Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Пространственно-временная динамика основных лесообразующих видов древесных растений государственного природного заповедника "Столбы"

ВАК РФ 06.03.02, Лесоустройство и лесная таксация

Автореферат диссертации по теме "Пространственно-временная динамика основных лесообразующих видов древесных растений государственного природного заповедника "Столбы""

На правах рукописи

Шушпанов Александр Сергеевич

ПРОСТРАНСТВЕННО - ВРЕМЕННАЯ ДИНАМИКА ОСНОВНЫХ ЛЕСООБРАЗУЮЩИХ ВИДОВ ДРЕВЕСНЫХ РАСТЕНИЙ ГОСУДАРСТВЕННОГО ПРИРОДНОГО ЗАПОВЕДНИКА «СТОЛБЫ»

06.03.02 - Лесоведение, лесоводство, лесоустройство и лесная таксация

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени кандидата биологических наук

Красноярск - 2014

17 АПР 2014

005547122

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте леса им. В.Н.Сукачева Сибирского отделения Российской академии наук

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор Кузьмичев Валерий Васильевич

доктор биологических наук, профессор Бобкова Капитолина Степановна

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биологии Коми научного центра Уральского отделения Российской академии наук, главный научный сотрудник отдела лесобиологических проблем севера

кандидат биологических наук Бочаров Анатолий Юрьевич Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения Российской академии наук, научный сотрудник лаборатории динамики и устойчивости экологических систем

Ведущая организация:

ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский Томский государственный университет»

Защита диссертации состоится «17» июня 2014 года в 14:00 часов на заседании диссертационного совета Д 003.056.01 при Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте леса им. В.Н.Сукачева Сибирского отделения Российской академии наук (ИЛ СО РАН) по адресу: 660036, г. Красноярск, Академгородок, д. 50/28. Тел./факс (391) 243-36-86, e-mail: institute' forest@ksc.krasn.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института леса им. В.Н.Сукачева СО РАН

Автореферат разослан «-ZV7» ал^л^-Ц 2014 г. Ученый секретарь

диссертационного совета Л / //

доктор биологических наук, профессор Q/t('' ' ¿¿-¿fft — E.H. Муратова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ:

Актуальность: Изучение, естественной динамики древостоев является важной составной частью мониторинга природной среды. С этой точки зрения значительный интерес представляет государственный природный заповедник «Столбы». Материалы инвентаризации лесов заповедника, проведенной в 1948, 1959, 1968, 1977 и 2007 годы, позволяют проследить направление и скорость природных процессов в условиях минимального антропогенного воздействия за 60 лет. Эти исследования необходимы для уточнения закономерностей лесообразовательного процесса и прогноза темпов восстановления нарушенных рубками лесов на прилегающих территориях Восточного Саяна.

Цель исследования: Целью данной работы явилось изучение пространственно-временной динамики горных лесов, а так же направлений и темпов сукцессионных процессов в условиях заповедного режима.

Задачи исследования:

1. Изучить изменения площадей, возраста и запаса древостоев основных групп формаций и отдельных лесообразующих пород при минимальном антропогенном воздействии;

2. Провести количественный анализ связей породного состава древостоев с характеристиками рельефа;

3. Оценить влияние погодных и климатических колебаний на горимость лесов, а также проследить геоморфологическую приуроченность гарей.

Научная новизна работы: Выявлены тенденции временных и пространственных изменений разных древесных ассоциаций, формаций и их групп. Установлено преобладание короткопроизводных смен лесной растительности на изучаемой территории и сделан прогноз периода восстановления коренных сообществ. Использование ГИС-технологий позволило провести детальный количественный анализ приуроченности к рельефу различных древесных пород. Установлено увеличение продолжительности сезона пожарной опасности под влиянием погодных и климатических факторов (температура и осадки), проведен анализ геоморфологической приуроченности гарей. Показано слабое влияние пожаров на ход восстановительных процессов сосняков, но отмечена вероятность значительного возрастания их роли в ближайшем будущем.

Практическая значимость: Полученные в диссертационной работе результаты дополняют проведенные ранее исследования в лесах заповедника «Столбы». Они позволяют также прогнозировать динамику древостоев в условиях заповедного режима и на прилегающих территориях. Конкретизированы характер и темпы восстановления коренной растительности, а также наблюдаемых процессов разрушения лиственничных лесов и расширения площади потенциальных кедровников. Проведенное исследование показало существенное изменение пожарных режимов, что требует перестройки системы охраны лесов от пожаров.

Публикации и апробация результатов: По теме диссертации опубликованы 2 работы в журналах, рекомендованных списком ВАК (Вестник КрасГАУ, Научный журнал КубГАУ). Основные результаты диссертации докладывались на всероссийской конференции «IX Сибирское совещание по климатоэкологическому мониторингу» (Томск, 2011), на международной конференции «Региональный отклик окружающей среды на глобальные изменения в Северо-Восточной и Центральной Азии», посвященной памяти Л.И. Данько (Иркутск, 2012) и XII международной научно-технической интернет-конференции «Лесной комплекс: состояние и перспективы развития» (Брянск, 2013).

Положения, выносимые на защиту:

За период с 1950 по 2009 гг. наблюдается сокращение площадей, занимаемых мягколиственными породами (березняков — на 48%, а осинников — на 46%) и лиственницей (на 33%). Ожидается полное разрушение березняков и осинников через 50-70 лет (смена идет по короткопроизводной схеме), а лиственничников - в ближайшие 80-100 лет. Происходит постепенное формирование разновозрастных сосновых и пихтовых древостоев.

Между составом древостоев и характеристиками рельефа для лесов заповедника установлена умеренная теснота связей.

Во второй половине исследуемого периода произошло снижение общего количества пожаров в два раза, сопровождаемое увеличением охваченных ими площадей в полтора раза, при возрастании продолжительности пожароопасного сезона.

Личный вклад автора: Собран, обобщен и проанализирован фактический материал по основным лесным формациям, характерным для территории государственного природного заповедника «Столбы». Автор самостоятельно проводил обработку материалов при анализе пространственно-временной динамики мягколиственных, светлохвойных и темнохвойных насаждений и влияния на них пожаров.

Основное содержание работы

Введение.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников. Материал диссертация изложен на 137 страницах. В диссертации представлены 42 рисунка и 12 таблиц. Использовано 123 источника на русском и иностранных языках.

Во введении к диссертации обоснована актуальность темы исследования, логика ее реализации, цели, задачи, положения, выносимые на защиту, научная и практическая значимость работы.

Глава 1. Исследование лесного растительного покрова и влияющих на него факторов

Дан краткий анализ исследований, проводившихся как у нас в стране, так и за рубежом, посвященных проблемам лесообразовательного процесса бореальных лесов под воздействием климатических и пирогенных факторов.

Глава начинается с определения основных целей работы в заповеднике и роли заповедных территорий в изучении лесообразовательного процесса. Проведен обзор литературы по изменению лесов заповедника под влиянием различных факторов (Бугаев, В.А. Влияние охраняемого режима на состояние лесного фонда Окского заповедника Рязанской области // Лесная таксация и лесоустройство. 1993. С. 79-87; Егоров, В.Н. Влияние заповедного режима на рост и производительность основных лесообразующих пород Воронежского заповедника // Труды Воронежского государственного заповедника. 1972. вып. 18. С. 3-7; Кузьмичев, В.В. Динамика лесных экосистем заповедника «Столбы» за 60 лет // Хвойные бореальной зоны. 2009. том 26. № 2. С. 173-177 и др.). Рассмотрены различные методики исследования связи лесной растительности с условиями среды (Высоцкий, К.К. Закономерности строения смешанных древостоев. М.: Гослесбумиздат, 1962. 177 е.; Горохова, C.B. Некоторые особенности динамики лесов Уссурийского заповедника (Приморский край) // Классификация и динамика лесов Дальнего Востока. 2001. С. 92-93; Суханов, В.В. Структура растительных сообществ Сихотэ-алинского заповедника. Владивосток: Дальнаука, 1994. 219 с. и др.). Далее в главе приведена краткая история исследования лесов Восточного Саяна. Проанализирован ряд исследований по возобновлению лесов в этом регионе (Коропачинский, И.Ю. Естественное лесовозобновление вырубок в сосновых лесах Иркутской области // Труды Сиб. Лесотехн. Института. 1954. вып. 5 С. 123-137; Назимова, Д.И. Дифференциация восстановительно-возрастных рядов в лесах низкогорий Восточного Саяна.// Лесоведение. № 6. 2007. С. 72 - 79; Поварницын, A.B. Леса и лесовозобновление в бассейне р. Б. Белой в Восточных Саянах: Ангарская лесная экспедиция 1931 г. // Л.: Труды СОПС АН СССР. 1934. ч. 2, вып. 7, 219 е.; Смирнов, A.B. Возобновление кедра в Восточном Саяне // Лесное хозяйство. 1956. №4. С. 36-39; и др.).

Анализ литературы показал, что наиболее перспективен подход к анализу динамики лесов, основанный на изучении объектов на уровне ландшафтов. Контроль возрастной динамики древостоев на постоянных пробных площадях позволяет детально анализировать изменения структуры сообществ и взаимоотношения древесных пород. В то же время слабо разработаны количественные методы оценки характера взаимосвязей лесной растительности с рельефом территорий. Характер этих зависимостей во многом зависит от климатических особенностей района ее расположения.

В отдельном разделе рассмотрены причины возникновения, методики исследований и результаты работ по лесным пожарам. Проанализирована статистика по горимости лесов в России и по региону (Вакуров, А.Д. Лесные пожары на Севере. М.:Наука, 1975. 120 е.; Мелехов, И.С. Влияние пожаров на

лес. М.: Государственное лесотехническое издательство. 1944. 127 с.и др.). Так же рассмотрены различные методики выявления послепожарных изменений в структуре древесного яруса лесов предполагающие использование возможностей дистанционного зондирования. (Goldammer, J.G. Fire in ecosystems of boreal Eurasia // Kluwer Academic Publishers. 1996. p. 1-20; и др.).

Проведенный анализ показал, что в лесах Сибири происходит постепенное нарастание антропогенного воздействия в виде сплошных рубок, увеличения числа и силы пожаров, развития туризма, золотодобычи, загрязнений и др. Поэтому представляются актуальными исследования, показывающие степень обратимости различных нарушений лесного покрова и сроков восстановления коренной растительности. Пожары значительно влияют на лесообразовательный процесс и представляют угрозу всем лесам. На заповедных территориях требуется обращать особое внимание на меры по предотвращению загораний и распространения огня. Особый интерес вызывает изучение долговременных последствий лесных пожаров, выражающихся в снижении продуктивности древостоев, связанном с появлением малопродуктивных лиственных, и снижением класса бонитета хвойных.

Глава 2. Характеристика природных условий заповедника

Заповедник «Столбы» создан в 1925 году южнее г. Красноярска. Площадь заповедника - 47,2 тыс. га, географические координаты: 55°38'- 55°58' с.ш. и 92°38'- 93°05' в.д. Территория заповедника вытянулась на 34 км с северо-запада на юго-восток, постепенно расширяясь с 12 до 24 км. Он расположен на Куйсумском хребте Майского Белогорья в системе хребтов Восточного Саяна. В геологическом отношении заповедник представляет собой два крупных тела. Сиенитовая интрузия расположена в северо-восточной (выходит на поверхность в виде скал) и юго-западной (местами по речным долинам) частях его территории. Она окружена по периферии толщами осадочных пород протерозоя, главным образом, зелеными слюдистыми песчаниками, сланцами и известняками (Козлов, В. В. Государственный заповедник «Столбы» // Труды государственного заповедника «Столбы». 1958. вып. 2. С. 5—53).

Естественными границами заповедника являются правые притоки р. Енисей: на северо-востоке — р. Базаиха, на юге и юго-западе — реки Мана и Большая Слизнева. Территория заповедника имеет довольно развитую гидрографическую сеть, обеспечивающую своевременный сток атмосферных осадков. Эта сеть представлена горно-таежными реками и речками, характеризующими тип водотоков южной части средней Сибири (Запекина-Дулькейт, Ю.И. Гидробиологическая и ихтиологическая характеристика водоемов заповедника «Столбы» [электронный ресурс] // Труды государственного заповедника «Столбы», вып. 3. 1961.).

Абсолютные отметки колеблются в пределах 200-800 м. Низкогорная часть (200-500 м - 8,1% территории заповедника) сложена известняками, песчаниками и глинистыми сланцами (Кузнецов, Ю.А. Геология района г. Красноярска // Известия Западносибирского геологоразведочного треста. 1932.

т. XII, вып. 2. С. 13-28). Все типы почв заповедника имеют маломощный профиль, высокую щебнистость, плохую сортированность материала, слагающего почвенную толщу (Коляго, С.А. Почвы Красноярского государственного заповедника «Столбы» // Труды государственного заповедника «Столбы». 1961. вып. 3. С. 197-247; Коваленко, О.В. Современное почвообразование в лесных экосистемах низкогорья Восточного Саяна: автореф. дисс. Красноярск. 2009. 19 е.).

В соответствии с изменением абсолютных высот меняются климат, растительность и почвы заповедника. По лесорастительному районированию (Коротков, И.А. Лесорастительное районирование России и республик бывшего СССР // Углерод в экосистемах лесов и болот. 1994. с. 29-47) заповедник расположен в Восточно-Саянской горной лесорастительной провинции Алтае-Саянской горной лесорастительной области. По климатическому районированию заповедник находится в области умеренного климатического пояса, на стыке двух областей - Восточно-Сибирской (центра холода) и Западно-Сибирской, подверженной влиянию северо-атлантических зимних циклонов. Климат заповедника характеризуется как более мягкий, по сравнению с городом Красноярском, и менее континентальный. Климат среднегорного пояса заповедника является более холодным, чем климат его низкогорья, но характеризуется меньшей континентальностью: сравнительно мягкой зимой и прохладным летом, большим количеством осадков, особенно за вегетационный период, глубоким снежным покровом с продолжительным залеганием и медленным таянием и, наконец, коротким вегетационным периодом. Климат низкогорной части заповедника - более теплый, но с выраженной континентальностью.

В силу ряда исторических и климатических причин видовой состав древесной флоры в Саянах беден. В низкогорье распространены подтаежные и лесостепные леса из лиственницы, сосны, березы и осины с вкраплениями по южным склонам степных участков на горных серых лесных, дерново-подзолистых и черноземных почвах. В среднегорной части экологические условия предопределяют распространение темнохвойной и светлохвойной тайги из пихты, кедра, ели, сосны, лиственницы на горных подзолистых почвах (Коляго, С.А. Почвы Красноярского государственного заповедника «Столбы» // Труды государственного заповедника «Столбы». 1961. вып. 3.242 е.).

Глава 3. Материалы и методы

Для решения поставленных комплексных задач понадобилось привлечение разнообразных методических подходов. Одним из новых моментов было привлечение ГИС-технологий, которые позволяют получить комплексную информацию об объекте из разрозненных данных, обеспечивают географическую привязку изучаемых территорий. Необходимо было произвести привязку планов 1941, 48, 58 и 77 гг. к единой проекции географической системы координат UTM Zone 46N (универсальная топографическая проекция Меркатора на эллипсоиде WGS (UTM WGS84)).

После чего, в связи с качеством исходного материала, вручную произведено оконтуривание планов и сформирована атрибутивная таблица.

Основой для анализа рельефа территории всего заповедника послужила его цифровая модель (National Geophysical Data Center), представляющая матрицу значений высот с 3-секундным разрешением по широте и долготе. На , основе цифровой модели рельефа создана карта, сводная таблица которой содержит информацию об основных характеристиках рельефа (экспозиция, | крутизна склонов и высота над уровнем моря).

№ участка Уклон, ° Высота над ровнем моря, м ЭкспозицЦ 1

1 0,1 550 11

2 0,1 487 274

3 0,1 230 117

4 0,2 303 289 [

5 0.2 509 124

6 0,2 729 234

б)

Рисунок 1. — ЗО модель рельефа заповедника «Столбы» и пример сводной 1 __таблицы основных характеристик рельефа__

При анализе материалов лесного фонда использовались стандартные методы, которые включали статистическую обработку данных, полученных на основе сплошных выборок. В анализ был включен ряд из материалов четырех | последовательных лесоинвентаризаций. 1

Для анализа изменений в лесном фонде привлекались сводные материалы инвентаризации лесов за 1948, 1959, 1977 и 2007 годы. Сводная таблица (база данных) инвентаризации 2007 года включала в себя около 4900 выделов. Поиск в базе данных и получение требуемых обобщенных показателей выполнялись с использованием автофильтра и расширенного фильтра.

Для анализа таксационных показателей и выравнивания абсолютных значений высот и запасов древостоев подходящей аппроксимирующей I функцией использовались возможности статистических пакетов. Так, для описания роста древесных растений в качестве эмпирического закона использовалась функция роста Митчерлиха (для разновозрастных насаждений), которая имеет вид: ■

Х(А) = Ы *( 1 -ехр(-1 *(Ь2*А)))ЬЗ; (1) 6

где X — текущий показатель (высота или запас), Ы - предельная высота или запас древостоя, Ь2 и ЬЗ - соответственно, параметры масштаба и формы кривой, А — возраст древостоя.

Для описания иных случаев (для одновозрастных насаждений) была использована показательно-степенная функция:

Х(А) = Ы*АЬ2*(ехр(ЬЗ*А)); (2)

где X - текущий показатель (высота или запас), Ы - предельная высота или запас древостоя, Ь2 и ЬЗ - соответственно, параметры масштаба и формы кривой, А — возраст древостоя.

При выявлении приуроченности лесных формаций и пород к характеристикам рельефа выбрана методика, предложенная в работе В.В. Суханова с соавт., (Суханов, В.В. Структура растительных сообществ Сихотэ-алинского заповедника. Владивосток: Дальнаука, 1994. 40 е.). Она ориентирована на анализ связей между абиотическими факторами рельефа и запасом выделенных насаждений. Основное отличие нашего подхода заключалось в сплошном анализе территории, а не выборочном.

Анализ взаимосвязи между климатическими и погодными факторами с зафиксированными возгораниями проводился с использованием гидротермического коэффициента Селянинова (Селянинов Г.Т. О сельскохозяйственной оценке климата // Труды по сельскохозяйственной метеорологии. 1928. вып. 20. С. 169-178) (для всего пожароопасного сезона и отдельно - для мая):

...

где ¿-гидротермический коэффициент (ГТК), /г-месячное количество осадков, ¿-месячная сумма температур (°С).

Привлекались также стандартные методы определения пожарной опасности на лесных территориях. Для оценки пирогенной ситуации использовался относительный суммарный периметр пожаров за сезон (Софронов, М.А. Пожарная опасность в природных условиях. Красноярск: Институт леса им. В.Н. Сукачева СО РАН, 2005. 170 е.), или так называемый индекс горимости (Р, км/100 тыс. га за сезон):

Р=К*(п*8)0'5; (3)

где п - относительное число пожаров, пож./100 тыс. га за сезон, Б -относительная площадь пожаров, га/100 тыс. га за сезон, К - поправочный коэффициент, равный 0,3.

Этот индекс прямо пропорционален числу пожаров и их площади и отражает затраты сил и средств на их тушение.

Для анализа геоморфологической приуроченности пожаров с интернет сервиса National Geophysical Data Center были получены космические снимки (Landsat) среднего разрешения на выделенную территорию. Выделение гарей проводилось методом ручного оконтуривания. Для этого снимки были визуализированы в RGB-синтезе каналов 7-4-2.

Глава 4. Особенности лесообразовательного процесса на заповедной территории

На территории заповедника выделяют три основные группы лесных формации: темнохвойную, светлохвойную и лиственную. Одними из важнейших критериев распространения этих насаждений на территории заповедника являются характеристики рельефа (рисунок 2).

■ темнохвойные □ светлохвойные □лиственные

200 300 400 500 600 700 800 Высота над уровнеч моря, м

а)

■ темнохвойные

■ светлохвойные □лиственные

15 20 25 30 Крутизна склона, 0

б)

■ темнохвойные

□ светлохвойные

□ лиственные

С-В В Ю-В Ю К>3 3 С-3

Экспозиция

(Canonical R=0,36; Chi2=8423; р<0,001)

Группы формации

темно- светло-

Характерист лист- хвойн хвойны

ики рельефа венные ые е

Уклон 0,01 -0,9 0,25

Высота 0,1 0,24 -0,2

Экспозиция 0,03 -0,13 0,12

в)

г)

Рисунок 2. - Представленность лесных групп формаций в связи с характеристиками рельефа (1-высота над уровнем моря, 2-крутизна и 3-экспозиция склонов) и 4-корреляционная матрица связи характеристик _рельефа и групп формаций_

Как видно из приведенных графиков, лиственные породы не имеют ярко выраженной приуроченности к рельефу. Вероятнее всего, данная категория насаждений является результатом антропогенных и природных нарушений лесного покрова (пожары, рубки, ветровалы и т.д.).

Распространение светло- и темнохвойных групп формаций по высоте на территории заповедника имеет некоторый высотный градиент. Можно выделить интервалы с преобладанием темнохвойной (на большой высоте н.у.м.) или светлохвойной (на малой высоте н.у.м.) группы формаций.

Светло- и темнохвойная группы формации по-разному реагируют на крутизну склона (рисунок 1). Лиственная группа формации с вероятностью около 10% встречаются на всех склонах (крутизной до 30°). На крутых склонах наблюдается полное преобладание светлохвойной группы. Она занимает большую долю территории при крутизне склона больше 10° (встречаемость превышает 45%). Темнохвойная группа формаций предпочитает пологие склоны, и занимает их большую часть в заповеднике.

Из приведенной гистограммы (рисунок 1) видно, что темнохвойная группа формаций приурочена к северо-восточным склонам (северные, северовосточные и восточные экспозиции). Светлохвойная группа, в свою очередь, преобладает на юго-западных склонах (от южных до западных). Юго-восточные и северо-западные склоны можно отнести к переходным зонам, примерно с равной вероятностью встретить светло- или темнохвойную группу формаций.

Результаты канонического анализа связи между запасом выделенных групп формаций на участке и элементами рельефа представлены в таблице на рисунке I. Данный анализ был проведен только для двух высотных поясов, характерных для Восточного Саяна, что является причиной относительно низких значений корреляции. Но, не смотря на низкие значения, корреляции достоверны (Canonical R = 0,36; Chi2 = 5469,6; р = 0,0000). Для хвойных формаций доля дисперсии, описываемой вариациями характеристик рельефа, составляет 60%.

На территории заповедника наблюдается изменение средних высот н.у.м. производных пород за период с 1948 по 2006 гг. Происходит снижение в -положении березы и осины по высоте над уровнем моря, которое может быть вызвано сменой березняков и осинников на больших высотах темнохвойными породами.

Самые высокие отметки среднегорного пояса заняты кедровыми и пихтовыми насаждениями. Средний высотный уровень сосновых насаждений за 50 лет практически не изменился. Березняки и осинники проявляют тенденцию к распространению на меньших высотах, при этом осинники занимают более высокие отметки, чем березняки.

Граница пихтовой и сосновой формаций проходит на разной высоте на различных склонах территории. На северном склоне, обращенном к р. Енисей, до водораздела растут сосновые и смешанные леса с небольшими участками пихтовых насаждений вдоль рек. Массово пихтовые насаждения занимают водораздельную территорию. На северо-восточном макросклоне они

спускаются по участкам между притоками рек Сынжул и Намурт до высоты 380 - 390 м н.у.м., тогда как сосновые насаждения поднимаются в междуречьях до 530 - 550 м н.у.м.. В среднем граница пихтовых насаждений проходит на северо-востоке по высоте 550 м н.у.м., на юго-западном макросклоне — с 750700 м н.у.м., спускаясь на крайнем юго-западе по мере продвижения на север до 500 м вдоль р. Слизневой.

Оценка изменений в распределении площадей насаждений всех лесообразующих пород по азимутам (восемь основных направлений) показала, что происходит усиление позиций пихтовых и сосновых насаждений соответственно их условиям произрастания. Сосновые насаждения занимают «южные» склоны, а пихтовые - «северные». Еловые насаждения в большей степени приурочены к восточным склонам, скорее всего, из-за соответствующей ориентации русел рек, по берегам которых они преимущественно располагаются. Появление лиственных насаждений не зависит от экспозиции склонов, а определяется нарушениями коренных насаждений в результате рубок и пожаров. Лиственничные насаждения -занимают преимущественно северные и западные склоны, восточные - заняты кедровыми.

Оценка динамики изменения распределения насаждений основных пород в зависимости от крутизны склона привела к следующим результатам. Пихтовые насаждения за период исследования практически не изменили свое распределение по крутизне склонов, небольшое увеличение площади наблюдается при крутизне от 4° до 8° . Сосновые насаждения к 2007 году расширили занимаемые территории на более крутых склонах (от 12 до 24°), по сравнению с предыдущими периодами. Данный процесс, наиболее вероятно, связан с сокращением на всем диапазоне крутизны площадей мягколиственных пород и лиственничников. Изменения для еловых насаждений нуждаются в уточнении, так как основные местообитания ели - по долинам рек и ручьев — не изменились за весь анализируемый период.

По данным последней лесоинвентаризации была проведена оценка связи запаса выделенных пород на участке с элементами рельефа (таблица 1). Несмотря на низкие значения коэффициентов корреляции, они достоверны.

Таблица 1

Корреляционная матрица связи рельефа и пород

(Canonical R=0,41; Chi2=9626; р<0,001)_

Береза Осина Лиственница Сосна Пихта Ель Кедр

Уклон -0,01 -0,01 0,02 0,24 -0,24 -0,06 -0,12

Высота -0,07 0,04 0,02 -0,21 0,33 -0,18 0,08

Экспозиция -0,01 0,03 0,04 0,11 -0,10 -0,05 -0,06

В ранее приведенном анализе связи древесных формаций и рельефа уже была выявлена слабая связь лиственных пород с рельефом, что связано, вероятно, с происхождением этих древостоев. Невысокие значения корреляции для лиственницы с рельефом, возможно, связаны с тем, что на территории

заповедника она повсеместно теряет преобладание, но при этом участвует в составе на обширной площади объекта. Ель в большинстве своем приурочена к низинам вдоль русел рек и ручьев. Низкие значения корреляции для кедра объясняются малой представленностью данной породы в сравнении с остальными. Наибольшие значения показатели тесноты связи наблюдаются у сосны и пихты. Так, пихта больше приурочена к пологим склонам, в отличие от сосны. По высоте расположения насаждений н.у.м. можно выделить два пояса, пихтовый - на водоразделах, и сосновый - на более низких территориях. Но, как уже говорилось выше, данное разделение достаточно условно, поскольку оба вида представлены практически во всем высотном диапазоне.

Нарушенность лесного фонда заповедника хозяйственной деятельностью до сих пор отражается на распределении покрытой лесом площади по классам возраста в 2007 г. В процессе последней лесоинвентаризации территория заповедника была разделена на три части: высотно-поясные комплексы подтаёжных и горных лесов, а также интразональных сообществ. Чтобы выяснить различия в таксационных показателях между преобладающими типами леса разных частей заповедника, были проведены сплошные выборки для шести типов леса. Для каждого из них были проведены выравнивания высот и запасов в зависимости от возраста и вычислена стандартная ошибка, которая приведена в таблице 2.

Таблица 2

Показатели высоты и запаса для разных типов сосняков_

Тип сосняков Площадь (га) Высота (м) Запас (м"7га)

с. боровой сухомшистый 447 26,4±1,8 240±73

с. кустарничково-зеленомошный 3297 25,9±1 279±63

с. осочково-зеленомошный 4338 25,5±1,3 262±64

с. осочково-крупнотравный 1593 24,9±1,6 236±55

с. кустарниково-крупнотравный 417 23,4±2,3 205±66

с. разнотравно-осочковый 6567 24,7±1,7 258±57

общие средние значения 25,1 247

Анализ доверительных интервалов подтверждает отсутствие статистически достоверных различий между высотами и запасом древостоев разных типов леса. Такие же недостоверные различия наблюдаются между характеристиками типов леса других древесных пород. На основании этих результатов возможно провести совместный анализ динамики таксационных показателей древостоев заповедника.

Для отдельных лесообразующих пород ценной характеристикой служит величина среднего возраста древостоев, полученная как средняя взвешенная через запасы. В процессе возрастных изменений древостоев одного сукцессионного ряда средний возраст изменяется в соответствии со временем между последовательными обмерами. Для древостоев, близких к климаксовому состоянию, изменения среднего возраста небольшие и могут колебаться вокруг

некоторого среднего значения. В таблице 3 показаны значения среднего возраста за четыре периода и разница за 60 лет. Только для сосняков средний возраст изменился на 60 лет, для кедра, лиственницы и березы увеличение возраста примерно равно 50 годам, тогда как для ели, пихты и осины изменения лежат в пределах 15-26 лет.

Таблица 3

Средний возраст древостоев по годам инвентаризации_

Год лесоустройства Средний возраст по преобладающим породам, лет

Кедр Лиственница Сосна Ель Пихта Береза Осина

1948 150 150 103 118 120 53 67

1959 138 171 136 122 123 68 81

1977 173 178 142 115 126 69 78

2007 200 201 166 141 135 89 93

Разница за 60 лет 50 51 63 23 15 46 26

Таким образом, для ельников и пихтарников изменение среднего возраста древостоев указывает на их близость к климаксовому состоянию. Для осинников возможно другое объяснение - особенности распада и пополнения молодыми древостоями этой формации.

За период с 1948 г. по 2007 г. произошла стабилизация общего запаса насаждений (таблица 4) на уровне 11,7 млн. м3. Вообще стабилизация запаса говорит о формировании разновозрастных древостоев.

Таблица 4

_Динамика запаса насаждений_

Годы лесоустройства 1948 1959 1977 2007

Общий запас, млн. мЗ 8 11,6 11,8 11,7

При этом наибольшие площади и запасы наблюдаются в сосновых древостоях, причем за рассматриваемый период (60 лет) запасы выросли почти в два раза - с 3 до 6 млн. м3, тогда как площади увеличились лишь на 3%. Несколоко вырос запас пихтариков, почти на одном уровне он сохраняется в кедровых и еловых древостоях. В лиственничниках, осинниках и березняках отмечается отчетливое снижение как площадей, так и общих запасов.

Соблюдение заповедного режима способствовало увеличению доли хвойных пород. Наибольшие изменения наблюдаются для площади, занимаемой мягколиственными древостоями: она сократилась на 9% (от всей покрытой лесом площади). Рассмотрим изменение площади отдельных древесных видов по годам наблюдений (табл. 5). Более наглядно происходящие изменения лесного фонда можно проследить при сравнении распределения площадей, занятых отдельными преобладающими породами, по классам возраста за три срока наблюдений - 1959, 1977 и 2007 годы.

Таблица 5

Площади с преобладанием пород за три периода лесоинвентаризации, и доли площадей в общей площади заповедника

Порода 1959 г. 1977 г. 2007 г.

тыс. га % тыс. га % тыс. га %

Сосна 18,7 40 20,5 43 21,2 46

Пихта 11,2 24 13,1 28 13,8 30

Ель 3,6 8 3,7 7,5 3,4 7

Лиственница 4,4 9 3,7 7,5 2,9 6

Береза 2,4 5 1,6 4 1,3 3

Осина 5,4 11 3,4 7 3,2 7

Кедр 0,8 2 0,8 2 0,7 2

Итого 46,5 98 46,8 99 46,5 99

Площадь осинников на территории заповедника больше площади березняков в два с лишним раза, но и разрушение осинников происходит более быстрыми темпами. За 60 лет участие осины уменьшилось с 11 до 7%, тогда как березы - с 5 до 3%. Таким образом, можно сделать заключение, что при отсутствии фатальных нарушений лесного покрова произойдет постепенный распад лиственных древостоев и восстановление коренных хвойных формаций.

На рисунке 3 сравнивается распределение площадей, занятых березняками и пихтарниками.

"V

с | 1 от ^«"■Д ) :оо-г. JУ'! \ / ¿-^Ьл У -Л £ 4000 ? 3000 1 ^000 ? 3 кмо "Л \\ л 1

а) 40 ео го 100 120 но Еоэраст. лет б) ¡0 «0 60 80 100 120 140 1о0 180 1-ци Возрас т. лет

М=0.00013«(АА3.95)»гхр(-0.(М06»А) М=244*(1 -ехр(-1 *(0,0135*А)Л4,78))

180 260

160 220

^ 120 £ о 100 5 ВО 60 40 20 « 180 Пг 160 о" 1*° в 120 со 100 80 60 40 20

0 В) 20 40 60 80 100 120 Возраст, лет 0 Г) 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 Возраст, лет

Рисунок 3. - Изменения в распределении площадей по классам возраста и запаса на 1 га для березняков (а, в) и пихтарников (б, г)

У березы наблюдается сдвиг пиков распределений по возрастной оси, после достижения возраста в 110-130 лет преобладание получают другие (хвойные) породы. Схожая картина наблюдается и в осинниках. Судя по представленности площадей разного возраста и отсутствию пополнения производных древостоев, через 60 лет закончится стадия лиственного леса, и коренные хвойные породы восстановят свое преобладание. Данный факт является ярким доказательством их динамики по короткопроизводному варианту.

Для древостоев пихты, сосны и ели изменение с возрастом среднего запаса на 1 га происходит по схеме, свойственной разновозрастному лесу, заметно отличающейся от возрастной динамики лиственных древостоев (рисунок 3). Такой характер изменения средних запасов на 1 га свидетельствует о формировании разновозрастных древостоев.

В кедровых древостоях наблюдается такое же изменение с возрастом средних запасов на 1 га, что и в лиственных (рисунок 3). Это можно объяснить лишь долговечностью данной породой, в результате чего разновозрастные древостой еще не успели сформироваться.

Глава 5. Пожары в заповеднике

Рассмотрена история пожаров за период с 1950 по 2009 гг. Сопоставление данных о годовом количестве и площади пожаров показало, что до 1980 г. наблюдается большое число мелких пожаров. Начиная с 80-х годов по 2009 г., число возникающих пожаров снижается, но возрастает охватываемая ими общая площадь (рисунок 4). Происходит увеличение среднего размера пожарищ.

Рисунок 4. - Число пожаров по годам (а) и удельный вклад майских _температур в сумму температур с мая по сентябрь (б)_

■ более 15

га Оот5до

15 га □ до 5 га

Для сравнения, средняя площадь пожара на территории Красноярского края за период с 1998 по 2010 год составила 73 га (Территориальный орган федеральной службы государственной статистики по Красноярскому краю, 2010), а на территории ГПЗ за тот же период она равняется 45 га. Существующая система охраны лесов заповедника от пожаров обеспечивает удовлетворительные результаты в туристско-экскурсионном районе, но дает сбои при возникновении загораний в заповедной части, о чем свидетельствует увеличение в ней числа крупных пожаров. С учетом тенденций увеличения доли весенних пожаров (наиболее опасных для лесной растительности) и продолжительности пожароопасного сезона, целесообразно рекомендовать перестройку этой системы с целью ее адаптации к изменившимся условиям.

Важными для пожаров являются климатические и погодные факторы (Софронов, М.А. Пожарная опасность в природных условиях. Красноярск: Институт леса им. В.Н. Сукачева СО РАН, 2005. 37 е.). Анализ метеоданных (метеостанция «Столбы») за временной отрезок с 1950 по 2009 год показал по осадкам незначительную тенденцию снижения, поэтому было выведено среднее значение за весь период. Оно равняется 688±11 мм. Для сравнения приведем среднегодовое количество осадков по метеостанции г. Красноярска -461±10 мм. Разница высоты н.у.м. этих метеостанций составляет 260 м, откуда следует, что с увеличением высоты местности на 100 м количество осадков возрастает на 85 мм.

Сравнение многолетних данных, не смотря на значительный характер изменения и существенные флуктуации годовой температуры воздуха, подтверждает тенденцию к её повышению в среднем на 0,3°С за 10 лет.

у= - 67.3+0,034*х; (5)

где у - среднегодовая температура, °С, х - номер года, начиная с 1950 г.

В заповеднике с середины 1980-х годов наблюдается превышение среднегодовыми температурами отметки 0°С. Следовательно, основные изменения коснулись температурных режимов, в то же время практически не произошло изменений режима выпадения осадков. Дополнительно был проведен анализ вклада месячных температур в их общую сумму за пожароопасный сезон, который показал, что за последние 30 лет наблюдений произошло значительное увеличение вклада майских температур (рисунок 4). Так, в работе Т.М. Овчинниковой с соавт. (2010) для заповедника отмечается тенденция наступления вегетации в более ранний срок в период с 1984 по 2002 гт. На европейской части России с начала XX в. также установлено заметное потепление, которое особенно ярко проявилось в конце 80-х годов. Схожая ситуация наблюдается и в бореальных лесах Аляски (Kasischke, E.S. Alaska's changing fire regime — implications for the vulnerability of its boréal forests.// Canadian Journal of Forest Research. 2010. № 40. p. 1313-1324). В отношении же увлажнения такой чётко выраженной тенденции не выявлено (Груза, Г.В. Изменение климатических условий европейской части России во второй половине XX века.// Влияние изменения климата на экосистемы. 2001. С. 9-16).

Анализ погодно-климатических условий позволил разделить 60-летний период на два 30-летних временных отрезка. В дальнейшем при анализе климатической зависимости пожарной активности рассматривались два периода: с 1950 по 1979 и с 1980 по 2009 годы.

На территории заповедника за последние 30 лет произошло увеличение средней площади гари с 14 до 40 га (100 га и 145 га на 100000 га.). При этом наблюдается снижение общего количества пожаров почти в 2 раза (7,3 пожаров и 3,5 пожаров на 100000 га) с увеличением доли весенних пожаров и ростом периода пожарной опасности до первой половины октября. Для каждого из периодов был рассчитан индекс горимости (8,1 км/100 тыс. га за сезон и 6,8 км/100 тыс. га за сезон). j

Анализ распределения участков по рельефу, пройденных огнем (рисунок 5) показал, что наиболее горимыми являются склоны южных экспозиций. На южные экспозиции приходится около 60% всей территории, пройденной пожарами. По отношению к высоте н.у.м., до высоты 550 м н.у.м. площади пройденных огнем участков имеют равномерное распределение. В диапазоне высот с 550 до 700 м н.у.м. доля площади поврежденных участков уменьшается. Вероятнее всего, это связано с преобладанием на данных высотах пихтовых древостоев, которое обусловлено, в свою очередь, большим количеством осадков (на каждые 100 м увеличения высоты н.у.м. осадки возрастают на 85 мм). Также наблюдается значительное увеличение доли

пожаров на высотах более 700 м н.у.м. Данные пожары приурочены к периферии заповедника и сосновым насаждениям на склонах южной экспозиции.

а)

%

б)

в)

Рисунок 5. - Характер распределения участков, пройденных огнем, в зависимости от а) экспозиции и крутизны склона, б) крутизны склона и _высоты, в) экспозиции и высоты._

Около 70 % зарегистрированного числа пожаров приходится на сосновые насаждения. Проведенный анализ изменения видового разнообразия на гарях заповедника «Столбы», по картосхемам за четыре временных среза, показал, что на гарях происходит постепенное восстановление коренной породы, в зависимости от высоты над уровнем моря. Так, пихтовые гари восстанавливаются сосной с пихтой или пихтой (на более высоких участках) через осиновую формацию. На гарях в сосняках происходит прямое возобновление сосны. Светлохвойные породы приспособились к периодически повторяющимся лесным пожарам (Санников и др., 2012), и меры по их предотвращению нарушают природные процессы, способствуя смене пород. Действительно, в отсутствие лесных пожаров в заповеднике под пологом светлохвойных древостоев стал преобладать подрост темнохвойных пород при малой представленности сосны и лиственницы. Пожары способствуют сокращению запасов лесных горючих материалов, в результате снижается риск

развития катастрофических загораний. Таким образом, перед работниками заповедников стоит проблема выбора оптимальной стратегии по отношению к лесным пожарам. Поверка отдаленных последствий лесных пожаров показала, что рост сосняков на сплошных гарях протекает без снижения класса бонитета и запаса древостоев.

Выводы

1. Применение канонического анализа позволило количественно оценить взаимосвязь между совокупностями признаков растительности и рельефа, характеризуемую величиной коэффициента канонической корреляции (R=0,4; р=0,0005).

С применением ГИС-технологий проведена более точная оценка существующей границы между пихтовой и сосновой формациями. Она проходит на разной высоте в зависимости от экспозиции склонов, пихтовые насаждения преимущественно занимают выположенную водораздельную поверхность. В среднем граница пихтовых насаждений проходит на северовосточном макросклоне по высоте 550 м н.у.м., юго-западном - с 700 м н.у.м. Мягколиственные насаждения равномерно распределены по элементам рельефа и в большей степени приурочены к нарушенным участкам лесного массива, являясь индикаторами прежних вырубок и гарей.

2. Сохранение заповедного режима в течение 80 лет способствовало постепенному восстановлению хвойных пород в производных насаждениях. За последние 60 лет площаи березняков сократились на 48%, осинников - на 46%. При отсутствии катастрофических нарушений лесного покрова через 50-70 лет в мягколиственных древостоях, развивающихся по короткопроизводной схеме, в основном завершится переход к преобладанию сосны и пихты. Площади лиственничников снизились на 33%, причем практическое отсутствие подроста предопределяет их вытеснение другими породами - сосной и пихтой в ближайшие 80-100 лет. В хвойных лесах, кроме кедровых, наблюдается формирование разновозрастных древостоев, близких к климаксовому состоянию. Площади потенциальных кедровников за исследуемый период увеличились в два раза.

3. Во второй половине периода с 1950 по 2009 гг. произошло снижение общего количества пожаров в два раза, сопровождаемое увеличением охваченных ими площадей в полтора раза, при возрастании продолжительности пожароопасного сезона. Одновременно наблюдается увеличение доли майских возгораний. Выявлено, что наиболее часто повреждаются пожарами древостой на крутых склонах южных экспозиций в диапазоне максимальных высот.

Статьи в рецензируемых журналах из списка, утвержденного ВАК:

1. Шушпанов A.C. Прогноз сукцессии в лиственничных и кедровых лесах Восточного Саяна / A.C. Шушпанов, В.В. Кузьмичев // Вестник Красноярского государственного аграрного университета. - Красноярск. -2013. -№1.- С. 79-84.

2. Шушпанов A.C. Динамика горных лесов на охраняемой территории (заповедник «Столбы») / A.C. Шушпанов, В.В. Кузьмичев // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ) [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГАУ. - 2013. -№07(091). - Режим доступа: http://ej .kubagro.ru/2013/07/pdf/39.pdf.

Статьи в прочих изданиях:

1. Материалы конференции «IX Сибирское совещание по климатоэкологическому мониторингу» (Томск 2011 г.); Анализ изменения видового состава древостоев на гарях 1948 г. в государственном природном заповеднике "Столбы"; с 174-176.

2. Материалы конференции «Региональный отклик окружающей среды на глобальные изменения в Северо-Восточной и Центральной Азии», посвященной памяти Л.И. Данько (Иркутск, 2012 г.); Влияние изменения климата на пожарный режим в заповеднике "Столбы"; с. 126-129.

3. Материалы конференции «XII Международная научно-техническая конференция. Лесной комплекс: состояние и перспективы развития» (Брянск, 2013 г.); Состояние березовых насаждений в условиях ООПТ (заповедник «Столбы»), [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://science-bsea.bgita.ru/2013/les_komp_2013/ shushpanov_sost.htm.

УОП ИЛ СО РАН Заказ №23, тираж 100 экз.

ДЛЯ ЗАМЕТОК

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата биологических наук, Шушпанов, Александр Сергеевич, Красноярск

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ

ИНСТИТУТ ЛЕСА ИМ. В.Н. СУКАЧЕВА СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ РОССИСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК

Шушпанов Александр Сергеевич

ПРОСТРАНСТВЕННО - ВРЕМЕННАЯ ДИНАМИКА ОСНОВНЫХ ЛЕСООБРАЗУЮЩИХ ВИДОВ ДРЕВЕСНЫХ РАСТЕНИЙ ГОСУДАРСТВЕННОГО ПРИРОДНОГО ЗАПОВЕДНИКА «СТОЛБЫ»

06.03.02 - Лесоведение, лесоводство, лесоустройство и лесная таксация

На правах рукописи

04201460668

Диссертация на соискание учёной степени кандидата биологических наук

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор Кузьмичев В.В.

Красноярск - 2014

Содержание.

Введение...........................................................................................................................4

Глава 1. Исследование лесного растительного покрова и влияющих на него факторов.................................................................................................................9

1.1 Цели работ в заповедниках............................................................................9

1.2 Роль заповедных территорий в изучении лесообразовательного процесса.................................................................................................................9

1.3 Исследования лесов Восточного Саяна......................................................20

1.4 Лесные пожары.............................................................................................26

1.5 Выводы...........................................................................................................35

Глава 2. Характеристика природных условий заповедника.....................................36

2.1 Геологическое строение...............................................................................37

2.2 Рельеф и почвы.............................................................................................38

2.3 Климат............................................................................................................41

2.5 Гидрологические условия............................................................................44

2.6 Растительность..............................................................................................45

2.7 Выводы...........................................................................................................48

Глава 3. Материалы и методы......................................................................................50

3.1 Использование ГИС-технологий.................................................................50

3.2 Обобщенные характеристики лесного фонда............................................53

3.3 Методика анализа истории пожаров...........................................................56

3.4 Выводы...........................................................................................................60

Глава 4. Особенности лесообразовательного процесса на заповедной

территории...........................................................................................................61

4.1 Распределение древесных пород в связи с рельефом...............................62

4.1 Общие изменения лесопокрытых земель...................................................74

4.2 Динамика мягколиственных, темнохвойных и светлохвойных древостоев............................................................................................................80

4.3 Распространение лиственницы и кедра в лесах заповедника..................93

4.4 Изменение площади сосновых и пихтовых насаждений..........................98

4.5 Выводы...........................................................................................................99

Глава 5. Пожары в заповеднике.................................................................................102

5.1 Пожары в заповеднике в 1950-2009 годы................................................103

5.2 Влияние климата на количество и площадь пожаров.............................105

5.3 Связь гарей с рельефом..............................................................................108

5.4 Гари 1941 и 1948 годов...............................................................................111

5.4 Оценка отдаленных последствий пожаров в сосняках по материалам повторной инвентаризации..............................................................................115

5.5 Выводы.........................................................................................................120

Заключение..................................................................................................................122

Общие результаты и выводы.....................................................................................122

Литература...................................................................................................................124

Введение

Актуальность: Изучение естественной динамики древостоев является важной составной частью мониторинга природной среды. С этой точки зрения значительный интерес представляет государственный природный заповедник «Столбы». Материалы инвентаризации лесов заповедника, проведенной в 1948, 1959, 1968, 1977 и 2007 годы, позволяют проследить направление и скорость природных процессов в условиях минимального антропогенного воздействия за 60 лет. Эти исследования необходимы для уточнения закономерностей лесообразовательного процесса и прогноза темпов восстановления нарушенных рубками лесов на прилегающих территориях Восточного Саяна.

Цель исследования: Целью данной работы явилось изучение пространственно-временной динамики горных лесов, а так же направлений и темпов сукцессионных процессов в условиях заповедного режима.

Задачи исследования:

1. Изучить изменения площадей, возраста и запаса древостоев основных групп формаций и отдельных лесообразующих пород при минимальном антропогенном воздействии;

2. Провести количественный анализ связей породного состава древостоев с характеристиками рельефа;

3. Оценить влияние погодных и климатических колебаний на горимость лесов, а также проследить геоморфологическую приуроченность гарей.

Научная новизна работы: Выявлены тенденции временных и пространственных изменений разных древесных ассоциаций, формаций и их групп. Установлено преобладание короткопроизводных смен лесной растительности на изучаемой территории и сделан прогноз периода восстановления коренных сообществ. Использование ГИС-технологий позволило провести детальный количественный анализ приуроченности к рельефу различных древесных пород. Установлено увеличение продолжительности сезона

пожарной опасности под влиянием погодных и климатических факторов (температура и осадки), проведен анализ геоморфологической приуроченности гарей. Показано слабое влияние пожаров на ход восстановительных процессов, но отмечена вероятность значительного возрастания их роли в ближайшем будущем.

Практическая значимость: Полученные в диссертационной работе результаты дополняют проведенные ранее исследования в лесах заповедника «Столбы». Они позволяют также прогнозировать динамику древостоев в условиях заповедного режима и на прилегающих территориях. Конкретизированы характер и темпы восстановления коренной растительности, а также наблюдаемых процессов разрушения лиственничных лесов и расширения площади потенциальных кедровников. Проведенное исследование показало существенное изменение пожарных режимов, что требует перестройки системы охраны лесов от пожаров.

Публикации и апробация результатов: По теме диссертации опубликованы 2 работы в журналах, рекомендованных списком ВАК (Вестник КрасГАУ, Научный журнал КубГАУ). Основные результаты диссертации докладывались на всероссийской конференции «IX Сибирское совещание по климатоэкологическому мониторингу» (Томск, 2011), на международной конференции «Региональный отклик окружающей среды на глобальные изменения в Северо-Восточной и Центральной Азии», посвященной памяти Л.И. Данько (Иркутск, 2012) и XII международной научно-технической интернет-конференции «Лесной комплекс: состояние и перспективы развития» (Брянск, 2013).

Результаты.

1. Применение канонического анализа позволило количественно оценить взаимосвязь между совокупностями признаков растительности и рельефа, характеризуемую величиной коэффициента канонической корреляции (К=0,4; р=0,0005).

С применением ГИС-технологий проведена более точная оценка существующей границы между пихтовой и сосновой формациями. Она проходит

на разной высоте в зависимости от экспозиции склонов, пихтовые насаждения преимущественно занимают выположенную водораздельную поверхность. В среднем граница пихтовых насаждений проходит на северо-восточном макросклоне по высоте 550 м н.у.м., юго-западном - с 700 м н.у.м. Мягколиственные насаждения равномерно распределены по элементам рельефа и в большей степени приурочены к нарушенным участкам лесного массива, являясь индикаторами прежних вырубок и гарей.

2. ... Сохранение заповедного режима в течение 80 лет способствовало постепенному восстановлению хвойных пород в производных насаждениях. За последние 60 лет площаи березняков сократились на 48%, осинников - на 46%. При отсутствии катастрофических нарушений лесного покрова через 50-70 лет в мягколиственных древостоях, развивающихся по короткопроизводной схеме, в основном завершится переход к преобладанию сосны и пихты. Площади лиственничников снизились на 33%, причем практическое отсутствие подроста предопределяет их вытеснение другими породами - сосной и пихтой в ближайшие 80-100 лет. В хвойных лесах, кроме кедровых, наблюдается формирование разновозрастных древостоев, близких к климаксовому состоянию. Площади потенциальных кедровников за исследуемый период увеличились в два раза.

3. Во второй половине периода с 1950 по 2009 гг. произошло снижение общего количества пожаров в два раза, сопровождаемое увеличением охваченных ими площадей в полтора раза, при возрастании продолжительности пожароопасного сезона. Одновременно наблюдается увеличение доли майских возгораний. Выявлено, что наиболее часто повреждаются пожарами древостой на крутых склонах южных экспозиций в диапазоне максимальных высот.

Положения, выносимые на защиту:

За период с 1950 по 2009 гг. наблюдается сокращение площадей, занимаемых мягколиственными породами (березняков - на 48%, а осинников - на 46%) и лиственницей (на 33%). Ожидается полное разрушение березняков и осинников через 50-70 лет (смена идет по короткопроизводной схеме), а

лиственничников - в ближайшие 80-100 лет. Происходит постепенное формирование разновозрастных сосновых и пихтовых древостоев.

Между составом древостоев и характеристиками рельефа для лесов заповедника установлена умеренная теснота связей.

Во второй половине периода с 1950 по 2009 гг. произошло снижение общего количества пожаров в два раза, сопровождаемое увеличением охваченных ими площадей в полтора раза, при возрастании продолжительности пожароопасного сезона.

Личный вклад автора: Собран, обобщен и проанализирован фактический материал по основным лесным формациям, характерным для территории государственного природного заповедника «Столбы». Автор самостоятельно проводил обработку материалов при анализе пространственно-временной динамики мягколиственных, светлохвойных и темнохвойных насаждений и влияния на них пожаров.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников. Материал диссертация изложен на 137 страницах. В диссертации представлены 42 рисунка и 12 таблиц. Использовано 123 источника на русском и иностранных языках.

В первой главе рассмотрены основные цели работы в заповедниках. Дан краткий анализ исследований, проводившихся как у нас в стране, так и за рубежом, посвященных проблемам лесообразовательного процесса бореальных лесов под воздействием климатических и пирогенных факторов.

Во второй главе приведены географические, лесоводственные и др. характеристики объекта исследования, а также история их изучения.

В третьей главе представлено описание материалов и методик, использованных для решения поставленных задач.

В четвертой главе обсуждаются результаты анализа влияния заповедного режима территории на лесообразовательный процесс. Анализировалась вся территория, занимаемая заповедником «Столбы». Приведены результаты анализа общего изменения лесного фонда заповедника с 1948 по 2007 г.г., рассмотрены

также частные динамические изменения лиственной, светлохвойной и темнохвойной групп формаций. Проанализированы отдельные случаи формирования разновозрастных древостоев. Проведен анализ распространения и изменения лиственничных и кедровых лесов в заповеднике. В конце главы представлены выводы по полученным данным.

В пятой главе обсуждаются результаты анализа пирогенной ситуации на заповедной территории. Показана связь пожаров с различными элементами рельефа. Охарактеризовано влияние климата на режимы горения в условиях охраняемой территории, проведен анализ отдельных случаев постпирогенной сукцессии. В конце главы представлены выводы по полученным данным.

В заключении подведены итоги и приведены общие результаты и выводы.

Благодарности. Автор выражает глубокую признательность и благодарность Г.Б. Кофману, Е.В. Федотовой, A.A. Кнорре за ценные советы и помощь в работе.

Выполнение работы оказалось возможным благодаря постоянной поддержке Вячеслава Ивановича Харука и научного руководителя - Валерия Васильевича Кузьмичева, которым автор выражает глубокую благодарность за участие, понимание, терпение и помощь научного и практического характера.

Глава 1. Исследование лесного растительного покрова и влияющих на него факторов

1.1 Цели работ в заповедниках

В.В. Кочетков (Кочетков, В. В. Мониторинг и долгосрочные исследования в заповедниках России: анализ ошибок, положительных результатов и перспективы международного сотрудничества. // Многолетние наблюдения в ООПТ. Красноярск: Кларетианум, 2005. С. 67 - 72) отмечал, что заповедники - это природные лаборатории, деятельность которых направлена на выявление фундаментальных закономерностей структурно-функциональной

жизнедеятельности объектов природных комплексов. Он подчеркнул, что многолетний мониторинг за конкретными объектами должен включать анализ антропогенного влияния на изучаемые показатели, оценку их воздействия и прогноз возможных изменений изучаемого объекта на ближайшую перспективу. Необходимо выделять естественную динамику изучаемых показателей, оценить степень воздействия антропогенных факторов, оказывающих на них прямое или косвенное воздействие, и спрогнозировать возможные изменения исследуемого объекта, с учетом возможной динамики антропогенных факторов.

1.2 Роль заповедных территорий в изучении лесообразовательного процесса

Постоянные наблюдения за природными явлениями в заповедниках и периодические инвентаризации лесного фонда позволили более детально изучать динамические процессы, протекающие в лесных экосистемах. Опубликовано огромное количество работ, в которых обобщены и проанализированы данные, накопленные в течение ряда десятилетий функционирования заповедников.

Поэтому ограничимся лишь некоторыми примерами и перечислением сходных по тематике исследований.

Изменения лесов заповедников. Ограничение хозяйственного вмешательства в виде рубок и сбора дикоросов, проведение противопожарных мероприятий привели к развитию в заповедниках процессов постепенного восстановления коренной растительности. В зависимости от степени нарушенности лесов различается и полнота восстановления лесных сообществ. Наибольшей степенью деградации отличались леса, расположенные на плотно заселенных территориях Европейской части страны.

Динамика лесного фонда Окского заповедника (Бугаев В.А. Влияние охраняемого режима на состояние лесного фонда Окского заповедника Рязанской области. // Лесная таксация и лесоустройство. 1993. С. 79 - 87) была изучена за 50 лет его существования (1935-1985 г.г.). При постоянстве границ объекта отмечалось заметное увеличение покрытой лесом площади (на 29%) за счет зарастания вырубок и пустырей (16%) и облесения пересохших болот и лугов (13%). Соотношение между преобладающими породами не изменилось: береза сохраняет преобладание в лесном фонде (42-39%), ей уступает сосна (26-27%), на понижениях произрастает ольха черная (10-13%). В начале периода в сосновых древостоях преобладали молодняки, которые перешли за это время уже в категорию приспевающих, в березняках третью часть площадей занимали молодняки, с довольно равномерной представленностью древостоев 3-7 классов возраста, а в конце периода стали преобладать перестойные сообщества. Общий запас древостоев вырос в 2,3 раза (причем запасы ольховников увеличились в три раза). Это произошло за счет повышения полноты и класса бонитета древостоев, что отразилось на увеличении среднего запаса на 1 га (более заметно это в древостоях старшего возраста). Автор отмечает, что прекращение рубок леса не отразилось на расширении площади хвойных пород. Состояние старовозрастных насаждений опасений не вызывает, но тенденции повышения производительности древостоев замедляются.

В.А. Бугаев с соавт. (Бугаев, В.А. Динамизм леса в условиях Воронежского заповедника. // Лесная таксация и лесоустройство. Красноярск. 1998. С. 175-187) рассмотрели изменения лесного фонда Воронежского заповедника за 54 года (с 1937 по 1991) в результате естественных процессов роста древостоев. Преобладающими древесными породами являются сосна, дуб и осина (35, 31 и 21% покрытой лесом площади), заметные площади занимают береза и ольха (по 6%). Средний возраст древостоев изменился с 34 до 80 лет. При сохранении постоянства покрытой лесом площади общий запас древостоев увеличился более чем в два раза. Наряду с заметным старением древостоев, происходило сокращение площади осинников и дубрав, увеличилась площадь сосняков и немного - ольховников. Отмечено увеличение ср