают влияние на подрост, подлесок, их формирование и развитие в чистых хвойных и смешанных насаждениях (табл. 2).

Таблица 2

Густота подроста и подлеска в хвойных древостоях, тмс.экз./га

Компоненты Вариант опыта

фитоценоза Контроль Рубка ухода Комплексный уход

Сосняки

ПП6-3 ПП 12-1 ПП 6-2/6-9 ПП 12-2 ПП 6-6/6-5 ПП 12-3

Подрост 0,38 1,08 0,65/0,84 1,18 0,91/1,03 3,83

Подлесок 0,51 0,62 0,47/0,58 0,49 0,18/0,32 0,36

Ельники

ПП10-1 ПП11-1 ПП 10-2 ПП 11-2 ПП 10-3 ПП11-3

Подрост 0,61 0 не опр. 1,41 1,37 0

Подлесок 5,15 4,73 не опр. 7,06 7,42- 3,46

Ельники, сформированные из второго яруса лиственно-еловых древостоев

ПП 13-1 ПП 16-1 ПП 13-4 ПП 16-2 ПП13-3 ПП16-3

Подрост 0,1 0 4,1 0,15 0,36 0.1

Подлесок 5,91 2,9 4,0 2,5 6,5 3,45

В сосняках отмечается значительное увеличение количества подроста как после проведения рубок, так и после комплексного ухода. Количество подроста в вариантах с комплексным уходом оказывается больше, чем в вариантах с рубкой ухода. Рубки ухода и особенно комплексный уход ускоряют ход сукцессии, стимулируя появление и развитие подроста, так как преобладает средний и крупный подрост ели под пологом леса на объектах ухода. С увеличением количества подроста наблюдается уменьшение количества подлеска. Это свидетельствует о том, что рубки ухода и комплексный уход стимулируют развитие подроста, который сдерживает развитие подлеска. Показатели подроста и подлеска в сосняке черничном влажном (Ш1 12) выше, чем в сосняке брусничном (1111 6), что можно объяснить недостатком влаги и пониженным плодородием почвы во втором случае.

В ельниках увеличение количества подроста в варианте с рубкой ухода сопряжено с увеличением количества подлеска. Это, по-видимому, объясняется лучшими лесорастительными условиями по сравнению с сосняками, улучшением светового довольствия, но сравнительно с вариантом внесения удобрений меньшим разрастанием разнотравья. В вариантах с комплексным уходом, напротив, наблюдается разрастание трав, подлеска и, как следствие, отсутствие подроста. Вероятно, это связано с быстрым расходованием дополнительного азотного питания активно развивающимися живым напочвенным покровом и подлеском и конкуренцией с их стороны. Таким образом, с точки зрения естественного возобновления, в лиственно-

еловых древостоях удаление лиственного яруса без внесения удобрений в перспективе дает наилучший результат, поскольку появление обильного и высокого подлеска после внесения удобрения препятствует естественному возобновлению. Опережающее развитие яруса разнотравья и подлеска в высокопродуктивных ельниках становится препятствием для развития подроста при уходе за лесом.

5. ВЛИЯНИЕ РУБОК УХОДА И КОМПЛЕКСНОГО УХОДА НА РАСТИТЕЛЬНОСТЬ ЖИВОГО НАПОЧВЕННОГО ПОКРОВА

Структурные изменения в растительности живого напочвенного покрова являются индикатором процессов, протекающих в насаждении. Развитие травяно-кустарничкового яруса связано с усилением интенсивности малого биокруговорота. Рубки ухода и особенно комплексный уход стимулируют этот процесс. Активное развитие мхов является признаком ослабления интенсивности малого биокруговорота, но при этом реализуется почвозащитная роль моховой растительности. В итоге в экосистеме реализуются ресурсосберегающие функции живого напочвенного покрова.

В ельнике черничном проведение комплексного ухода приводит к увеличению видового разнообразия растений живого напочвенного покрова. На объекте с внесением удобрения сохраняется преобладание травяно-кустарничкового яруса над моховым ярусом за весь период наблюдений. Рубки ухода и в большей мере комплексный уход стимулируют развитие злаков и разнотравья. Однако проведение ухода не приводит к увеличению проективного покрытия кустарничков. В ельнике черничном рубки ухода и комплексный уход снижают процент проективного покрытия черники -доминанта в живом напочвенном покрове и индикатора при определении типа леса, что приводит к постепенной смене черники брусникой. Рубки ухода и внесение удобрения, особенно в период их действия, также стимулируют развитие зеленых мхов.

Для ельника кисличного характерно преобладание травяно-кустарничкового яруса над моховым. Рубки ухода и комплексный уход активно стимулируют развитие живого напочвенного покрова по обилию и видовому составу. Внесение удобрения в разреженный древостой приводит к увеличению видового состава зеленых мхов и их проективного покрытия, но их присутствие незначительное. Рубки ухода и в большей степени удобрения, особенно в период их действия, способствуют появлению и развитию разнотравья. Проведение ухода не приводит к значительному увеличению доли злаков. Это, вероятно, связано с сильным разрастанием полукустарника малины, которая господствует в верхнем ярусе живого напочвенного покрова и подавляет развитие злаков.

В сосняке брусничном отмечено увеличение доли и видового разнообразия злаков в опытных вариантах. Комплексный уход в большей мере стимулирует развитие злаков, чем рубки ухода. Чем больше интенсивность

рубки и число приемов внесения удобрения, тем активнее идет развитие злаков. Разрастание злаков в этом типе леса связано с улучшением светового режима и ослаблением конкуренции со стороны древостоя. Усиленное разрастание злаков является признаком активизации малого биокруговорота. В этом типе леса травяно-кустарничковый ярус также преобладает над моховым. Проведение рубки ухода и особенно комплексного ухода сдерживает развитие зеленых мхов.

В сосняке черничном влажном мхи занимают преобладающую позицию над травяно-кустарничковым ярусом. В этом типе леса между этими двумя ярусами существует обратная связь по обилию. Удобрения способствуют увеличению конкурентоспособности травяно-кустарничкового яруса. Проведение рубки ухода и внесение удобрения сдерживают развитие кустарничков. Видовой состав кустарничков минимален, а видовой состав злаков и разнотравья максимален в варианте с комплексным уходом. Внесение удобрения явно стимулирует развитие злаков, но слабее, чем в сосняке брусничном. Рубки ухода и комплексный уход сдерживают развитие мхов только после первого их приема, затем наблюдается более сильное разрастание мхов, в первую очередь - сфагновых.

В ельниках, сформированных из второго яруса, рубки ухода и комплексный уход увеличивают видовое разнообразие живого напочвенного покрова. На объекте с комплексным уходом сохраняется преобладание травяно-кустарничкового яруса над моховым. В период действия рубки ухода и комплексный уход стимулируют развитие злаков. Последующее их снижение связано со смыканием полога древостоя. Разрастание мхов активизируется рубкой ухода, но сдерживается удобрением. В травяно-кустарнич-ковом ярусе рубки ухода и комплексный уход наиболее активно стимулируют развитие разнотравья.

В сосново-еловом древостое наблюдается отсутствие злаков на объекте комплексного ухода, что связано со смыканием полога древостоя и конкуренцией с его стороны. Процент проективного покрытия живого напочвенного покрова на объекте ухода больше, чем на контроле. Однако моховой ярус на объекте ухода занимает доминирующее положение над травяно-кустарничковым.

Рубки ухода и особенно комплексный уход высвобождают или привносят дополнительные питательные элементы в фитоценоз, тем самым расширяют экологическую нишу, которая заполняется растениями разного экологического спектра. Увеличиваются видовое разнообразие, обилие, продуктивность растений. Удобрения стимулируют появление и разрастание мегатрофов. Только в сосняках мегатрофы отсутствуют или появляются в незначительном количестве.

В ельниках рубки ухода и комплексный уход стимулируют разрастание видов растений, требовательных к плодородию почвы, таких, напри-

мер, как кислица, малина, вороний глаз. После рубки ухода и комплексного ухода наблюдается увеличение доли растений всех экологических групп по плодородию почвы (мега-, мезо- и олиготрофов). В ельниках, сформированных из второго яруса, комплексный уход увеличивает долю мега- и мезотрофов. Доля мега- и мезотрофов наибольшая на объекте с комплексным уходом. В сосняках отмечено преобладание олиготрофов над растениями остальных экологических групп.

В ельниках мезофиты занимают преобладающее положение над мезо-гигрофитами и гигрофитами. Растения-гигрофиты слабо разрастаются на относительно плодородных почвах ельника кисличного, но присутствуют на удобренном объекте ельника черничного. Комплексный уход и рубки ухода стимулируют развитие мезофитов.

В сосняках рубки ухода и комплексный уход сдерживают разрастание мезофитов. Они также снижают обилие мезогигрофитов, но только в период их действия. Рубки ухода и комплексный уход в сосняках черничных влажных стимулируют развитие гигрофитов. Рубки ухода в период их действия в сосняке брусничном стимулируют развитие мезофитов.

В ельниках, сформированных из второго яруса, наблюдается отсутствие гигрофитов на всех опытных объектах. Рубки ухода и особенно комплексный уход способствуют развитию мезо- и мезогигрофитов.

6. ФОРМИРОВАНИЕ ПАРЦЕЛЛЯРНОЙ СТРУКТУРЫ ЛЕСНЫХ ФИТОЦЕНОЗОВ ПОД ВЛИЯНИЕМ РУБОК УХОДА И КОМПЛЕКСНОГО УХОДА

Парцеллярная структура является информативным показателем сложности и устойчивости лесного фитоценоза. Опосредованным образом она связана также с продуктивностью и видовым разнообразием фитоценоза, но эта связь проявляется не столь очевидным образом. Воздействие рубок ухода и комплексного ухода за лесом на динамику парцеллярной структуры изучено недостаточно.

Исследования на опытных объектах рубок ухода и комплексного ухода показывают, что на этапе последействия ухода, спустя 20-25 лет и более после последнего приема рубок и внесения удобрений, как правило, не наблюдается увеличения количества парцелл. Их число варьирует от 2 до 4. Структурная организация фитоценоза под влиянием вмешательства с разреживанием или внесением удобрений не претерпевает серьёзных изменений и остается достаточно жесткой, формируемой под контролем доминанта и эдификатора насаждения, т.е. древостоя. Однако характер парцелл на многих объектах существенно меггяется. Это касается видового состава и обилия растительности в пределах парцелл (ельник черничник; ельник кисличник, сформированный из второго яруса; сосново-еловое насаждение).

ь;,

2 ......... з

Рис. 1. Парцеллярное сложение фитоценоза в ельнике черничном (ПП 10) Парцеллы: 1- Елово-кислично-чернично-вейниково-разнотравная; 2- Елово-чернично-бруснично-зелено-мошная; 3- Осиново-чернично-зеленомошно-мертвопокровная; 4-Елово-кислично-чернично-зеленомошная; 5 -Елово-гцитовниково-сфагновая; 6 - Елово-кислично-разнотравная; 7 - Елово-кислично-щитовниково-разнотравная.

Нб ЕЪ Ш И? 1,0

Рис. 3 . Парцеллярное сложение лиственно-елового насаждения (ПП 13) Парцеллы: 1- Березово-елово-кислично-разно-травная; 2- Березово-елово-кислично-щитов-никово-разнотравная; 3- Кислично-щитовни-ково-малинниково-разнотравно-зеленомошная в окнах; 4- Березово-елово-кислично-щитов-никово-разнотравная с присутствием черники; 5- Кислично-щитовниково-зеленомошная с присутствием черники, в окнах; 6- Елово-кислично-чернично-зеленомошная; 7- Елово-кислично-зеленомошная с обедненным разнотравьем; 8- Елово-кислично-разнотравно-зеленомошная; 9- Березо-елово-кислично-черничная; 10- Елово-кислично-чернично-разнотравная.

1

2

3

Рис. 2. Парцеллярное сложение фитоценоза в сосняке черничном влажном (ПП 5) Парцеллы: 1- Сосново-чернично-мшистая слабокочкарниковая; 2 - Сосново-чернично-мшисто-кочкарниковая; 3 - Сосново-чернично-мшистая выровненная

-ПП 18-1

к

М:

-ПП 18-2

жмш

ЕЗ-1 ЕЗг ¡¿¿}з Ш4 ЕЗБ

Рис. 4. Парцеллярное сложение сосново-

елового насаждения (1111 18) Парцеллы: 1 - Елово-сосново-чернично-зеленомошно-сфагновая; 2 - Бруснично-чернично-сфагновая на месте ветровала; 3 -Елово-сосново-бруснично-чернично-зелено-мошная; 4- Сосново-елово-бруснично-чер-нично-зленомошная; 5- Бруснично-сфагново-папоро гниковая в окне

Для контрольного объекта в ельнике черничном (ПП 10-1) характерно полосное чередование парцелл (рис.1). Внесение удобрения в разреженный древостой (ПП 10-3) усложняет парцеллярную структуру живого напочвенного покрова на этом объекте. Здесь имеются 4 парцеллы. Характер их чередования - очагово-полосный. Переход между парцеллами здесь резко выражен благодаря различию по видовому составу растительности живого напочвенного покрова в пределах парцелл. На удобренном объекте отмечено увеличение доли и количества видов мегатрофов и уменьшение олиготрофов по сравнению с контрольным вариантом.

Следует отметить, что переход между смежными парцеллами контрольного объекта и удобренного объекта очень резкий и четкий. Между ними существует большая контрастность. Парцеллы удобренного объекта, примыкающие к смежным парцеллам контрольного объекта, характерны наличием видов живого напочвенного покрова (разнотравье, щитовник), которые предпочитают почвы более плодородные, что несомненно связано с внесением удобрения.

Для сосняка черничного влажного (ПП 5) также характерно полосное чередование парцелл (рис. 2). Здесь наблюдается отчетливая парцеллообразующая роль микрорельефа. Из-за переувлажнения почвы видовой состав живого напоч-венного покрова небогатый, что характерно для этого типа леса. Здесь отсутствуют растения-мегатрофы. Доля и количество видов мезотрофов небольшие. В противоположность этому количество и доля олиготрофов намного больше, чем мезотрофов. Причем моховой ярус преобладает над травяно-кустарничковым ярусом, особенно сильно здесь разрастаются плевроциум Шребера, кукушкин лен, сфагнум рекурвум. Однако парцеллярная структура живого напочвенного покрова в количественном отношении со временем не усложняется. На объектах ухода наблюдаются по 3 парцеллы, чем они отличаются от контрольного объекта с 2 парцеллами. Внесение удобрения в разреженный древостой не внесло существенных различий в парцеллярную структуру, лишь обусловило некоторое увеличение количества видов по сравнению с вариантом с рубкой ухода. На объектах ухода появляется новая парцелла — сосново-чернично-мшистая выровненная. Рисунок распределения и чередования парцелл довольно четкий по микрорельефу. Видовой состав живого напочвенного покрова между парцеллами каждого объекта не различается.

В ельнике, сформированном из второго яруса лиственно-елового насаждения, парцеллы в отношении пространственного размещения имеют очагово-пятнистый характер (рис. 3). На контроле (111113-1) парцеллярность выражена слабо. На вариантах ухода парцеллы выделяются более четко и заметны признаки увеличения видового разнообразия и обилия индикаторных и многих фоновых видов растительности в пределах парцелл. Особенно заметно обильное присутствие на удобренных объектах мегатрофов и мезомегатрофов: кислицы, фиалок, вороньего глаза, зеленых

мхов - мниума, ритидиадельфуса. Это обилие отмечается спустя даже 20-25 лет после последнего приема рубок и внесения удобрений в данных насаждениях.

В сосново-еловом насаждении (ПП 18) видовой состав напочвенной растительности в пределах парцелл относительно небогат, что характерно для данного типа леса (рис. 4). Но характер пространственного распределения растительности в пределах парцелл и характер чередования самих парцелл заметно различается на контроле и в варианте применения удобрений. На контроле отмечается слабее выраженная парцеллярность, чем на удобренном объекте, и очагово-пятпистый рисунок смешения парцелл. Крупные очаги напочвенной растительности приурочены исключительно к окнам, прогалинам, разрывам в древесном пологе. В то же время более мелкая пятнистость не связана непосредственно с разрывами в пологе. На удобренном участке отмечается очагово-волнистый (очагово-полосный) характер чередования парцелл. Рисунок распределения и чередования парцелл здесь более определенный и четкий. Видовое разнообразие растительности на контроле и на удобренном участке сильно не различается (соответственно 11 и 10 видов). Однако на контроле более заметны рассеянность и смешение видов, тогда как на опытном варианте больше проявляется их сгруппированность и четкий рисунок парцелл.

Таким образом, разреживание еловых древостоев рубками ухода способствует развитию растительности живого напочвенного покрова, что напрямую связано с увеличением емкости малого биокруговорота, осуществляемого за счет разнотравья и в определенной мере злаков. Внесение удобрения интенсифицирует малый биокруговорот: увеличивается видовой состав и обилие видов растительности (ПП 10-3 и 13-3). Системы большого биокруговорота, осуществляемого через древостой, и малого, посредством нижних ярусов растительности (в данном случае ЖНП), взаимосвязаны. В сосняках после внесения удобрений происходит не расширение видового спектра растительности ЖНП,-. а увеличение их обилия и перегруппировка между разными экологическими группами (олиго- и мезотрофами, редко мегатрофами). Таким образом, растительность живого напочвенного покрова в сосняках «вынуждена» уходить от усиления конкуренции со стороны древостоя не путём сокращения видового состава, а посредством усиления и даже ужесточения своей структуры. Отсюда четко выраженная парцеллярность и характерное очагово-волнистое чередование парцелл (ПП 18-2).

В ельниках, сформированных из второго яруса (ПП 13), ситуация иная. Они произрастают на почвах с потенциально более высоким плодородием, видовой состав растительности живого напочвенного покрова здесь намного разнообразнее. Интенсификация биокруговорота происходит не только за счет увеличения обилия видов, но и расширения их видового состава: особое место здесь занимают растения мега- и мезомегатрофы.

Ельники характеризуются толерантной стратегией роста; на этапе

последействия удобрений не наблюдается выраженного снижения прироста, как в сосняках. Конкуренция со стороны древостоя усиливается не так резко и заметно, как в сосняках, что позволяет растительности живого напочвенного покрова при достаточно высоком потенциале почвенного плодородия сохранять свои позиции даже спустя длительное время после ухода.

В ельниках выявляется четкая зависимость успешности возобновления ели под пологом леса от парцеллярной структуры фитоценоза на участках с уходом. В елово-кислично-зеленомошной парцелле с обедненным разнотравьем (разреживание без внесения удобрения, ПП 13-4) ослаблена конкуренция разнотравья с самосевом ели, что и позволило обеспечить ее хорошее возобновление (4,1 тыс. экз./га). В елово-кислично-разнотравно-зсленомошной парцелле (комплексный уход, ПП 13-3) с богатым видовым составом растений ЖНП, с усилением присутствия мегатрофов и даже нитрофилов, наблюдается резкое ухудшение условий возобновления ели (0,4 тыс. экз./га). К тому же на удобренных вариантах в ельнике кисличнике наблюдается наибольшее по сравнению с контролем и разреженным вариантом разрастание подлеска, который также успешно конкурирует с подростом ели.

В ельнике черничнике на объекте с комплексным уходом (ПП 10-3) на естественное возобновление ели оказывает отрицательное влияние усложнение парцеллярной структуры и усиленное развитие мегатрофов и других требовательных к плодородию почвы растений ЖНП. Кроме того, и здесь обильно разрастается подлесок, что также затрудняет возобновление ели (1,4 тыс. экз./га).

Парцеллярный анализ возобновления древесных пород позволяет глубже разобраться в причинах, ограничивающих появление подроста под пологом леса.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В чистых по составу сосновых и еловых древостоях удобрение в сочетании с разреживанием способствует увеличению запаса. Помимо этого, удобрение, внесенное в разреженный древостой, ускоряет восстановительные процессы в фитоценозе и повышает устойчивость древостоя. В сосняке брусничном эффект от ухода проявляется стабильнее, чем в сосняке черничном. В ельниках, сформированных из второго яруса, внесение удобрений оказалось малоэффективным. Внесение удобрений в неразреженный двухярусный древостой также не дало положительного результата. В последнем случае удобрения, так или иначе, стимулируют напряженность межвидовых отношений, значительная часть дополнительных ресурсов вовлекается в структурные перестройки, что ослабляет хозяйственный эффект удобрений. Следовательно, неэффективно применять удобрения на этапе реструктуризации смешанного древостоя (например, при

удалении верхнего яруса), по-видимому, лучше применить их позднее, когда древостой адаптируется к изменившимся условиям среды.

Комплексный уход в сосново-еловых древостоях вполне перспективен.

Подлесок более сильно разрастается в ельниках по сравнению с соснякам в результате разреживания и внесения удобрения. Опережающее развитие яруса разнотравья и подлеска в высокопродуктивных ельниках становится препятствием для развития подроста при уходе за лесом. В лиственно-еловых древостоях удаление лиственного яруса без внесения удобрений приводит к появлению большего количества подроста, поскольку появление обильного и высокого подлеска после внесения удобрения препятствует естественному возобновлению. В сосняках с увеличением количества подроста наблюдается уменьшение количества подлеска.

Для ельника кисличного характерно преобладание травяно-кустарничкового яруса ЖНП над моховым на всех вариантах опыта. В ельнике черничном развитие травяно-кустарничкового яруса стимулирует комплексный уход, что связано с интенсификацией малого биокруговорота в фитоценозе и ускорением сукцессии.

Рубки ухода и комплексный уход активно стимулируют развитие живого напочвенного покрова по обилию и видовому разнообразию. В ельниках после рубки ухода и комплексного ухода наблюдается увеличение доли растений всех экологических групп по плодородию почвы, но с преобладанием мега- и мезотрофов.

В ельниках преобладающее положение над мезогигрофитами и гигрофитами занимают мезофиты,

В сосняке брусничном отмечено увеличение доли и видового разннообразия злаков в опытных вариантах, что также связано с интенсификацией малого биокруговорота. Комплексный уход в большей мере стимулирует развитие злаков,чем рубки ухода. Чем больше интенсивность рубки и число приемов внесения удобрения, тем активнее идет развитие злаков. В сосняке черничном влажном мхи занимают преобладающую позицию над травяно-кустарничковым ярусом. Внесение удобрения явно стимулирует развитие злаков, но слабее, чем в сосняке брусничном.

В сосняках отмечено преобладание олиготрофов над растениями остальных экологических групп, растения-мегатрофы отсутствуют или появляются в немногочисленном количестве.

В сосняках черничных влажных рубки ухода и комплексный уход сдерживают разрастание мезофитов и стимулируют развитие гигрофитов, что объясняется уменьшением транспирации разреженным древостоем.

В ельнике, сформированном из второго яруса, на объекте с комплексным уходом сохраняется преобладание травяно-кустарничкового яруса над моховым и увеличивается доля мега- и мезотрофов.

Рубки ухода и особенно комплексный уход в ельнике, сформированном из второго яруса, способствуют развитию мезо- и мезогигрофитов. Гигрофиты здесь отсутствуют на всех вариантах опыта.

В сосново-еловом древостое через 25 лет после комплексного ухода наблюдается отсутствие злаков, что объясняется недостатком света в сомкнувшемся древостое. Разнотравье здесь также почти отсутствует. Преобладают зеленые мхи и кустарнички.

В ельниках выявляется четкая зависимость успешности возобновления ели под пологом леса от парцеллярной структуры фитоценоза на участках с уходом. В сосняках такой зависимости не обнаружено.

Опосредованными условиями формирования парцеллярной структуры в насаждениях являются: возрастной этап формирования фитоценоза, конкуренция, прежде всего со стороны древостоя, стратегия роста главной породы — доминанта, и лесорастительные условия, обеспечивающие уровень богатства, обилия видов напочвенной растительности. Эти условия проявляются посредством реализации механизма биокруговорота, где проявляется заметная взаимосвязь между большим и малым биокруговоротом. На этапе последействия ухода, спустя 20-25 лет и более после последнего приема рубок и внесения удобрений, не наблюдается количественного увеличения числа парцелл по сравнению с контрольным вариантом. Структурная организация фитоценоза под влиянием вмешательства с разреживанием или внесением удобрений не претерпевает серьёзных изменений и остается достаточно жесткой, формируемой под контролем доминанта и эдификатора - древостоя. Достаточная определенность, выраженная жесткость, лимитированность элементов парцеллярной структуры (ограничено количество парцелл, видов растений) являются признаком организации лесной экосистемы (лесного биогеоценоза), его устойчивости и целостности.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Шуен Нган Ха, Чан Тхе Хунг, Чан Ань Туан, Мельников Е.С. Целевые программы рубок ухода в хвойных насаждениях Вьетнама // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. Вып. 193. СПб.: 2010. С.22-31.

2. Нгуен Нган Ха, Нгуен Тхи Тху Ха, Коволев Н.В., Ходачек A.C. Особенности использования ресурсов леса во Вьетнаме // Современные проблемы и перспективы рационального лесопользования в условиях рынка: Сборник материалов Международной научно-практической конференции молодых ученых, проходившей 10-11 ноября 2011 г. Санкт-Петербург. Изд-во СПбГЛТА. 2011. С.86-88.

3. Нгуен Нган Ха, Нгуен Тхи Тху Ха, Чан Ань Туан. Динамика живого напочвенного покрова в сосняке и ельнике черничных после комплексного ухода за лесом // Современные проблемы и перспективы рационального лесопользования в условиях рынка: Сборник материалов Международной научно-практической конференции молодых ученых, проходившей 10-11 ноября 2011 г. Санкт-Петербург. Изд-во СПбГЛТА. 2011. С.89-92.

4. Нгуен Нган Ха, Мельников Е.С., Смирнов А.П. Исследование парцеллярной структуры живого напочвенного покрова под влиянием рубок ухода и комплексного ухода за лесом // Известия Санкт-

Петербургской лесотехнической академии. Вып.198. СПб., 2012. С.50-58.

***

Отзывы на автореферат в двух экземплярах с заверенными подписями просьба направлять по адресу: 194021 г. Санкт-Петербург, Институтский пер., 5, Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет им. С.М. Кирова, Ученому секретарю диссертационного совета. Факс: (812) 670-92-17.

НГУЕН НГАН ХА АВТОРЕФЕРАТ

Подписано в печать с оригинал-макета 19.04.12. Формат 60x84/16. Бумага офсетная. Печать трафаретная. Уч.-изд. л. 1,0. Печ. л. 1,25. Тираж 100 экз. Заказ № 120. С 13 а.

Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет Издательско-полиграфический отдел СПбГЛТУ 194021, Санкт-Петербург, Институтский пер., 5.

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Нгуен Нган Ха, Санкт-Петербург

61 12-6/502

Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. Кирова

на правах рукописи

Нгуен Нган Ха

ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ УХОДА ЗА ЛЕСОМ НА КОМПОНЕНТЫ ФИТОЦЕНОЗОВ В УСЛОВИЯХ ЮЖНОЙ ТАЙГИ

(на примере Ленинградской области)

06.03.02 - Лесоведение, лесоводство, лесоустройство и лесная таксация

диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук, профессор Е.С. Мельников

Санкт-Петербург - 2012

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ...................................................................................................... 4

ГЛАВА 1. Состояние вопроса..................................................................... д

1.1. Влияние рубок ухода и комплексного ухода на продуктивность и устойчивость лесных фитоценозов................................................................ 9

1.2. Влияние рубок ухода и комплексного ухода на растительность нижних ярусов хвойных и хвойно-лиственных насаждений....................... 16

1.2.1. Изменения в живом напочвенном покрове....................................................................................^ ^

1.2.2. Изменение в подросте и подлеске................................................................................................................21

1.3. Парцеллярное строение лесных биогеоценозов..........................................................................23

ГЛАВА 2. Программа, методика и объекты исследования......................................29

2.1. Программа исследования............к......................................................................................................................29

2.2. Методика исследования........................................................................................................................................................29

2.3. Объекты исследования..........................................................................................................................................................34

ГЛАВА 3. Влияние рубок ухода и комплексного ухода за лесом на продуктивность и устойчивость сосновых, еловых и смешанных

древостоев...............................................................................................................¿ц

3.1. Динамика продуктивности древостоев под влиянием регулярных рубок ухода и комплексного ухода за лесом................................................. 41

3.2. Влияние рубок ухода и комплексного ухода на устойчивость древостоев.................................................................................................... 67

3.2.1. Отпад....................................................................................................... £7

3.2.2. Соотношение величин отпада и текущего прироста..........................

ГЛАВА 4. Изменения в подросте и подлеске под влиянием рубок

ухода и комплексного ухода за лесом......................................................... 85

ГЛАВА 5. Влияние рубок ухода и комплексного ухода на

растительность живого напочвенного покрова....................................... 97

5.1. Динамика живого напочвенного покрова под влиянием рубок ухода

и комплексного ухода за лесом....................................................................... 98

5.2. Динамика различных экологических групп живого напочвенного покрова под влиянием рубок и комплексного ухода за лесом.................... 120

5.2.1. Распределение растений живого напочвенного покрова по требовательности к плодородию почвы........................................................ 120

5.2.2. Распределение растений живого напочвенного покрова по

требовательности к влажности почвы............................................................ 135

ГЛАВА 6. Формирование парцеллярной структуры лесных фитоценозов под влиянием рубок ухода и комплексного ухода........... 146

6.1. Особенности парцеллярной структуры на опытных объектах............. 145

6.2. Связь естественного возобновления ели с парцеллярной..................... 153

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.......................................................................................... 165

Библиографический список......................................................................... 174

Приложения..................................................................................................... 192

ВВЕДЕНИЕ

Повышение продуктивности леса - важнейшая задача лесоводства. Особенно эффективно она решается путем применения минеральных удобрений и с помощью рубок ухода за лесом. Однако при их комплексном сочетании могут достигаться заметно лучшие результаты. При этом усиливаются положительные стороны каждой из меры ухода за лесом и одновременно ослабляются некоторые негативные последствия их раздельного применения. Многочисленные и длительные эксперименты с удобрениями показали высокую результативность применения их в лесу.

Рубки ухода являются фактором, который выводит биогеоценоз из состояния устойчивого подвижного равновесия и вызывает в нем ответные восстановительные реакции. Удобрение же является дополнительным ресурсом, который стимулирует биокруговорот и позволяет выявить пути реализации этого ресурса в восстановительных процессах.

Актуальность темы;

Одним из важнейщих принципов устойчивого управления и рационального пользования лесами является сохранение и развитие биологического разнообразия. Для успешного соблюдения этого принципа необходимо решить целый ряд задач по выявлению способов сохранения биоразнообразия и повышения продуктивности леса. В данной диссертации мы исследуем рубки ухода и комплексный уход за лесом и их влияние на лесные фитоценозы.

Разреживание древостоев, как и внесение удобрений, затрагивает все компоненты лесных фитоценозов. Изменения в напочвенной растительности индицируют изменения в фитоценозе. В свою очередь, изменения в фитоценозе связаны с сукцессионной динамикой лесной экосистемы , ее устойчивостью и

восстановительными свойствами. В связи с этим, представляется необходимым установить характер и направление изменений в структуре лесных фитоценозов под влиянием рубок ухода и комплексного ухода за лесом.

Следует не только изучить реакцию разных компонентов фитоценозов на хозяйственное воздействие, но и выявить тесноту связи изменений во всех ярусах лесного фитоценозов с параметрами рубок ухода и комплексного ухода.

Изучение лесных экосистем направлено на установление характера их развития и определение параметров их устойчивости. В результате мы должны стремиться к такому хозяйству, при котором с единицы площади получали бы максимальное количество древесины. Влияние же рубок на нижние ярусы растительности ранее изучалось непосредственно с целью выявления возобновительного потенциала фитоценозов.

В настоящее время актуальным становится изучение влияния лесохозяйственного воздействия на все компоненты и качественные показатели фитоценозов, включая и их видовое разнообразие. Перспективно рассматривать видовое разнообразие (биоразнообразие) в комплексе и тесной взаимосвязи с такими важнейшими характеристиками и свойствами фитоценозов, какими являются их продуктивность и устойчивость (комплекс: продуктивность — устойчивость - биоразнообразие).

Цель работы: Оценка длительного и регулярного влияния рубок ухода и внесения удобрений на все компоненты лесного биогеоценоза, позволяющая выявить закономерности изменений в его структуре и улучшить качество ухода за лесом.

Задачи исследования

1. Изучение влияния рубок ухода и комплексного ухода за лесом на сосновые, еловые, лиственно-еловые и сосново-еловые древостой.

2. Исследование влияния рубок ухода и удобрений на подрост и подлесок в изучаемых насаждениях.

3. Анализ динамики проективного покрытия, видового разнообразия и экологического спектра растительности живого напочвенного покрова под воздействием рубок ухода и комплексного ухода за лесом.

4. Исследование влияния рубок ухода и комплексного ухода на парцеллярную структуру живого напочвенного покрова.

Научная новизна исследования:

1. Выявлены изменения в подросте и подлеске под влиянием рубок ухода и комплексного ухода.

2. Исследована динамика растительности живого напочвенного покрова как индикатора изменений в лесном фитоценозе под влиянием разных вариантов ухода за лесом.

3. Впервые изучено изменение парцеллярной структуры живого напочвенного покрова под воздействием ухода за лесом.

Практическая значимость работы состоит в получении результатов, которые могут быть использованы для выявления, анализа и оценки изменений в нижних ярусах фитоценоза под влиянием рубок ухода и комплексного ухода, корректировки режима ухода за насаждениями. Данная работа также расширяет спектр системных исследований влияния хозяйственного воздействия на лесную экосистему.

Личный вклад. Автором проведены учеты живого напочвенного покрова и картирование парцеллярной структуры, выполнен учет подроста и подлеска на опытных участках, проведена камеральная и аналитическая обработка данных.

Результат научной работы. Информация о влиянии рубок ухода и комплексного ухода за лесом на компоненты лесных фитоценозов,

напочвенную растительность; выявление парцеллярной структуры живого напочвенного покрова на опытных объектах.

Обоснованность и достоверность результатов подтверждается значительным объемом экспериментального материала, полученного на стационарных объектах с 35-летним сроком наблюдений и неоднократным повторением приемов рубок ухода и комплексного ухода. При этом использованы современные методы сбора и обработки экспериментальных данных, элементы системного подхода к решению конкретных задач исследования.

Предмет защиты.

1. Закономерности реакции различных компонентов лесных фитоценозов на рубки ухода и комплексный уход за лесом.

2. Закономерности динамики растительности ЖНП.

3. Изменение парцеллярной структуры ЖНП в хвойных насаждениях под влиянием рубок ухода и комплексного ухода за лесом.

Апробация. Основные результаты исследования представлены в научных статьях, на научной конференции молодых ученых Санкт-Петербургской лесотехнической академии (Санкт-Петербург, 2011), на научно-технической конференции СПбГЛТА по итогам научно-исследовательских работ в 2010-2011 гг.

По теме диссертации опубликованы 4 работы, включая 1 статью в реферируемом издании, рекомендованном ВАК.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, библиографического списка использованной литературы, включающего 172 наименований, из них 5 на иностранных языках. Общий объем работы - 211 машинописных страниц, включая 39 рисунков, 22 таблицы и 11 приложений.

Автор выражает благодарность своему научному руководителю - проф. Мельникову Е.С. и проф. Смирнову А.П., которые осуществляли чуткое руководство и оказывали помощь в подготовке данной работы. Автор также глубоко признателен за помощь и советы работниками кафедры лесоводства: проф. Мартынову А.Н., проф. Грязькину A.B., доц. Беляевой Н.В., доц. Аникину A.C. и другим.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

В данной главе рассматриваются литературные данные по влиянию рубок ухода и комплексного ухода за лесом на напочвенную растительность, подрост и подлесок. Данный вопрос нужно рассматривать, как влияние хозяйственных мероприятий на лесной фитоценоз и даже лесную экосистему в целом. Сложность взаимосвязей в фитоценозе делает необходимым проведение многофакторного анализа и учета системных свойств лесной экосистемы. В связи с этим, в обзоре литературных источников последовательно рассматриваются системные свойства лесного фитоценоза, минеральное питание и биокруговорот, изменения в разреживаемых рубками древостоях, изменения в нижних ярусах растительности, в частности подросте, подлеске, кустарничках.

1.1. Влияние рубок ухода и комплексного ухода на продуктивность и устойчивость лесных фитоценозов Рубки ухода за лесом - очень важное лесохозяйственное мероприятие, направленное на формирование и ускоренное выращивание хозяйственно ценных высокопродуктивных насаждений. Оно заключается в периодическом удалении из насаждений части деревьев, создании благоприятных условий для роста лучших деревьев главных пород, проводятся с момента образования насаждения и заканчиваются за один класс возраста до возраста главной рубки.

Регламентация рубок ухода появилась еще в XIX веке, в связи с изданием «Наставления по уходу за лесом» (1879 г.). Изначально и впоследствии целью рубок ухода являлось повышение продуктивности лесов - улучшение состава, товарной структуры и санитарного состояния древостоя, уменьшение времени лесовыращивания и только в последнюю очередь повышение устойчивости насаждений.

На этапе формирования теории рубок ухода за лесом в основе лежал принцип рубить «рано, умеренно, часто» [126], от которого со временем отказались ввиду его экономической нерентабельности [16, 22]. И в современных условиях находят применение более сильные и поздние рубки. Хотя существует мнение об опасности применения интенсивных рубок [44] и при определенных условиях оно подтверждается, особенно при условии применения современных технических средств и тяжелой техники.

Последствия рубок ухода сведены к следующим:

1. Увеличение освещенности кроны, повышение температуры почвы и воздуха, увеличение влажности почвы, усиление в ней микробиологических процессов. Они ускоряют разложение подстилки и в целом круговорот веществ и энергии.

2. В хороших лесорастительных условиях положительные последствия рубок проявляются чаще и сильнее. Что способствует усилению физиологических процессов, особенно у отставших в росте деревьев.

Отмечаются также и неблагоприятные последствия: усиление действия ветра, перепады температуры, уплотнение почвы и большее ее промерзание в бесснежные зимы и др. [6,136].

Давыдов А.В.(1971) отмечал, что рубки ухода повышают продуктивность и устойчивость насажений, а также сокращают время лесовыращивания, если интенсивность рубкок не превышает естественного отпада.

По данным Сеннова С.Н. (1977) рубками ухода не удается повысить общей производительности чистых по составу древостоев. Сильные поздние рубки могут понизить ее.

Использование рубок ухода сводилось к получению дополнительной древесины за счет проведения данного мероприятия. Исследование нижних ярусов растительности проводилось с целью дать комплексный анализ

изменений в фитоценозе. Данная работа проводилась с целью определить более точно влияние рубок ухода и удобрений на древостой, нижние ярусы насаждения, в т.ч. живой напочвенный покров и связать изменения в напочвенной растительности с изменениями в структуре фитоценоза.

Рубки ухода в настоящее время являются мероприятием, для проведения которого используется высокопроизводительная техника. Основным требованием при проведении рубок является их технологическая аккуратность, смысл которой заключается в сохранении оставленного древостоя [131]. Тем не менее при проведении рубок происходит неизбежное повреждение части оставленных деревьев, которое в свою очередь приводит к их ослаблению, заражению болезнями и дендрофильными насекомыми. Для поддержания жизнеспособности и активизации оставленного древостоя, появилось необходимость использования удобрений [97, 136].

Внесение удобрений является мероприятием, которое должно четко согласовываться с рубками ухода. Без предварительного проведения разреживания древостоя удобрения приносят гораздо меньший эффект. Согласование режима рубок ухода и срока внесения удобрений является также и экономически выгодным [88, 97, 140]

В конце 1960-х и начале 1970-х годов, усиливается интерес к минеральным удобрениям, и начинаются активные эксперименты с ними в лесу.

Возможность использования удобрений для повышения продуктивности лесов отмечалась давно. За рубежом опыты с удобрениями были заложены в начале XX века в лесах Германии [92]. Но только в 1950-60-х годах в связи с развитием туковой промышленности началось интенсивное удобрение лесов: сначала в опытном порядке, а затем и в более широкой практике лесного хозяйства [51]. Достаточно широко применялись удобрения в странах Скандинавии.

В России аналогичные научные работы начали проводиться в 1970-х годах. Практически сразу переходят к их применению в практике лесного хозяйства, что дает положительные результаты. Параллельно проводятся исследования, изучающие механизмы воздействия удобрений на лесные биогеоценозы. Однако почти неизученным остается влияние удобрений на сукцессии лесных фитоценозов, хотя компонентам лесного фитоценоза, в частности живому напочвенному покрову, уделялось достаточно много внимания [14, 45, 120, 122, 125].

Большинство опытов с комплексным уходом доказали его целесообразность и позволили выявить ряд преимуществ данной системы перед раздельным применением рубок ухода и удобрений. Они заключаются в следующем:

1) Рубками ухода нельзя увеличить прирост древостоя в целом. Внесение удобрений обеспечивает такое увеличение.

2) После разреживания не наблюдается усиления роста наиболее перспективных крупных деревьев. На удобрение они отзываются в первую очередь.

3) После рубок ухода нарушается соотношение между массой кроны и ствола, разрастается крона, особенно в первые годы. Удобрение увеличивает прирост ствола и восстанавливает структуру надземной фитомассы.

4) Внесение удобрений без рубок ухода приводит к улучшению роста деревьев пониженного качества. Сочетание �