Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Средообразующая роль лесных экосистем юга Средней Сибири

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Средообразующая роль лесных экосистем юга Средней Сибири"

РГ6 од

На правах рукописи

ГРИБОВ Александр Ильич

СРЕДООБРАЗУЮЩАЯ РОЛЬ ЛЕСНЫХ ЭКОСИСТЕМ ЮГА СРЕДНЕЙ СИБИРИ

Специальность: 03.00.16 - Экология

ДИССЕРТАЦИЯ в виде научного доклада на соискание ученой степени доктора биологических наук

Красноярск - 1998

Работа выполнена: в Институте леса им. В.Н. Сукачева СО РАН (1963-1974 гг.), Хакасском государственном университете имени Н.Ф. Катанова (1974-1995 гг.).

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор В.И. Таранков доктор географических наук, профессор Д.А. Бураков доктор биологических наук Л.С. Шугалей

Ведущая организация - Институт общей й экспериментальной биологии СО РАН

Защита состоится "Я? " Н/РЛ^Ы 1998 г. в Ю час. на

заседании диссертационного совета Д 120.45.01_ по защите

диссертаций на соискание ученой степени доктора биологических наук при Красноярском государственном аграрном университете по адресу: 660049, г. Красноярск, пр. Мира 88.

С диссертацией в виде научного доклада можно ознакомиться в библиотеке Красноярского государственного аграрного университета.

Ваши отзывы (в двух экземплярах) просим направлять по адресу: 660049, г. Красноярск, пр. Мира 88, Красноярский государственный аграрный университет. Ученому секретарю диссертационного совета Д_120.45.01

Диссертация в виде научного доклада разослана " N " (Ж^ЯЗЯМ 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор сельскохозяйственных наук, профессор P.M. Бабинцева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы вытекает го напряженной экологической ситуации, которая сформировалась в степных и лесостепных ландшафтах Минусинской котловины, а также в предгорных и среднегорных высотнопоясных комплексах (ВПК) Кузнецкого Алатау.

Под влиянием длительной хозяйственной деятельности, в которой главную роль сыграла интенсивная эксплуатация лесных и земельных ресурсов, природная среда юга Средней Сибири значительно трансформировалась.

Создание в регионе Саянского ТПК значительно увеличило антропогенные нагрузки на лесные экосистемы и усилило их деградацию.

Экологические функции лесов юга Средней Сибири достаточно полно изучены в высокогорных и среднегорных поясах Западного Саяна. Однако в других ландшафтах этого региона средообразующие функции лесных экосистем, продуцирующих в условиях чрезвычайно изменчивого геофизического фона, еще полностью не раскрыты и не оценены количественно и качественно.

Известно, что экологическая роль лесов в различных зонах и подзонах не равнозначна Она имеет свою специфику и тесно связана с природными особенностями лесных экосистем, их составом, биологической продуктивностью, стабильностью и другими факторами (Молчанов, 1969; Протопопов, 1975; Мелехов, 1977; Паулюкявичюс, 1979 и др.)

Это является основной причиной недостаточного использования лесов для экологической оптимизации региона, их охраны и рационального использования.

Рациональное освоение природных ресурсов представляет собой комплекс социальных, экономических, экологических и технологических проблем.

Однако практика показывает, что проблема стабилизации и улучшения окружающей среды в связи с освоением природных ресурсов часто решается только на основе внедрения технологических средств защиты. При этом недостаточно учитываются возможности и эффективность использования для этих целей лесных экосистем как составной части природной среды (Протопопов, 1990; Исаев, 1990).

Работа выполнялась в рамках программы фундаментальных исследований АН СССР "Проблемы лесоведения", раздел 1 "Исследование природных свойств, состава, запасов и размещения

лесов" (шифр 1.1) и вписывается в одно из современных перспективных направлений исследований - "Биосферная и экологическая роль леса".

Цель и задачи исследований. Целью работы является исследование и комплексная качественная и количественная оценка средообразующей роли лесных экосистем, в ландшафтах юга Средней Сибири.

Задачи исследований: - изучить гидрологическую роль лесов; - дать количественную оценку климатообразующих функций леса в лесостепных ландшафтах; - изучить пылеаккумулирующие свойства лесных экосистем и их роль в предотвращении загрязнения природных вод; - исследовать состояние рекреационных лесов, их устойчивость к различным формам воздействия; - разработать предложения по рациональному использованию исследованных лесов.

Объекты н методика исследования. В диссертации обобщены материалы, полученные в период с 1963 по 1995 гг. при проведении стационарных и эпизодических исследований в 7-ми районах региона: Минусинском, Шушенском, Ермаковском, Бейском, Богр адском, Ширинском, Аскизском.

Исследования проводились в березовых и кедровых лесах южной части Заводного Саяна, в березовых и сосновых лесах лесостепной часта Минусинской котловины, в кедровниках, сосняках и лиственничниках Кузнецкого Алатау.

Методика работ включала как маршрутные экспедиционные, так и стационарные исследования лесных массивов на временных и постоянных пробных площадях.

За время работы на объектах было заложено 45 постоянных пробных площадей, оборудованных лесными метеостанциями и элементарными стоковыми площадками. Для определения биологической продуктивности и биометрических показателей березняков было взято 164 модельных дерева.

Агрохимический анализ почвенных образцов проведен в лаборатории лесного почвоведения Института леса им. В.Н. Сукачева РАН

Комплекс лесоводственных, таксационных и геоботанических работ осуществлялся в соответствии с общепринятыми методическими разработками и рекомендациями (Сукачев, Зонн, Мотовшов, 1975; Жуков, 1964; Сукачев, Дылис, 1966; Молчанов, 1968; Анучин,1978).

При определении биометрических показателей насаждений

использовались методики, изложенные в работах В.В. Протопопова (1965, 1975), JI.K. Позднякова и др. (1969), А.И. Уткина (1975). Лесные гидрологические исследования проводились в соответствии с общепринятыми методами и наставлениями "Гидрометеослужбы", а также методическими разработками, рекомендациями A.A. Молчанова (1960), Л.К. Позднякова (1963), И.П. Коваля (1973), Р.Г. Чагелишвили (1986), Г.Б. Паулюкявичюса (1989) и др.

Определение водно-физических свойств почв (плотности сложения, плотности твердой фазы, щебнистости, порозности, влажности завядания, полной влагоемкости), изучение поверхностного склонового стока и эрозии осуществлялось методами, разработанными Н.Ф.Созыкиным (1939), Ф.Р. Зайдельманом (1957), A.A. Молчановым (1958,1960), A.A. Роде (1960).

Экспериментальные данные обработаны с применением методов математической статистики (Доспехов, 1979), включая корреляционный и регрессионный анализы.

Научная новизна исследований. В работе получили дальнейшее развитие теоретические положения концептуального подхода к изучению средообразующих функций леса, разработанного В.В. Протопоповым (1975).

Впервые дана комплексная оценка лесных экосистем юга Средней Сибири по их защитной роли, в том числе: изучены элементы биологической продуктивности и биометрические параметры березняков Западного Саяна и Минусинской котловины. В различных ландшафтах региона качественно и количественно оценены такие важные экологические функции лесов как их влияние на температурный режим вод, на формирование микроклимата лесных и прилегающих к ним сельскохозяйственных территорий. Изучены основные составляющие водного баланса березовых лесов, а также пылеаккумулирующие свойства сосновых насаждений, что особенно важно для районов, подверженных частым пыльным бурям.

Практическая значимость и реализация работы. Полученные данные могут применяться при разработке систем природоохранных мероприятий, при кадастровых оценках земель, при лесоустоительном проектировании, при планировании приемов, направленных на повышение продуктивности, сохранение и укрепление средообразующей и защитной роли лесов и прилегающих к ним сельскохозяйственных территорий.

Материалы по биологической продуктивности насаждений для данного региона получены впервые, в связи с чем могут быть использованы при расчетах параметров глобального круговорота веществ в биосфере.

Полученная информация является основой для разработки нормативов выделения особо защитных прибрежных лесов в горных ВПК Кузнецкого Алатау, предгорных и лесостепных ландшафтах юга Средней Сибири.

Результаты исследований нашли применение при разработке моделей насаждений с повышенной устойчивостью и при составлении комплексной природоохранной республиканской программы "Экология Хакасии".

Материалы исследований использованы при проектировании 3-х государственных заповедников, национального парка и республиканской эколого-рекреационной зоны, а также в "Законе о лесе" республики Хакасия.

Личный вклад автора. В основу работы положены результаты исследований, начатые в институте леса им. В.Н. Сукачева (1963-1974 гг.) и продолженные в Хакасском государственном университете им. Н.Ф. Катанова (1974-1995 гг.).

Исследования 1974-1985 гг. велись на основе договора о творческом научном сотрудничестве между институтом леса и государственным университетом по теме "Устойчивость лесных экосистем Хакасии к антропогенным нагрузкам". Дальнейшие исследования (1985-1995 гг.) выполнялись по теме-заданию "Устойчивость лесных экосистем юга Красноярского края к антропогенным нагрузкам и прогноз изменения их экологических функций".

Автор был руководителем и непосредственным исполнителем темы, составлял программы, разрабатывал методики, принимал участие во всех полевых и камеральных работах, анализе полученных результатов, в подготовке публикаций (самостоятельно и в соавторстве), а также провел внедрение рекомендаций в производство.

Апробация работы. Материалы исследований представлялись и обсуждались на III Забайкальской научно-производственной конференции по лесному хозяйству "Географические аспекты горного лесоведения и лесоводства" (Чита, 1967); II научном совещании по региональному зимоведению "Проблемы регионального зимоведения", выпуск 2 (Чита, 1968); Всесоюзном симпозиуме "Вопросы водного обмена растений как элемент круговорота веществ и энергии в основных видах растительности Советского Союза" (Иркутск, 1970); Научной конференции "Агрофизические исследования почв Средней Сибири" (Красноярск, 1975); Научной конференции "Структура и динамика растительного покрова" (Москва, 1976); 1 Межвузовском совещании по теоретическим и прикладным аспектам биологии "Биологические

исследования в ВУЗах Красноярского края" (Красноярск, 1977); Совещании Красноярского отделения Всесоюзного ботанического общества "Экология растений Средней Сибири" (Красноярск, 1983); Всесоюзной конференции "Экологическая роль горных лесов" (Бабушкин, 1986); II Республиканской научно-практической конференции "Охрана окружающей среды и человек" (Кызыл, 1988); Научно-практической конференции "Экологические проблемы Саянского территориально-производственного комплекса" (Абакан, 1988); Региональной конференции "Проблемы горного природопользования" (Барнаул, 1989); Всесоюзной научно-практической конференции "Состояние, освоение, проблемы экологии ландшафтов Алтая" (Горно-Алтайск, 1992);Научной конференции, посвященной 100-летию плана В.В. Докучаева по борьбе с засухой и преобразования степей России (Новосибирск, 1992); Заседаниях секции "Экологические функции леса" Научного Совета по проблемам леса РАН (Батуми, 1989; Алушта, 1991); Республиканской научной конференции "Проблемы заповедного дела Сибири" (Шушенское, 1996); Республиканской научной конференции "Современные проблемы географии России и родного края" (Курган, 1997).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 56научных работ, обпщм объемом более 35 печатных листов, в том числе 2 монографии. В этих работах изложены основные теоретические и практические положения диссертации.

На защиту выносятся следующие основные положения.

1. Средообразующая роль лесных экосистем в значительной мере определяется уровнем выполняемых ими защитных функций, которые связаны со спецификой высотяо-поясных комплексов (ВПК), лесистостью территории, таксационными и лесоводственными особенностями насаждений, количеством сконцентрированной в них фигомассы и характером ее пространственного размещения.

2. При комплексной оценке срсдообразующих функций лесных экосистем следует понимать их как природные образования, оказывающие разностороннее биофизическое влияние на окружающую среду.

3. Трансформация и восстановление средообразующих функций лесов определяются как интенсивностью антропогенного воздействия, так и степенью устойчивости самой системы к этому воздействию, которая зависит и от лесорастительных условий.

Глава 1. КОНЦЕПЦИЯ ИЗУЧЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ ЛЕСА.

Под экологическими функциями леса нами понимается роль лесных биогеоценозов в формировании среды, обеспечивающей благоприятные условия для существования всего живого, включая человека.

Такое понимание функций леса сложилось у нас под влиянием идей В.В. Докучаева о целостности природных комплексов, учения В.И. Вернадского о взаимосвязи и взаимодействии всех явлений природы и роли живого вещества в биосферных процессах и новой отрасли знаний -лесной биогеоценологии, созданной В.Н. Сукачевым.

Постановка комплексных стационарных исследований осуществлялась нами на биогеоценотической основе. Вслед за В.Н. Сукачевым типы леса нами понимаются как сложные биогеоценотические системы, основные свойства и качества которых являются внешним отражением внутренних процессов и взаимодействия между компонентами лесного биогеоценоза и внешней абиотической средой [Основы лесной биогеоценологии, 1964].

Это положение подтвердилось и нашими экспериментальными данными при изучении влияния лесных фитоценозов на основные абиотические факторы среды [3, 6,9,18,26]1.

Однако по мере накопления экспериментальных данных, включая и наши, было выявлено, что интенсивность трансформации основных абиотических факторов природной среды лесными экосистемами связана не только с типами леса. В каждом конкретном случае она определяется количеством сконцентрированной в лесных фитоценозах фитомассы и, главным образом, ее акцепторной части.

Для углубленного изучения механизма трансформации лесными фитоценозами абиотических факторов окружающей среды на Погорельском стационаре института леса и древесины СО РАН СССР был поставлен специальный эксперимент с использованием в качестве моделей живого и усохшего, но охвоенного подроста ели. Исследования проводились на открытом полигоне с ровной поверхностью в летний период при радиационном типе погоды. Результаты этого эксперимента показали, что живая модель лесного участка оказывает более существенное влияние на термический режим воздуха и почвы, влажность воздуха и испарение с водной поверхности под своим пологом, чем модель фитоценоза из "мертвых" растений (2).

1 Числа в скобках здесь и далее являются порядковыми номерами списка работ автора по теме диссертации.

Однако значительно влияние и "мертвой" лесной экосистемы на абиотические факторы среды, которое особенно отчетливо проявляется в трансформации ветрового потока и в меньшей степени во влиянии на солнечную радиацию.

На основе результатов этих исследований мы пришли к выводу, что для комплексной оценки средообразующих функций леса лесные биогеоценозы необходимо понимать не только как сложные биологические экосистемы, но и как природные образования, оказывающие чисто физическое влияние на окружающую среду (2).

В обоснованности такого подхода к лесным биогеоценозам нас убедило впервые проведенное в условиях Сибири круглогодичное изучение термического режима стволов деревьев в сосновых и березовых насаждениях в Красноярской лесостепи, а затем - в Минусинской котловине и Западном Саяне (3,18).

Проведенные исследования показали, что основная надземная часть фитомассы лесных фигоценозов, сконцентрированная в стволах деревьев, обладая большой теплоемкостью, как физическое тело, оказывает существенное влияние на тепловой баланс насаждений и участвует в формировании микроклимата под пологом леса. Поэтому, вслед за В.В. Протопоповым (1965, 1975), лесные биогеоценозы понимаются нами как сложные биофизические системы, в которых сконцентрировано в каждом конкретном случае определенное количество живого органического вещества, которое должно выражаться комплексом объективных биометрических параметров (6).

На основе этой концепции были построены все наши дальнейшие многолетние экспериментальные исследования, проведенные в различных ландшафтах юга Средней Сибири. При этом наряду с общепринятыми методическими приемами при исследовании типов леса, большое внимание в наших толевых работах уделялось изучению биометрических параметров лесных экосистем (надземная фитомасса основных компонентов фигоценозов, площадь листьев, хвои, сучьев, их поверхность и др.).

Однако во всех случаях при изучении экологических функций леса в ландшафтах особое значение мы придавали таким параметрам, как общая надземная фитомасса насаждений, характер ее пространственного распределения и облесенность территории (5, 11, 12). При этом мы исходили из результатов исследований, полученных другими учеными (Высоцкий, 1960; Молчанов, 1973; Протопопов, 1965, 1975; Поздняков, и др., 1969; Паулюкявичюс, 1979; Рахманов, 1981 и др.).

А.Б. Жуков и А.И. Бузыкин (1977) также пришли к выводу, что средообразующая роль леса обусловлена концентрацией фитомассы в

насаждениях или степенью насыщенности пространства, занимаемого лесной экосистемой. Основываясь на этом, они ввели понятие биогеоденотическая продуктивность, которая включает "весомую" (биологическую) и "невесомую" (средообразующую) продуктивность.

Регион, в котором проводились наши исследования, отличается сложностью природных условий. Это объясняется его географическим положением и орографией, что находит свое отражение в чрезвычайной изменчивости геофизического фона и быстрой смене ВПК, природных зон, подзон и ландшафтов.

Учитывая, что наши исследования проводились в предгорной , лесостепной и степной зонах юга Средней Сибири, мы обратили внимание на очень важную идею Г.Ф. Морозова (1949). Ее смысл сводится к тому, что вмешательство человека в жизнь леса находится в зависимости от географических условий и его влияние будет проявляться неодинаково в зависимости от географической обстановки, в которой будет осуществляться одно и тоже действие человека.

Идеи Г.Ф. Морозова о лесе, как географическом явлении, выдвинутые еще в начале XX века, нашли свое отражение в наше время в региональных системах организации и ведения лесного хозяйства.

Актуальность вышеуказанных положений, сформулированных Г.Ф. Морозовым, подтверждается результатами исследований, проведенными в различных равнинных и горных лесах. Они показали, что в различных природных зонах и высотно-поясных комплексах экологическая роль леса не равнозначна так же, как и ее трансформация под влиянием различных антропогенных нагрузок (Протопопов, 1975, 1990; Бабинцева, 1989; Исаев, 1990).

Имеется много примеров, когда вмешательство человека в жизнь леса в форме хозяйственной деятельности и техногенеза в отдельных регионах страны, сходных по физико-географическим условиям, привело к различным экологическим последствиям в природных комплексах.

Однако среди факторов, наиболее сильно влияющих на жизнь леса и его экологические функции, следует в первую очередь выделить сплошную рубку леса большими площадями, крупные лесные пожары, поражение значительных лесных массивов насекомыми-вредителями и уничтожение лесов при эксплуатации энергетических, земельных и других ресурсов. К аналогичным факторам можно отнести и чрезмерное использование лесов в целях рекреации, неумеренную пастьбу скота и влияние на лесные экосистемы техногенных и других загрязнений природной среды.

Почти все эти формы влияния на лесной растительной покров характерны для ландшафтов юга Средней Сибири. С ними, в основном,

связаны негативные экологические последствия в природных комплексах региона.

Очевидно, что проблема экологической роли леса должна решаться на биогеоценотической основе, на базе экспериментальных исследований с одновременным привлечением материалов наблюдений Гидрометеослужбы, дистанционной информации и методов моделирования и математического анализа.

Одновременно постановка исследований по такой технологической схеме позволит привлечь для оценки средообразующей роли леса большое количество информации, получаемой комитетом по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды во всех регионах страны. Следует отметить, что такой подход к решению проблемы вполне соответствует идеям В.Н. Сукачева, раскрываемым в лесной биогеоценологии.

В результате накопления новых научных данных и всестороннего анализа роли леса в жизни современного общества лесные ресурсы определяются как комплекс разнообразной продукции, защитных и социальных полезностей леса (Моисеев, 1980; Исаев, 1990).

Таким образом, прошло время оценки лесных ресурсов с позиции использования только древесного сырья. Возросшее значение защитных и социальных полезностей леса предопределяет многоцелевое лесопользование, которое относится к важнейшей государственной проблеме.

На основе современного состояния лесов, прогнозов экономического и экологического развития республики Хакасия и сопредельных регионов юга Средней Сибири мы считаем, что основными экологическими функциями, выполняемыми лесам ц : региона, являются и остаются в перспективе: почвозащитная, водоохранная, водорегулирующая, санитарно-гигиеническая и рекреационная (20, 23, 25, 26).

Результаты многолетних исследований, проведенные нами в различных природно-климатических условиях, раскрывающие количественную и качественную сторону защитной роли лесных экосистем, позволяют подойти к решению другой важной стороны проблемы: обоснованию оптимальной системы ведения лесного хозяйства и возможности повышения экологического потенциала лесов региона. Критерием оценки этого, по нашему мнению, должен стать уровень выполняемых лесом защитных функций.

Таковы основные теоретические положения, на основе которых выполнены наши исследования экологических функций лесов юга Средней Сибири.

Глава 2. КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ

Исследования проводились в южной части Средней Сибири на обширной территории, охватывающей горные и предгорные леса Западного Саяна, Кузнецкого Алатау и лесостепные и степные ландшафты Минусинской котловины.

Представленная здесь характеристика природных условий района исследований приводится по материалам А.А. Ерохиной, М.В. Кириллова (1964), В.В. Протопопова (1965), М.П. Смирнова (1970), Н.И. Ильиных (1970), Л.М. Черепнина (1974), Д.И. Назимовой (1975), В.Н. Смагина и др. (1980), Н.П. Поликарпова и др. (1986), Ф.И. Плешикова (1991) и др.

По лесорастительному районированию территория вписывается в пояса сосново-березовой лесостепи, темнохвойный и светлохвойный таежный (Протопопов, 1965; Назимова, 1975; Смагинидр., 1980).

Горные системы Западного Саяна и Кузнецкого Алатау включают множество хребтов и отличаются исключительно большой развитой сетью рек и ручьев, формирующих сток Енисея, а также Оби.

Климатические ресурсы юга Средней Сибири достаточно хорошо изучены и отражены в ряде опубликованных в печати работ (Протопопов, 1965,1975; Поликарпов и др., 1986), Результаты биоклиматических исследований рассматриваются и в наших работах (3, 11,18,26).

Поэтому, не останавливаясь подробно на анализе климатических условий региона, отметим лишь основные специфические особенности климата, которые характерны для различных зон, подзон и высотно-поясных комплексов, где проводились наши исследования.

Географическое положение рассматриваемой территории внутри Евразийского материка обуславливает резкую континентальность климата. Особенно контрастно она проявляется в Минусинской котловине и котловинах, расположенных в ее границах.

Однако, под влиянием сложных орографических условий и зональности, климатические условия рассматриваемой территории в значительной степени трансформируются. Последнее отчетливо проявляется в годовой сумме выпадающих атмосферных осадков, закономерности формирования облачности, термического режима воздуха и почвы. Они являются основной причиной чрезвычайно большой изменчивости местного климата, а также микроклимата на всей территории юга Средней Сибири.

Так в сухой Койбальской степи годовая сумма осадков составляет всего 240 мм. По направлению с севера на юг, в сторону Западного Саяна, их количество постепенно увеличивается в Ширинской степи до 290 мм, в лесостепных ландшафтах - до 310 мм, в предгорьях - до 470 мм.

Северный наветренный макросклон Западного Саяна перехватывает большую часть атлантических осадков и характеризуется обильным увлажнением с суммой годовых осадков в среднегорье 800 -1000 мм и более 1500 мм - в высокогорной части.

Меридианальный хребет Кузнецкого Алатау перехватывает значительную часть влагонасыщенных воздушных масс господствующего западного направления, осадки которых обильно увлажняют западный склон этой горной системы.

Годовая сумма осадков в осевой части хребта Кузнецкого Алатау достигает 1000 мм, резко понижается к Хакасско-Минусинской котловине до 300 мм.

В интегрированной форме климатические ресурсы юга Средней Сибири нашли отражение при выделении климатических поясов и высотнопоясных комплексов растительности (Протопопов, 1965; Поликарпов и др., 1986).

Чрезвычайная изменчивость климатического фона, орографических и геоморфологических условий региона отчетливо проявляется на характере лесной растительности и почвенного покрова.

Наиболее распространенными почвами в степной зоне являются каштановые почвы, черноземы, в лесостепной - серые и темно-серые лесные почвы, в предгорьях - горно-подзолистые щебнистые (Смирнов, 1970;. Ильиных, 1970; Плешиков, 1975, 1991).

Одной из характерных особенностей лесных растительных формаций региона является их динамичность, которая проявляется в изменении типов леса, их биологической продуктивности, строении, структуры в связи с высотной поясностью и широтной зональностью.

Природные особенности лесной растительности достаточно полно освещены в литературе (Протопопов, 1965; Смагин и др., 1980; Поликарпов и др., 1986). Они раскрываются и в наших работах (5, 12, 13, 19, 24,26).

Основными породами - лесообразователями, на которых мы сконцентрировали особое внимание в исследованиях, являются березовые и сосновые насаждения, наиболее распространенные в лесостепной подзоне Минусинской котловины. В предгорных и горных лесах в качестве объектов использовались кедровые, пихтовые, и

лиственничные лесные экосистемы, а также березовые фитоценозы, образовавшиеся в результате вырубки и пожаров в темнохвойных лесах.

В степном поясе объектами исследований послужили искусственные лесные экосистемы, представленные полезащитными лесными полосами различной конструкции из тополя гибридного, вяза мелколистного, акации желтой.

Под влиянием длительной хозяйственной деятельности естественные природные условия юга Средней Сибири значительно изменились. В этом процессе главную роль сыграла длительная эксплуатация лесных и земельных ресурсов.

Сведение лесов в регионе, особенно в лесостепных и предгорных районах, началось в железном веке и продолжается до настоящего времени (Сунчугашев, 1979; Чабочаков, 1982; Кызласов, 1984; Рюмин, 1988). В результате современная средняя лесистость территории в лесостепных районах составляет 10-17%, а в отдельных местностях не превышает 2-3%. В предгорьях она значительно выше и равна 20-32%, в среднегорных ВПК уровень лесистости составляет 48-61%, в высокогорных пока еще достигает 60-70% (19).

Интенсивное использование земельных ресурсов явилось основной причиной неравномерного пространственного распределения лесных растительных формаций на территории региона и смены хвойных насаждений на значительных площадях лиственными.

В связи с формированием Саянского территориально-производственного комплекса на базе Саяно-Шушенской ГЭС леса региона подвергаются влиянию различных техногенных выбросов в атмосферу. Увеличение здесь плотности населения привело к интенсивному использованию лесов в целях рекреации.

В свете вышеизложенного можно ожидать дальнейшего ослабления полезных функций лесов, которые необходимо рассматривать как экологический каркас региона, формирующий основные параметры жизнеобеспеченности.

Глава 3. ГИДРОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ ЛЕСНЫХ ЭКОСИСТЕМ

В Сибири, где сосредоточены основные ресурсы чистой пресной воды России, среди экологических функций леса на первое место во многих ее регионах, особенно горных, выступает гидрологическая роль.

Известно, что основной сток сибирских рек формируется в лесных поясах горных систем (Протопопов, Лебедев, Краснощеков и др., 1979; Побединский, 1979; Антипов, Корыгный, 1981; Антипов, Рюмин, 1986). Поэтому качество и количество стока десятков тысяч малых и больших рек, озер и водохранилищ постоянно находится под контролем горных и предгорных лесов.

Изучение гидрологических функций лесов Сибири, по сравнению с европейской частью страны, началось значительно позже. Основное внимание при этом было уделено изучению гидрологической роли горных хвойных лесов Западного Саяна, бассейна оз. Байкал и равнинных лесов лесостепных районов Сибири (Лебедев, 1982; Краснощеков, Горбачев, 1987).

Учитывая прогрессирующую смену хвойных пород на лиственные, нами впервые на юге Средней Сибири были организованы и осуществлены стационарные экспериментальные исследования гидрологической роли березняков, произрастающих в горных, предгорных и лесостепных районах этого региона (9, 10,14).

В настоящее время эта растительная формация занимает здесь от 10 до 25 % лесопокрытой площади и оказывает значительное влияние, на гидрологические процессы на водосборных бассейнах (11,19).

Как указывалось ранее, в исследовании гидрологических функций лесов нами применялись общепринятые методические приемы, апробированные многими учеными, и новый, современный биофизический подход к изучению средообразующих функций леса (Протопопов, 1975).

В настоящей главе анализируются результаты исследований, раскрывающих основные аспекты гидрологической роли лесных экосистем юга Средней Сибири (4, 7, 8, 9, 11, 21,26).

3.1. Влияние насаяедений на атмосферные осадки

Известно, что задержание атмосферных осадков лесной растительностью является одной из расходных статей водного баланса и

зависит от ряда факторов (Кигредж, 1951; Молчанов, 1960; Рахманов, 1962, 1975; Протопопов, 1963, 1965; Клинцов, 1969; Таранков, 1970; Поляков, 1975; Лебедев, Краснощеков и др., 1979, Лебедев, 1982)

Наименее изученными в рассматриваемом отношении оказались березовые леса Сибири.

Березовые насаждения, произрастающие на южном и северном мегасклонах Западного Саяна и в лесостепной части Минусинской котловины, задерживают значительное количество осадков (табл. 1). Наибольшее количество - до 20% от осадков открытого места -перехватывают высокополнотные (0,8-0,9) березняки южной части, 1618% - березняки северного предгорья Западного Саяна, до 14% -насаждения лесостепной части Минусинской котловины. Эти отличия можно объяснить двумя основными причинами: во-первых, неодинаковым режимом выпадения осадков и различным их количеством в районах произрастания насаждений и, во-вторых, таксационными различиями исследованных древостоев (4, 10, 11).

Кронами кедровников бруснично-зеленомошных и крупнотравных (южный и северный склоны Западного Саяна) на протяжении вегетационного периода задерживается почти одинаковое количество осадков - 20-27%. Близкие данные получены В.В. Протопоповым (1975) и A.B. Лебедевым (1982).

Анализ экспериментальных материалов показал, что иногда в одних и тех же лесорастительных условиях и близких по таксационным показателям насаждениях отмечаются довольно большие различия в перехвате древостоями осадков. Это объясняется различиями биометрических показателей древостоев.

При анализе количества жидких осадков, перехваченных насаждениями, и сопоставлении их с биометрическими показателями древостоев обнаруживается достоверная связь. Наиболее тесной она оказалась между количеством осадков, задержанных древостоями, и массой крон (5, 10).

Аналитически она выражается уравнением: Мз=9,8 (IgMK + 1); /7= 0,96;

где: Мз - задержанные осадки кронами деревьев, в % от осадков открытого места; Мк - масса крон, в ц/га.

Между задержанием осадков кронами деревьев и массой листьев также существует зависимость:

lgM3=0,66 lgMn + 0,55; 7 = 0,92: где: Мл - масса листьев, ц/га.

Таблица 1

Перехват осадков насаждениями (в мм, %% от количества осадков на открытом месте; средние данные за 7 лет)

Тип леса, возраст М е С я ц Среднее за период

V VI VII VIII IX наблюдений

мм % мм % мм % мм % мм % %

Южная среднего тая часть Западного Саяна

Открытый участок Березняки бруснично-зеленомошные, 60-70 лет 50 6 100 12 75 19 100 26 100 25 100 25 105 28 100 27 54 8 100 14 20

Березняки осочково-вейниково-зеленомошные, 40-55 лет 4 6 16 23 21 23 23 24 6 12 16

Вырубки, возобновившиеся березой, 10-15 лет 2 4 5 7 6 7 6 7 3 5 6

Кедровники бруснично-зеленомошные, 180-210 лет 10 20 19 26 27 27 27 26 15 27 26

Северная предгорная часть Западного Саяна

Открытый участок Березняки папоротниково-крупнотравные, 40-50 лет Кедровники крупнотравные, 200-230 лет 22 3 5 100 11 21 72 15 17 100 23 24 112 23 29 100 22 26 86 18 14 100 24 28 65 13 18 100 21 28 20 25

Лесостепная часть Минусинской котловины

Открытый участок 25 100 53 100 87 100 80 100 23 100

Березняки хвощово-разнотравные, 35-40 лет 2 9 8 15 13 15 11 15 3 13 13

Минимальное количество осадков березняки задерживают до распускания листьев. В конце мая - начале июня, при массе листьев 8-10 ц/га и величине листового индекса в насаждениях 0,5-0,7 га/га осадков задерживается около 5-10%. Когда заканчивается рост ассимиляционного аппарата и его масса достигает 45-55 ц/га, перехват достигает максимальной величины - до 20-25% от осадков открытого места (10, 11).

Используя полученные уравнения, мы можем по биометрическим показателям определить для разных целей задержание осадков березовыми древостоями, что упрощает определение этого элемента водного баланса леса. Причем биометрические показатели древостоев могут определяться по таксационным характеристикам насаждений (Поздняков и др., 1969; Усольцев, 1988).

Средняя величина задержания жидких осадков кронами древостоев Кузнецкого Алатау в кедровниках (800 м) составила 23-26%, в сосняках (650 м) - 18-24%, лиственничниках (500 м) - 13-16%. Березняки (25 лет) с примесью осины, произрастающие на границе кедровников и сосняков (700 м),задерживают кронами от 10 до 14% осадков открытого места.

Основные закономерности распределения жидких атмосферных осадков заключаются в следующем.

С ростом абсолютных высот растет и величина жидких осадков. Средний многолетний градиент роста жидких осадков изменяется от 43,2 мм/100 м (Западный Саян) до 64,8 мм/100 м (Кузнецкий Алатау).

В отличие от вечнозеленых насаждений, где на протяжении всего вегетационного периода наблюдается некоторая стабильность в величине задержания жидких осадков, в березняках этот процесс характеризуется динамичностью, которая проявляется в неодинаковом количестве перехвата пологом леса осадков в теплый период года.

В условиях длительных зим леса юга Средней Сибири оказывают существенное влияние на формирование снежного покрова и на его физические характеристики (7.11. 26). В березовых насаждениях южной и северной части Западного Саяна высота снежного покрова достигает 80 см, в лесостепной части Минусинской котловины - 65 см. На открытых участках мощность снежного покрова на 20-30 см меньше (табл. 2).

Различия наблюдаются и при анализе других параметров снежного покрова: плотности и запасов воды в снеге.

Исследованиями выявлена эффективная снегоаккумулирующая роль березняков. Она отчетливо проявляется при анализе коэффициентов снегозапасов. Наибольшего значения- 1,42-1,49 - они достигают в насаждениях лесостепных районов Минусинской котловины, где

18

Таблица 2

Характеристика снежного покрова в древостоях (многолетние данные)

Тип леса, возраст Высота снежного Плотность, Запас воды в снеге, Коэффициент

пок рова, см г/см! мм снегозапасов

лес открытый участок лес открытый участок лес открытый участок

Южная среднегорная часть Западного Саяна

Березняки бруснично-зеленомошные, 60-70 лет 78 69 0,17 0,18 133 124 1,07

Березняки осочково-вейниково-зеленомошные, 40-55 лет 73 64 0,16 0,17 120 113 1,07

Вырубки, возобновившиеся березой, 10-15 лет 72 66 0,18 0,19 130 125 1,04

Кедровники бруснично-зеленомошные, 180-210 лет 69 62 0,15 0,16 104 99 1,04

Северная предгорная часть Западного Саяна

Березняки папоротниково-крупногравные, 40-50 лет 77 70 0,15 0,15 112 106 1,06

Кедровники крупнотравные, 200-230 лет 70 71 0,14 0,14 101 110 0,90

Лесостепная часть Минусинской котловины

Березняки хвощово-разнотравные, 35-40 лет 62 36 0,18 0,21 ■ 112 76 1,45

наблюдается активная ветровая деятельность и малоснежные зимы. Именно здесь, где березняки являются распространенной лесной формацией, их роль, как накопителя влаги, можно сравнить с ролью снегосборных полос (7, 11).

Изучением распределения снежного покрова в горных темнохвойных лесах Сибири занимались В.В. Протопопов (1965) и А.В. Лебедев (1982).

В частности, А.В. Лебедев на основе анализа многолетних данных сети метеостанций показал, что на северном макросклоне Западного Саяна средний градиент снегозапасов в интервале высот от 300 до 800 м близок к 35 мм на каждые 100 м высоты, а от 800 до 1600 м он составляет 28 мм.

Данные снегомерных наблюдений подтверждают существующую закономерность и в горах Кузнецкого Алатау. В пределах высот от 500 до 800 м в бассейне р. Аскиз средний за период наблюдений градиент снегозапасов составил 28 мм, изменяясь в отдельные годы от 17 до 45 мм.

Особенности формирования снежного покрова исследовались на водосборных бассейнах реки Аскиз н Тея в древостоях, на вырубках и т.д. от лесостепной предгорной (более 500 м) части до темнохвойных лесов и вырубок на высоте 800 м.

Формирование снежного покрова в древостоях регламентируется такими показателями, как полнота, сомкнутость крон, фитомасса древостоя и др. Обычно, чем эти показатели выше, тем ниже снегозапасы.

Изменение величины снегозапасов в пределах облесенной части водосборных бассейнов происходит от верхних абсолютных высот к нижним. По видам угодий снижение происходит следующим образом. Заросшие кустарником вырубки и вырубки, возобновившиеся лиственными породами (осиной, березой), характеризуется коэффициентом снегозапасов - 0,61-1,0. Узкие, защищенные от ветра речные поймы, накапливают 68-84%. Хвойные леса (лиственничные, елово-пихгово-кедровые и сосновые) аккумулируют под пологом от 33 до 64% максимальных запасов снега.

В безлесных и малолесных лесостепных, предгорных районах, располагающихся ниже 500 м абсолютной высоты на перераспределение снега оказывает влияние ветровое переотложение.

При наличии по берегам рек даже редкостойных березняков (пойма р. Тея), снегозапасы под пологом прибрежных лесов, так и на безлесных участках возрастают до 25-28% от максимальных.

Значительное влияние на формирование снежного покрова оказывает и экспозиция склонов. В исследованных районах среднегорья и предгорья Кузнецкого Алатау высота снежного покрова на южных склонах как правило на 10-15 см меньше, чем на северных, а запас воды в снеге на 15-20 мм.

В условиях ветровой деятельности существенное значение в формировании снежного покрова приобретает микрорельеф, а также степень лесистости района.

Снегоаккумулирующая роль исследованных лесов имеет еще одно важное значение. Она смещает и увеличивает сроки весеннего снеготаяния. По сравнению с безлесными участками в среднегорных насаждениях южной части Западного Саяна сход снега наступает на 12 дней позднее, а в северной предгорной и лесостепной части Минусинской котловины - на 5-7 дней, в лесостепной и предгорной части Кузнецкого Алатау на 8-11 дней.

3.2. Поверхностный сток и эрозия почв.

Влияние леса на сток является одной из важных черт его гидрологической роли. Известно, что водорегулирующие свойства леса во многом определяются водно-физическими свойствами почвы и подстилки (Созыкин, 1939; Зонн, 1959; Молчанов, 1960; Роде, 1960).

Водно-физические свойства и водный режим почв в значительной степени зависят от их механического состава. Существенным фактором при этом является наличие в почве щебня. Значение этого фактора особенно возрастает в горных условиях, для почв которых характерно содержание большого количества щебнистых и каменистых фракций. Поэтому определение водно-физических свойств почв необходимо проводить с учетом щебнистости, в противном случае это может привести к неправильному пониманию гидрологической роли леса на щебнистых почвах (Зайдельман, 1957; Таранков, 1970).

Щебнистость почв под березняками среднегорной части Западного Саяна изменяется в пределах 21-34%. Среднее значение щебнистости в корнеобитаемом слое на глубине 0-50 см колеблется от 11 до 30 % (табл.3).

Величина щебнистости заметно изменяется по горизонтам почвенного профиля. В верхних горизонтах она составляет 11-14% , а в нижних достигает 43-65%. Неодинаково распределение щебня и по

Таблица 3

Водно-физические свойства лесных почв и подстилки

Тип леса, возраст, почва Глубина корнеобита-емого слоя, см Ощ Мз Пп Пт Р ВЗ ПВ Подстилка

Запас, ц/га Влаго-емкость мм/мин

Южная среднегорная часть Западного Саяна

Березняки бруснично-зеленомошные, 60-70 лет, почва горноподзолистая на элювии розовато-бурого песчаника 0-50 34 66 1,Н 2,20 47 11 230 87,3 3,0

Березняки осочково-вейниково-зеленомошные, 40-55 лет, почва серая среднеоподзоленная на делювии хлоритовых сланцев 0-50 23 77 1,17 2,33 50 10 232 67,4 2,7

Вырубки, возобновившиеся березой, 10-15 лет; почва примитивная, развивающаяся на элювии розовато-бурого песчаника 0-50 21 79 1,25 2,20 43 14 170 25,0 1,3

Кедровники зеленомошные, 180-200 лет, почва торфяно-скрыто-подзолистая на элювии розовато-бурого песчаника 0-50 16 84 1,08 2,19 50 13 275 100,2 7,2

Северная предгорная часть Западного Саши

Березняки папоропшково-крупнотравный, 40-50 лет, почва серая лесная оподзолинная мощная суглинистая 0-50 1,03 2,31 57 11 289 51.1 1,9

Кедровники крупнотравные, 200-230 лет; почва почва горно-таежная бурая неоподооленная, тяжелосуглинистая на делювии хлоритовых сланцев 0-50 1,02 2,41 57 9 289 95,6

Лесостепная часть Минусинской котловины

Березняки хвощово-разнотравные, 35-40 лет, почва темно-серая лесная, оподзоленная мощная 0-50 1,06 2.80 51 8 254 38 1,8

Сосняки зеленомошные, 100-120 лет, почва дерново-боровая оподзоленная примитивная карбонатные на эоловых песках 0-50 1,23 2,04 45 66,2 3,1

Сосняки разнотравные, 90-120 лет, почва дерново-луговая 0-50 0,94 2,12 36 57,3 2,8

Кузнецкий Алатау

Сосняк осочково-разнотравный, 30 лег, почва горная дерновая лесная сильнощебнистая на делювии гранитов 0-50 44 56 1,44 2,54 44 4 180,9 50,0 3,0

Осинник осочково-вейниково-папоротннковый, 15 лег, почва горная дерновая карбонатная мощная тяжелосуглинистая на элюво-делювни темно-серых известняков 0-50 8 92 1,01 2,44 59 8 331,8 14,5 2,3

Сосняк осочково-вейниково-крупнотравный, 100 лет, почва горная лесная темноцветная перегнойно-карбоиатная тяжелосуглинистая на делювии доломитов 0-50 55 45 1,01 2,48 59 8 319,1 56,4 3,5

Кедровник осочково-зеленомошный, 140 лет, почва горная лесная темноцветная перегнойно-харбонатная тяжелосуглинистая на делювии доломитов 0-40 58 42 0,68 2,31 69 7 459,8 45,3 6,3

Лиственничник осочково-папоротниково-крупнотравный, 200 лег, почва горная дерново-лесная глубоко-сильнощебнистая на делювии гранитов и сланцев 0-50 32 68 1,26 2,34 57 7 246,5 67,3 4,7

Примечание: Ощ - общая щебнистость корнеобигаемого слоя, %; Мз - количество мелкозема в корнеобитаемом слое, %; Пп - плотность сложения сухой почвы, г/см; Пт - плотность твердой фазы почвы, г/см ; Р -порозность общая, %; ВЗ - влажность завядания, мм; ПВ - полная влагоемкость, мм.

фракциям крупности. Наибольшее количество (10-32%) составляют камни различной крупности, меньшее (4-12%) - хрящ.

Щебнистость почв под насаждениями Кузнецкого Алатау изменяется значительно - от 1 до 87%. Наименьшие значения отмечены в верхних горизонтах, наибольшие - в средних и нижних.

С учетом щебнистости определены и другие физические и водно-физические свойства лесных почв (табл. 3).

Плотность сложения сухой почвы под березняками среднегорной части Западного Саяна изменяется в пределах 0.71-1.60 г/см3.

Величина плотности сложения нещебнистых почв более стабильна и равна 1.02-1.07 г/см3. Плотность твердой фазы пота определяется, в основном, ее минералогическим составом и изменяется незначительно -от 2.23 до 2.41 г/см3.

Порозность щебнистых почв характеризуется значительной изменчивостью - в пределах 37-59%. Среднее значение для корнеобитаемого слоя равно 44-51%. Порозность почв в березняках лесостепной части Минусинской котловины более стабильна (среднее значение 54%).

Влажность завядают в исследуемых почвах колеблется незначительно - в пределах 7-12%.

Величина полной влагоемкости почв более изменчива. Для щебнистых горных лесных почв она составляет 174-250 мм, для нещебнисгых 248-297 мм.

Величина плотности сложения щебнистых почв варьирует в пределах 0.76-1.44 г/см3 (среднее значение). Плотность твердой фазы изменяется - от 2.31 до 2.60 г/см3.

В режиме увлажнения почв березняков наблюдается различия как в течение вегетационного периода, так и по отдельным годам.

Запасы влаги в корнеобигаемом слое в течение всех периодов колебались в пределах 11-59 мм, но никогда не опускались ниже влажности завядания (табл. 3).

Максимальные почвенные влагозапасы на всех объектах наблюдаются в мае, их величина в этот период определяется зимними осадками и незначительной расходной частью почвенных влагозапасов. Июль и средина августа характеризуются уменьшением влаги в корнеобигаемом слое, что объясняется продуктивным ее расходом на процессы роста и развития растительности. К концу вегетационного периода происходит увеличение влагозапасов.

Установленные закономерности в целом характерны как для лесных почв березняков и сосняков лесостепной части Минусинской котловины,

северной и южной частей Западного Саяна, так и для почв насаждений Кузнецкого Алатау.

Связующим звеном в системе растительность -> почва является подстилка, как один из компонентов биогеоценоза. Известна большая роль лесной подстилки в гидрологических процессах лесных экосистем (Созыкин, 1939; Смарагдов, 1940; Зонн, 1959; Молчанов, 1960; Корсунов, 1988; Шугалей, 1991). Лесная подстилка обладает большой влагоудерживающей способностью и влияет на характер формирования стока и эрозию почв.

В сосняках лесостепной части Минусинской котловины она варьирует (в зависимости от стадии дигрессии) от 13 до 105 ц/га.

Мощность лесной подстилки в березняках юга Средней Сибири составляет 2-4 см, ее запасы колеблются в пределах 35-87 ц/га

По нашим исследованиям наибольшая влагоемкость подстилки -Змм наблюдается в березняках зеленомошной группы типов леса южного мегасклона Западного Саяна. В березняках северной лесостепной частей она уменьшается до 2 мм.

В темнохвойных насаждениях Западного Саяна и Кузнецкого Алатау она увеличивается до 6.3-7.2 мм, что объясняется составом и мощностью подстилки.

Во многих районах лесостепной части юга Средней Сибири на распаханных территориях наблюдается эрозия почв (Орловский, 1963). В горных районах она возможна на вырубках, особенно на крутых склонах (Сурмач, 1971; Лебедев, Краснощеков и др., 1979; Побединский, 1979; Лебедев, 1982). При этом большое количество почвы смывается дождевыми потоками. Проходя через лесопокрытые площади, часть наносов твердого стока аккумулируется лесной подстилкой.

Исследования показали, что потенциальная величина перехвата лесной подстилкой мелкозема размытых почв может достигать значительных величин - от 100 до 400 г/м2. Она изменяется в зависимости от концентрации суспензий, крутизны склонов, а также продолжительности поверхностного стока.

В результате значительная часть продуктов эрозии почв не загрязняет реки, а задерживается в насаждениях и участвует в биологическом круговороте веществ в лесных фитоценозах.

Механизм формирования поверхностного стока в лесных экосистемах и перевод его во внутрипочвенный и грунтовый тесно связан с инфильтрадионньши свойствами подстилки и почвы. Именно они в интегрированном виде находят отражение в интенсивности проявления лесными экосистемами водоохранных, водорегулирующих и почвозащитных функций.

Исследованиями установлено, что наилучшими

инфилырационными свойствами обладают щебнистые почвы под березняками южной среднегорной части Западного Саяна - 27-29мм/мин. Почвы под березняками лесостепной и предгорной северной части не отличается высокими инфильтрационными свойствами. Для них характерно отсутствие щебня и сильное уплотнение верхних слоев почвы под действием выпаса скота. Поэтому здесь заметно увеличивается склоновый поверхностный сток. Почвы под сосняками лесостепной части Минусинской котловины имеют широкий диапазон инфильтрации - от 44 мм/мин (дерново-боровые оподзоленные под сосняками зеленомошными) до 0.6 мм/мин (дерново-луговые почвы под сосняками разнотравными, испытывающими большие рекреационные нагрузки).

Инфильтрационная способность почв на участках с нарушенным растительным и почвенным покровом, трелевочных волока* > выпасах резко уменьшается -1-3 мм/мин.

Наилучшими инфильтрационными свойствами характеризуется и щебнистые почвы под темнохвойными (60-67 мм/мин) и светлохвойными (33-59 мм/мин) лесами среднегорного пояса Кузнецкого Алатау. Инфильтрационные свойства щебнистых почв под сосняками предгорий, на вырубках, возобновившихся осиной и березой, несколько понижаются (табл. 4)-

В общем лесные почвы в исследованных насаждениях отличаются достаточно высокими инфильтрационными свойствами, что обеспечивает почти полный перевод поверхностного стока во внутрипочвенный и грунтовый (табл. 4)-

Минимальная величина коэффициента поверхностного стока -0.014-0.018 - наблюдается в темнохвойных и светлохвойных насаждениях, а также в березняках зеленомошных среднегорного пояса. Близкие данные для кедрово-пихтовых древостоев Западного Саяна получены В.В Протопоповым (1963). В березняках крупнотравной группы типов леса она варьирует в пределах 0.015-0.023, увеличиваясь до 0.030. в березняках лесостепной части Минусинской котловины. На вырубках различной давности коэффициент поверхностного склонового стока достигает 0.20-0.37.

На величину поверхностного стока здесь оказывает влияние хорошо развитый моховой покров, большая влагоемкость подстилки и высокая щебнистость почв.

Увеличение коэффициента стока связанно также с различиями в типах леса, орографическими условиями, а также хозяйственной деятельностью.

Современная ускоренная эрозия почв в основном обусловлена антропогенным влиянием на природные экосистемы. Доказано - и это ни у кого не вызывает сомнения, что лесная растительность в различных регионах выступает как один из главных противоэрозионных факторов (Созыкин, 1939; Арманд, 1965; Лебедев и др., 1975; Коваль, 1972, 1786; Чагелишвили, 1986; Паулюкявичюс, 1988). В Средней Сибири в различных природных комплексах величина модулей стока изменяется в широких пределах - от 2 до 40 т/м2 в год.

В горных лесах Западного Саяна твердый сток за вегетационный период в темнохвойных, сосновых и лиственничных насаждениях весьма мал и изменяется: лишь в пределах 0.51-4.90 кг/га (Протопопов, 1963).

На полностью облесненных водосборах водная эрозия почв в несколько десятков раз меньше, чем на безлесных и распаханных участках (Лебедев, 1982; Протопопов и др., 1979; Бизюкин, 1980; Краснощекое, Горбачев, 1987).

В лесостепных районах величина твердого стока на распаханных черноземах достигает 20 т/га (Куклин, 1970).

Нашими исследованиями установлено, что за вегетационный период твердый сток в березняках юга Средней Сибири изменяется в пределах 0.23-0.60 т/км2. Максимальный модуль твердого стока - 0.530.60 т/км2 наблюдается в лесостепной части Минусинской котловины. Он здесь почти в два раза выше, чем в аналогичных насаждениях предгорной и среднегорной части Западного Саяна (21,26).

В сосняках зеленомошных и разнотравных, (У-УП кл. возр.), произрастающих на дерново-боровых оподзоленных и дерново-луговых почвах Минусинской котловины, твердый сток изменяется от 0.44 до 0.63 т/км2. Такое варьирование объясняется величиной рекреационных нагрузок на исследуемые типы леса. Они приводят к увеличению плотности почвы от 0.81 до 1.21 г/см3, уменьшают порозность до 35%. Запасы подстилки уменьшаются от 105 до 13 и/га. А результирующий показатель возрастания эрозионной опасности - водопроницаемость почв уменьшается с 44 до 0.6 мм/мин. На контрольных (условно ненарушенных) участках условий для возникновения твердого стока не наблюдалось.

В целом следует отметить, что основные интегрирующие показатели защитной роли лесов - водопроницаемость почв и эрозионный коэффициент изменяются в весьма широком диапазоне. Прослеживается тенденция к снижению твёрдого стока от лесостепного

предгорного пояса к среднегорному, а в пределах каждого высотного пояса от безлесных площадей к лесопокрытым.

3.3. Оценка лесов юга Средней Сибири по защитной роли.

На основании обобщения большого фактического материала, полученного в процессе исследований, разработана оценка лесов юга Средней Сибири по защитной роли.

В основу этой оценки нами взяты основные положения, изложенные в работах о вертикальной поясности в горах (Докучаев. 1899; Герасимов и др., 1960) и современном представлении о высотных лесорастительных поясах (Сочава, 1978), а также об основных закономерностях формирования классов ВПК типов лесов и их связи с климатом (Смагин и др., 1980; Поликарпов и др., 1986) и экологогенегический метод, в основу которого положена смена почв в связи с характером растительности (Краснощёкое, 1990).

При оценке водорегулирующей, водоохранной и почвозащитной роли леса, как основных экологических функций, выполняемых лесами региона, использованы рекомендации отечественных ученых (Молчанов, 1960; Рахманов, 1962; Протопопов,1975; Побединский, 1979; Коваль, 1986; Паулюкявичюс, 1988).

При выделении классов защитности учитывались следующие основные показатели: геоморфологические условия, характер растительного и почвенного покрова, влагоёмкость подстилки и водопроницаемость почв (9,26).

В пределах исследуемого региона выделено 7 классов лесов, объединенных в две категории - особо-защитные и защитные (табл. 4).

В первую категорию - особо-защитную - включены темнохвойные (кедрово-пихтовые) леса среднегорной части Западного Саяна и Кузнецкого Алатау, произрастающие на горных лесных темноцветных перегнойно-карбонатных почвах, отличающиеся особенно высокой водоохранной, почвозащитной и водорегулирующей ролью.

Ко второй категории - защитной - отнесены светлохвойные (лиственничные и сосновые) леса, произрастающие на горных дерновных глубоко-сильнощебнистых почвах. Они характеризуются высокими водоохранными, водорегулирующими и почвозащитными свойствами. К этой же категории отнесены и производные типы леса (березняки и осинники IV-VI кл. возраста), произрастающие на горных

дерново-карбонатных мощных тяжелосуглинистых почвах. Отмеченные леса характеризуются высокими водоохранными свойствами, но их водорегулирующие и почвозащитное значение, по сравнению с коренными лесами, проявляется слабее.

Березовые молодняки 1-11 кл. возраста, появившиеся на вырубках, характеризуются очень низкими защитными свойствами. Здесь процесс восстановления защитной роли лесов растягивается на 3-4 десятилетия.

Следует отметить, что сосняки и березняки подтаежного и лесостепного класса ВПК являются единственными и уникальными по своим экологическим функциям лесами, произрастающими в лесостепной части Минусинской котловины. Эти леса имеют большое климатологическое, санитарно-гигиеническое и рекреационное значение.

Предлагаемая оценка лесных экосистем по защитной роли может найти применение при решении теоретических и практических вопросов рационального ведения лесного хозяйства, в том числе при выделении размеров защитных лесов по берегам рек и водохранилищ.

3.4. Влияние леса на качество речных вод.

В настоящее время охрана вод относится к числу наиболее актуальных проблем. Лесные экосистемы предотвращают истощение водных источников и способствуют воспроизводству воды высокого качества. Взаимодействуя с атмосферой, почвой, гидросферой как единый комплекс, они аккумулируют и трансформируют поступающие в систему вещества, часть из которых имеет антропогенное происхозадение. Особенно значительна роль лесных экосистем в охране и защите вод от продуктов эрозии почв, химических и биогенных веществ, поступающих с распаханных сельскохозяйственных земель и урбанизированных ландшафтов.

Опубликованные в последнее время материалы свидетельствуют о существенной роли лесных экосистем как биологических фильтров, которую они выполняют при воспроизводстве чистой, пресной воды (Николаенко, 1980; Воронков, 1988). Однако в рассматриваемом аспекте по южным районам Средней Сибири научная информация отсутствует.

Наша задача в данном случае преследовала цель в некоторой степени восполнить этот пробел на примере исследований, проведенных

Оценка лесов юга Средней Сибири по защитной роли

Таблица 4

Классы Местоположение Годовое коли- Группы типов леса, полнота; бонитет. Почвы Коэффнц. снегоза- Подстилка Водопроница- Оценка и категория защитности лесов

чество осадков, мм пасов запас, т/га. Влаго-емкосгь мм емость почв, мм/мин.

Таежный класс темиохвойных ВПК типов леса

I Водоразделы и верхние части склонов крутизной 15-30°; абс. отм. 8501200 м. 14001500 Кедровники зеленомошные, полн. 0,7-0,8; Н-Ш кл. бон. Горно-таежные бурые неоподзоленные н оподзоленные, перегнойно-карбонатные 0,95-1,10 45-110 5-7 50-70 Особо-защитная

II Средние и нижние части склонов крутизной 8-20°; абс. отм. 550-850 м. 9501400 Кедровники крупнотравные, полн. 0,7-0,85; МИ кл. бон Горно-таежные бурые неоподзоленные 0,9-1,04 62-90 2-3 25-40 Особо-защитная

111 Средние и нижние части склонов крутизной 8-20°; абс. отм. 550-850 М. 9501400 Производные типы леса: Березняки и осинники зеленомошные, крупнотравные, полн. 0,32-0,80; III-IV кл. бон. Горно-таежные бурые оподзоленные, горные дерново-карбонатные выщелоченные 1,04-1,07 25-60 1-3 6-30 Защитная

Таежный класс светлохвойных ВПК типов леса

IV Водоразделы и верхние части склонов крутизной 15-25°; абс. отм. 8501200 м. 800-9S0 Лиственничники крупнотравные, поли. 0,6-0,75; И-Ш кп. бон. Горно-таежные дерновые и дерново-перегнойные 0,9-1,0 55-67 3-5 25-35 Защитная

V Средние и нижние части склонов крутизной 5-15°; абс. отм. 300-650 м. 750-950 Сосняки крупнотравные и разнотравные, полн. 0,5-0,7; ПНУ кл. бои. Горно-таежные дерновые, дерново-карбонатные выщелоченные 0,8-0,9 50-58 1-3 12-60 Защитная

Подтаежный и лесостепной класс ВПК типов леса

VI Средние и нижние части склонов крутизной 5-12°; абс. отм. 300-500 м. 350-580 Сосняки зеленомошные и разнотравные, полн. 0,5-0,8; МП кл. бон. Серые лесные, дерново-боровые и лугово-лесные 1,10-1,25 20-45 1-3 20-40 Защитная

VII Средние и нижние части склонов крутизной 5-10°; абс. отм. 300-500 м. 580-950 Производные типы леса: Березняки крупнотравные и разнотравные, полн. 0,45-0,75; ПЫУкл. бон. Серые лесные среднеоподзоленные и темносерые оподзоленные 1,06-1,45 35-55 1-2 4-8 Защитная

на водосборном бассейне малой реки Сон (Хакасия), площадь которого 500 км2 (17, 26).

Бассейн является репрезентативными и для других малых рек лесостепной части республики. Рельеф бассейна представляют хребты всех экспозиций (наивысшая отметка 350 м абс. выс.) крутизной 10-30°. Преобладают в почвенном покрове бассейна горно-подзолистые щебнистые почвы.

В начале 50-х годов произрастающие здесь лиственничные насаждения были пройдены рубками. Современная лесная растительность на водосборе образована разновозрастными (VIII, П и Ш кл.) лиственничными насаждениями разнотравной группы типов леса, полнотой 0.3-0.4 и разнотравными березняками II-Ш кл. возраста, полнотой 0.3-0.4. Протяженность лесного массива по течению р. Сон составляет около 23 км.

Река протекает также через населенный пункт и сельскохозяйственные угодья. Характеризуется она следующими параметрами: начало берет в отрогах Кузнецкого Алатау, протяженность ее около 60 км. Средняя ширина реки - 0.8 м, глубина 0.3-0.7 м, скорость течения 0.14-0.66 м/сек. Среднегодовой расход воды - 0.26 м3/сек, средний многолетний слой стока водосборного бассейна 16 мм, модуль стока 0.5 л/сек кв.км.

Наблюдения проводились в межень в следующих пунктах: у истоков реки (контроль), после прохождения реки через населенный пункт, на выходе реки из облесенной части водосбора и после прохождения через сельскохозяйственные угодья (распаханные земли, выпасы).

Определялись следующие ингредиенты: кислотность, взвешенные вещества, окисляемость псрманганатная, жесткость, БПК5 (биохимическое потребление кислорода), азот аммонийный, нитратный, нитритный, сульфаты, хлориды, магний, кальций, фосфаты.

Оценка качества вод определялась по величине ПДК для всех исследуемых ингредиентов.

Результаты исследований показали, что у истоков реки и после выхода ее из лесного массива вода соответствует предельно допустимой концентрации (ПДК) по всем ингредиентам. В остальных же пунктах наблюдений они превышают ПДК.

Это относится, прежде всего, к взвешенньм веществам, нитратному и аммонийному азоту, БПК5 - показателю загрязнения органического происхождения.

Максимальное количество взвешенных веществ содержится в речной воде после прохождения ее через населенный пункт и

сельскохозяйственные угодья (пункты 2, 4). Их минимальная концентрация наблюдается на выходе реки из облесенной части водосбора. У истоков реки этих веществ в воде не обнаружено. Существенно то, что в выше указанных контрольных пунктах прозрачность воды наиболее высокая (30 и более), БПК5 менее одного (при ПДК=2), аммонийный и нитратный азот отсутствуют или содержатся в допустимых нормах. Все эти показатели речной воды, поступающей с облесенной части водосборного бассейна позволяют сделать вывод о ее более высоком качестве.

Однако во всех пунктах наблюдения отмечено увеличение окисляемости, что свидетельствует о фоновом загрязнении воды органическими веществами.

Резкое увеличение количества сульфатов, поступающих с сельскохозяйственных полей в результате внесения удобрений, говорит о повышенной минерализации воды в реке и ее загрязнении.

В устье реки происходит загрязнение воды взвешенными веществами, увеличивается Б1Ж5.

Проведенные исследования показали, что в лесостепной части юга Сибири, при облесенности водосборов малых рек в пределах 15-25%, лесные экосистемы способны повышать питьевые качества пресных вод.

Глава 4. КЛИМАТОЛОГИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ ЛЕСНЫХ ЭКОСИСТЕМ

4.1. Термический режим деревьев

Климат лесных фигоценозов юга Средней Сибири на микроклиматическом уровне и в более крупных масштабах изучался В.В. Протопоповым (1965, 1975); В.И. Зюбиной (1979) и др. Исследования в этом направлении отражены и в наших работах (2,3,7,18). Однако никто из перечисленных авторов не изучал термический режим стволов деревьев, в частности в сосновых и березовых насаждениях, продуцирующих в лесостепных и других ландшафтах. Последнее, с нашей точки зрения, необходимо для более глубокого понимания механизма формирования лесного климата. Известно, что лесная экосистема в связи со сложностью ее структуры, в отличие от лишенной растительности почвы имеет несколько деятельных поверхностей. Основной из них является верхняя часть полога древостоя (Гейгер, 1960). Другие ярусы лесной экосистемы также выполняют роль деятельных поверхностей (в понимании А.И. Воейкова) в формировании радиационного и термического режима под пологом насаждений.

Основываясь на том, что в стволах деревьев в лесных экосистемах сконцентрирована основная масса органического вещества надземной части древостоев и они имеют большую суммарную поверхность, мы сочли возможным рассматривать их как еще одну деятельную поверхность лесной экосистемы, которая выполняет определенную роль в аккумуляции тепловой энергии в дневное время суток и излучает тепло в ночные часы.

Так, масса стволов в березовых насаждениях достигает 830 ц/га, что составляет около 80% от общей фитомассы древесного яруса (5).

Еще более значительны запасы фитомассы, содержащиеся в стволах деревьев в сосновых насаждениях. В зависимости от возроста ее величина изменяется здесь в пределах от 950 до 2100 ц/га, что составляет 87-95 % от общей массы древостоев (Поздняков и др., 1969; Усольцев, 1988).

Представление об участии массы стволов в формировании термического режима под пологом лесных экосистем дают в известной степени результаты наших исследований по изучению суточного температурного режима стволов деревьев, проведенных в сосновых и

березовых насаждениях Красноярской лесостепи, Минусинской котловины и в кедровых и пихтовых насаждениях Западного Саяна (3, 18, 26).

Термический режим древесных стволов в лесных экосистемах имеет определенные закономерности, которые проявляются как в сезонной так и суточной динамике температур. В общем они тесно связаны с колебаниями температуры воздуха. Чем они выше, тем больше разница между ней и температурой стволов. В теплый период года, особенно летом, эти различия могут достигать 3-5 °С, когда суточные амплитуды температур воздуха достигают 15°С.

Древесина сердцевины ствола и ее периферийной части по разному реагируют на изменение температуры воздуха. В летний период температура периферийных слоев древесины стволов довольно близка к температуре воздуха в насаждениях, тогда как по мере приближения к сердцевине ствола ее температура более инертна и отличается на 7-10°С от температуры воздуха.

Таким образом исследованиями установлено, что надземная фитомасса древостоев, сконцентрированная в стволах деревьев, обладает в общем значительной теплоемкостью, аккумулирует и трансформирует тепловую энергию под пологом насаждений и участвует в формировании климата лесных экосистем. Влияние массы древесины стволов деревьев на температурный режим насаждений мы рассматриваем как физическое влияние леса на среду обитания (6,26).

4.2. Влияние леса на основные климатические показатели территорий

Несмотря на различные современные подходы к лесным фигоценозам, большинством ученых они понимаются как естественные, сложные и открытые экосистемы (Александрова, 1961; Протопопов, 1965, 1975; Яценко-Хмелевский, 1966; Жуков, Бузыкин, 1977; Паулюкявичюс, 1979 и др.). Поэтому при изучении климатической и другой средообразующей роли экосистем при их взаимодействии с окружающей средой главное значение имеют возникающие в лесных фигоценозах стабилизирующие или обратные связи, благодоря которым лес трансформирует элементы входа - абиотические факторы. В результате того, что лесные сообщества являются открытыми системами, их стабилизирующие связи проявляются за пределами границ, занимаемых лесными экосистемами. При этом их трансформирующее влияние на климатические факторы

среды тесно связано с загруженностью природного комплекса фитомассой и степенью облесенности ландшафта.

Исследованиями В.В Рахманова (1962) A.B. Лебедева (1964), В.И. Зюбкной, В.В. Протопопова (1974) изучено влияние леса на многие климатические факторы: температуру и влажность воздуха, скорость ветра, осадки.

В.И. Зюбина (1975) в этом плане исследовала влияние леса на климат прилегающих территорий в лесостепных районах Сибири. В данном разделе приведены материалы исследования в различных лесостепных районах Средней Сибири (Протопопов, Зюбина, Грибов и Др.,1972)

Работа построена на анализе наблюдений гидрометеорологической сети по 12 станциям за одинаковый десятилетний период (1955-1964). Метеостанции выбраны по следующим главным признакам: сходные условия рельефа, незначительные отклонения в широтном расположении и различный процент лесистости территории, примыкающей к метеостанции. Кроме метеостанций лесостепной зоны были привлечены смежные метеостанции лесной зоны (лесистость 40-60%)

Лесистость метеостанций в окружности с радиусом 5, 25 и 50 км определялась по картам и материалам лесоустройства и по пунктам наблюдений составляла от 15 до 45%. При анализе полученных материалов оказалось, что лесистость и состав пород в круге с радиусом 5 км не отражает фактической картины степени залесенности и породного состава пригоселковых лесов в связи с интенсивным воздействием на них хозяйственной деятельности человека (рубка леса, выпас скота, рекреационное использование, пожары). Наиболее характерными оказались данные, полученные на площади круга с радиусом 25 км.

В результате комплексных исследований, проведенных в лесостепных районах Средней Сибири установлено, что в зависимости от процента лесистости территории (от 10 до 50 % ) и концентрации общей надземной фигомассы (от 1,5 х 10б до 7,6 х 106 т) в произрастающих здесь насаждениях в радиусе 25 км отчетливо проявляется трансформирующее влияние леса на основные климатические факторы окружающей среды (6,26).

В теплый период года с увеличением лесистости территории в радиусе 25 км температура воздуха по сравнению с безлесными пространствами снижается от 2 до 9% (табл. 5).

Влияние леса на ветер особенно заметно проявляется в весенний и осенне-зимний периоды, когда в лесостепных районах Сибири активизируется ветровая деятельность. При увеличении лесистости местности до 50 % происходит снижение скорости ветра на прилегающих территориях по сравнению с безлесными площадями на 45 %.

Увеличивая шероховатость подстилающей поверхности, лес создает препятствие движению воздушных масс, повышает термическую и динамическую турбулентность воздушных потоков, создает дополнительные условия для выпадения осадков над лесом и прилегающими к нему территориями.

При годовых осадках на безлесных площадях 400-500 мм их увеличение на 10% лесистости составляет 2-3%, а при осадках 300-400 мм - 2-4%.

Проведенные исследования показали, что лес не только трансформирует основные климатические элементы внутри своей экоссистемы, но и изменяет их на окружающих его безлесных территориях.

Таблица 5

Влияние леса на основные климатические показатели (по сравнению с открытыми территориями).

Климатические показатели Лесистость, в % /фигомасса, млн. т.

10%/ 1.5 млн.т. 30%/ 4.5 млн.т. 50% / 7.6 млн. т.

Температура воздуха Снижается (лето) на 2% Снижается (лето) на 5% Снижается (лето) на 9%

Скорость ветра Снижается (весна, осень) на 0% Снижается (весна, осень) на 26% Снижается (весна, осень) на 45%

Влажность воздуха Повышается (лето) на 2% Повышается (лето) на 7% Повышается (лето) на 14%

Осадки Повышаются (год) на 2-4% Повышаются (год) на 6-12% Повышаются (год) на 10-12%

4.3. Влияние леса на температуру речных вод.

Загрязнение речных вод относится к наиболее актуальным экологическим проблемам современности.

В последнее время среди факторов, влияющих на качество чистой пресной воды, выделяется "термальное загрязнение" речных вод, связанное с повышением их температуры. Оно рассматривается как негативное явление, имеющее глубокие экологические последствия.

Среди причин теплового загрязнения речных вод основной считают хозяйственную деятельность человека на водосборах, которая связана с вырубкой леса, уменьшением их лесистости.

Только лишь частичное уничтожение прибрежной лесной растительности или ее сплошная рубка леса на водосборах может сопровождаться повышением температуры воды в малых реках на 7-8°С (Ротачер, 1970; Протопопов, Куклин, 1977; Протопопов, Зюбина, 1979).

Известно, что на физические, химические и биологические процессы, протекающие в воде, значительное влияние оказывает ее температура. В конечном итоге температура воды определяет ее качества и пригодность для потребления человеком и как среды обитания рыб и других видов водной фауны.

Так, например, важнейшим условием воспроизводства лососевых и осетровых рыб является стабильность относительно низкой температуры воды, не превышающей 15 °С.

Прибрежные леса юга Средней Сибири несут повышенные нагрузки в предотвращении твердого стока, защите берегов от разрушений, а также оказывают большое положительное влияние на качество воды в реках (Лебедев, 1965; Протопопов, Куклин, 1977; Витальев, 1980).

Следует отметить, что в южных лесхозах Красноярского края и Хакасии леса запретных зон занимают 538 тыс. га. Они выделены здесь по 32 наиболее крупным рекам.

Более половины этих лесов представлены темнохвойными, около четверти занимают производные осиновые и березовые насаждения, свыше 15 % покрыто сосной и лиственницей (19, 26).

К сожалению, значительная часть прибрежных лесов юга Сибири находится в неудовлетворительном лесоводственном состоянии, связанном с хозяйственной деятельностью человека. Кроме того за последние 20 лет только в Хакасии под пастбища передано 4 % общей территории запретных лесных полос.

Известно, что пастьба скота в запретных лесах приводит к деградации почв, нарушению лесовозобновительного процесса (Николаенко, 1980).

Результаты исследований в США показали, что механизм влияния прибрежной растительности на температуру воды связан с затенением водной поверхности (Р. Тиррант, 1970). Удаление прибрежной растительности всего лишь на 0,8 км от берега приводит к повышению температуры воды в реке на 5.5 °С по сравнению с ее затененным участком.

Исследования, проведенные на малых реках в равнинных ландшафтах Сибири методами гидроклиматических расчетов показали, что термический режим зависит от многих факторов: орографических особенностей бассейна, климатических факторов, гидрологического режима и характера питания рек и лесистости водосборов (Протопопов, Зюбина, 1979).

Учитывая актуальность проблемы термального загрязнения рек н его экологические последствия, нами впервые в условиях юга Средней Сибщж в 1974, 1980 и 1985г. были проведены экспериментальные исследования по влиянию прибрежных лесов на температуру речных вод рек Аскиз и Есь - притоков р. Абакан (26).

Основная цель этого эксперимента сводилась к выявлению влияния степени облесенносги берегов на температуру речных вод.

Температурный режим воды в р. Аскиз, берущей начало в отрогах Кузнецкого Алатау, изучался в пяти пунктах от истоков до ее впадения в р. Абакан, охватывающих среднегорный, предгорный, лесостепной и степной высотно-поясные комплексы (ВПК), расположенные в пределах абсолютных отметок над уровнем моря от 800 до 350 м. Площадь водосборного бассейна 800 км2, средняя лесистость - 40 %. Облесенностъ берегов р. Аскиз постепенно уменьшается с 80-60 % в среднегорной части бассейна, до 40-20 % в предгорной и лесостепной. В степной части бассейна берега реки безлесны. Протяженность реки 120 км, ее ширина в среднегорье 5-6 м, скорость течения воды 1,5-1,8 м/сек. В лесостепной части ширина реки увеличивается до 20 м, скорость течения уменьшается до 0,8 м/сек.

Исследованиями установлена четко выраженная тенденция повышения средней температуры речной воды на глубине 30 см в теплый период года от среднегорного ВПК к предгорному и лесостепному. Подобная закономерность отмечена В.В. Протопоповым, В.В. Куклиным (1977). В среднегорном и предгорном ВПК, где лисисгость берегов реки изменяется в пределах от 80 до 40 %, не обнаружено

достоверной зависимости между облесенностью берегов и температурой речной воды.

На первое место в данном случае выступает вероятно влияние орографических особенностей бассейна и связанное с ними градиентное изменение температур почвы и воздуха с высотой, небольшая ширина реки и повышенная скорость течения воды.

В лесостепной части водосбора, лесистость которого составляет 20 %, наблюдается заметное охлаждающее влияние на температуру воды лесной растительности, образованной здесь лиственничником 60-летнего возраста, полнотой 0,4.

По сравнению с безлесной частью бассейна, где протекает река, средние за теплый период года температуры воды на выходе из облесенной части водосбора на расстоянии 30 км, оказались на 5-6.5 0 ниже.

Особенно заметны эти различия при сравнении суточных колебаний максимальных температур. На глубине 30 см на безлесном участке реки она составляет 10,5°, на облесенном - лишь 4.2°,

Амплитуда колебаний температуры воды с глубиной от 1 до 30 см менее изменчива: 0,7 на безлесном и 0,3 - на облесенном участках.

Таким образом в лесостепной части Минусинской котловины в условиях континентального климата, с постоянно высокими летними температурами, облесенностъ бассейнов и лесистость берегов даже на уровне 20 % заметно влияет на термический режим речных вод, который проявляется в снижении максимальных температур, сглаживании амплитуды их колебаний. Это можно рассматривать как позитивный экологический эффект.

Глава 5. ПРОТИВОДЕФЛЯЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ЛЕСНЫХ ЭКОСИСТЕМ

5.1. Роль соснового леса в аккумуляции продуктов дефляции почв

Известно, что пыль представляет собой взвешенные в воздухе или осевшие на поверхность различных объектов твердые частицы наземного, вулканического, органического или космического происхождения. Радиус таких частиц изменяется в пределах от 10"6 до 10

(Соловьев, Алексеев и др., 1989).

Для климата степных и лесостепных районов юга Средней Сибири характерна активная ветровая деятельность, совпадающая с периодом минимального выпадения осадков.

Повышенные скорости ветра в регионе почти во все месяцы года, отсутствие устойчивого снежного покрова, распространенность почв легкого механического состава, недостаточное атмосферное увлажнение способствуют возникновению пыльных бурь. Особенно часто они повторяются здесь с апреля по июнь, но могут наблюдаться и во все времена года.

Число дней с сильными ветрами составляет от 50 до 90. Пыльные бури повторяются в среднем 1-3 раза в месяц и 7-9 дней в году.

В начале 60-х годов в Хакасии было подвержено дефляции более 80 % общей площади пашни. Интенсивному развитию дефляции способствовали освоение целинных земель и часто повторяющиеся в последние два десятилетия засушливые периоды с сильными ветрами.

В эти годы пашня в степных районах потеряла 3-4см и более плодородного слоя почвы В результате свыше 150 тыс. га пахотных земель здесь оказались непригодными для сельского хозяйства и были выведены из севооборота (Орловский и др., 1963; АлифановаД976; Савин, 1978,1984; Чебочаков, 1982; Лиховид, 1982).

Однако пыльные бури наблюдались и до освоения целинных земель, но проявлялись они на небольших площадях и реже. К.П. Горшенин (1939), JI.B. Громов (1954) отмечали, что в южных районах Минусинской котловины начинает развиваться дефляция почв.

Особенно интенсивная дефляция почв в Минусинской котловине наблюдается на древне-аллювиальных супесчаных террасах Енисея и его правобережных притоков, а также и в левобережье на больших террасах, сложенных наносами легкого механического состава.

Дефляция также распространена на средних и тяжелых суглинках в левобережье Абакана и в Ширинской степи. Здесь площадь сильно

развеянных пашен и движущихся песков составляют примерно 100 тыс. га. Еще большую площадь занимают средне- и слабоэродированные почвы (Чебочаков, 1982).

В настоящее время в Хакасии около 1,5 млн. га занимают степи, где сосредоточены все основные сельскохозяйственные угодья республики.

Распашка больших открытых территорий и интенсивное бессистемное использование естественных пастбищ без соблюдения защитных мероприятий привели к развитию дефляционных процессов. Значительные площади превратились в обширные котловины выдувания и перешли в разряд бросовых земель (15,22).

Дефляция почвы нанесла и наносит значительный вред ирригационным системам. Она является причиной заиливания рек, нарушает нормальную работу авиационного и автомобильного транспорта, резко ухудшает и санитарно-гигиенические условия окружающей среды.

Экономический ущерб, наносимый дефляцией почв народному хозяйству, огромен.

Потерянные в результате эрозии плодородные почвы восстановить трудно. Разработаны лишь способы, позволяющие предотвратить дальнейшее развитие дефляции. Среди этих мероприятий значительное место отводится лесомелиорации(Савин, 1984; Лиховид, 1988 и др.). Продукты дефляции почв (особенно мелкие частицы) переносятся в воздушных потоках; на большие расстояния, порой на несколько сот километров.

Экосистемы, как естественные, так и искусственные, произрастающие на пути переноса пыли, аккумулируют значительную часть продуктов дефляции почв.

Эффективность этого процесса зависит в основном от аэродинамических свойств лесных экосистем, шероховатости поверхности полога леса и суммарной площади поверхности листьев (хвои) насаждений.

Уместно напомнить, что листовой индекс по результатам наших исследований (5, 6) в березовых древостоях достигает 3.0 га/га, сосновых 4,0 га/га (Поздняков и др., 1969) .

Существенно, что перехваченная лесными экосистемами пыль любого происхождения выводится из атмосферы и участвует в биологическом круговороте веществ в фитоценозах.

В Сибири пылеулавливающие свойства лесных экосистем впервые были изучены нами в сосняках Минусинской котловины в 1966 году и продолжены в 1975 и 1985 г.г. (1).

Было установлено, что количество продуктов дефляции почв, содержащееся на кронах деревьев, в снежном покрове под пологом леса и на открытых участках не одинаково и зависит в основном от расстояния насаждений до очагов эрозии и суммарной площади хвои (листового индекса).

Так сосняки разнотравные (листовой индекс - 2.8 га/та), произрастающие в 15-20 км от очагов эрозии, аккумулируют до 70 кг/га продуктов дефляции почв, сосняки бруснично-разнотравные (листовой индекс - 4,1 га/га), удаленные на 70-80 км, задерживают около 103 кг/га На расстоянии 100, 150 и 260 км от очагов эрозии количество пыли, задержанное пологом сосновых насаждений, близких по таксационным показателям, соответственно уменьшается от 42 до 4 кг/га (табл. 6).

При анализе пыли в ней обнаружены следующие химические элементы: Са, Mg, Fe, Si, Mn, AI, P, Na, Си, V, Ba.

Количество продуктов дефляции почв, задержанных сосновыми древостоями в различные годы отличается (табл. 6).

В 1985 году в составе пыли обнаружены следы тяжелых металлов и фтористых соединений - результат развития металлургической промышленности.

Хотя абсолютные значения продуктов дефляции почв, задержанных древостоями, по годам отличаются, тенденция же аккумулирующего их эффекта четко прослеживается на протяжении 2-х десятилетий.

Таким образом, исследованиями установлено, что сосновые леса юга Средней Сибири способны аккумулировать продукты дефляции почв. Масса пыли^задержанной на пути переноса пологом леса, зависит от расстояния до очагов эрозии, а также листового индекса, бонитета и сомкнутости крон.

5.2.Противодефляционная и снегорегулирукмцая роль лесных полос

Защитное лесоразведение в степных районах Сибири, особенно в Хакасии - одна из важнейших составляющих комплекса мероприятий по борьбе с дефляцией и эрозией почв. Основными факторами, определяющими мелиоративный эффект лесных полос, кроме природных условий, являются их конструкция, породный состав, размещение по территории, уровень агротехники (Савин и др., 1970; Савостьянов, Романенко, 1970; Полежаева, 1975 и др.).

Почвенно-климатические условия Хакасских степей характеризуются рядом неблагоприятных природных факторов, ограничивающих защитное лесоразведение.

Таблица 6

Количество продуктов дефляции почв, задержанных лесными экосистемами за осенне-зимний период, кг/га.

Участки наблюдений, расстояние от очагов дефляции 1966 г. 1975 г. 1985 г.

На кронах деревьев Под пологом леса в % к открыт, месту На кронах деревьев Под пологом леса в % к открыт, месту На кронах деревьев Под пологом леса в%к открыт, месту

1. Сосняк остепненный, IV кл. возр., III кл. бонит., 15 км 72 362 536 50 231 550 31 203 383

2. Сосняк бруснично-разнотравный, V кл. возр., I кл. бонит., 46 км 103 247 2440 61 144 778 77 180 750

3. Сосняк бруснично-разнотравный, V кл. возр., II кл. бонит., 80 км 18 61 264 25 55 288 26 53 292

4. Сосняк бруснично-разнотравный, IV кл. возр., II кл. бонит., 92 км 46 70 750 11 20 325 9 21 201

5. Сосняк бруснично-зеленомошный, IV КЛ. возр,, III кл. бонит., 142 км 42 61 143 14 16 256 20 30 187

6. Сосняк бруснично-багульниковый, IV кл. возр., III кл. бонит., 290 км 4 6 220 3 4 118 3 4 290

Г.Н. Высоцкий (1938) считает, что пределы сплошных лесов определяются суммой осадков около 500 мм, островных - 450 мм.

Сухостепные районы Хакасии лежат за пределами возможности произрастания древесной растительности. В естественных условиях из лесных пород здесь произрастает только карагана карликовая (Лиховид, 1982).

Тёмно-каштановые почвы сухосгепных районов Хакасии отличаются неблагоприятными водно-физическими свойствами (бесструктурны, быстро уплотняются, содержат карбонаты), но в то же время обладают высоким потенциальным плодородием и при хорошей обеспеченности водой дают устойчивые урожаи сельскохозяйственных культур и обеспечивают устойчивый рост древесных пород в лесных полосах (Лиховид, 1982).

На основе многолетних исследований в условиях степной зоны Сибири разработаны рекомендации по созданию лесных полос, показана их роль в трансформации некоторых факторов среды (Савин, 1975; Алифанова, 1976; Лиховид, 1988 и др.). По мнению Н.И. Лиховид (1982,1988)-лиственница одна из главных пород, рекомендуемых для полезащитного лесоразведения почти на всех типах почв, за исключением песчаных и засоленных их разностей. В естественных лесах Сибири она является наиболее долговечной. Хорошое состояние лесных полос из вяза перистоветвистого сохраняется в течение 10-15лет.

Значительна роль лесных полос в защите каналов оросительных систем от заносов и разрушений (15). Отеняя каналы, лесные полосы подавляют развитие сорняков, уменьшают испарение воды из оросительной системы и испарение влаги с полей. Они предупреждают поднятие уровня грунтовых вод и вторичное засоление и заболачивание орошаемых земель.

Создание лесных полос имеет и санитарно-гигиеническое значение. Лесные полосы защищают воздух от пыли, создают тень и прохладу, являются хорошим и часто единственным местом для отдыха.

В наших исследованиях основное внимание уделялось противодефляционной и снегорегулирующей роли лесных полос, созданных на оросительных системах Хакасии для защиты магистральных каналов от заносов снегом, мелкоземом, сухими растительными остатками.

Конструкция лесной полосы не продуваемая. Она состоит из семи рядов шириной 35 м. С наветренной стороны размещены два ряда акации желтой (расстояние в ряду 0,7 м, между рядам - 3 м). Далее следует десятиметровый разрыв, обеспечивающий аккумуляцию мелкозема, задерживаемого акацией. Затем два ряда вяза перистоветвистого (расстояние в ряду 1,5 м н 3 м между рядами).

45

Далее снова разрыв 6 м. и три ряда тополя гибридного (расстояние в ряду 1,5м. между рядами - Зм.).

Исследования проводились в период максимальных снегозапасов на предварительно заложенных ранее профилях - в лесополосах, на участках магистрального канала, защищенного лесополосами и без их защиты (15).

Известно, что снегорегулирующая роль лесных полос определяется в конечном итоге величиной снегозапасов на защищенных полосами полях по сравнению с открытыми участками. Высота снежного покрова на открытых участках составляла в среднем 2-3 см, в зоне защиты (перед наветренной опушкой лесополосы - 5-10 см, у заветренной - 10-12 см) и в лесополосе - 10-18 см.

Количество пыли, отложившееся в снеге под пологом 6-летней полосы варьирует от 75 до 180 кг/га, в снеге на стерне кукурузы 2-5 кг/га, а на открытых участках отмечены только следы пыли.

Максимальное количество пыли - 235 кг/га - накапливается на заветренной стороне опушки лесной полосы.

Влияние лесной полосы на аккумуляцию снежного покрова и мелкозёма не ограничивается лесной полосой, но и распространяется и на магистральный канал (15,26).

Наиболее занесёнными снегом оказались участки магистрального канала без защитной лесной полосы (высота снежного покрова изменялась от 140 до 250 см). Здесь же было отмечено и максимальное количество пыли , отложившееся в снежном покрове (от 250 до 800 кг/га). В то же время на аналогичных участках с защитной лесной полосой высота снежного покрова изменялась от 5 до 20 см, количество пыли в снеге не превышало 15 кг/га.

Влияние лесной полосы 4-летнего возраста на аккумуляцию снежного покрова и продуктов дефляции почв по сравнению с 6-летней полосой аналогичной конструкции пока ещё не очень значительно, но в сравнении с открытыми участками уже заметно.

Проведённые исследования показали , что лесные полосы, выполняя мелиоративные функции, обладают способностью аккумулировать значительное количество продуктов ветровой эрозии и играют большую противодефляционную роль в общей системе защиты почв в степных районах Хакасии.

Глава 6. ВЛИЯНИЕ РЕКРЕАЦИИ НА ЛЕСНЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ.

С освоением огромных природных, особенно энергетических ресурсов Сибири и урбанизацией жизнн использование лесов для рекреации непрерывно возрастает.

Только на юге Средней Сибири, в связи с созданием Саянского ТПК, за последние 20 лет рекреационные нагрузки на леса Минусинской котловины увеличилось почти в два раза

Изменились и формы рекреации. В семидесятых годах нашего столетия они преследовали в основном утилитарные цели: сбор грибов , ягод, охота, рыбная ловля - и носили кратковременный характер. Начиная с 80-х годов, виды и формы рекреационного лесопользования в регионе значительно расширились и оно приобрело массовый характер.

В литературе основное внимание уделялось вопросам рекреационной дигрессии лесов и методическим подходам при оценке пригодности лесов доя рекреации (Машинский, 1972; Ковтунов, 1973; Казанская и др., 1975; Моргус и др., 1979; Хакбеков, 1980; Харашвили, 1980; Поляков и др., 1983; Репшас, 1989 и др).

В Сибири имеется лишь несколько работ, посвященных этой проблеме (Спиридонов, 1975; Кузьмина, 1982; Таран, 1985; Протопопов, Шугалей и др., 1987).

В Западной и Восточной Сибири, в том числе и в пригородных зонах значительные площади занимают сосновые леса (Крылов, 1958; Шиманюк, 1962; Верхунов, 1976; Побединский, 1979). Поэтому они здесь интенсивно используются в рекреационных целях.

В Минусинской котловине наиболее ценные сосновые массивы, а также и берёзовые леса, произрастающие вокруг уникальных, целебных озёр, особенно широко используются для целей рекреации (16,19, 23).

Лесотипологический спектр сосновых боров представлен 13 типами леса, которые объединяются в шесть групп: орляковую, разнотравную, зеленомошную, брусничную, остепнённую, кустарниковую (Плешиков, 1995).

Основная цель наших исследований по влиянию рекреации на лесные экосистемы Минусинской котловины заключалось в оценке их современного состояния и стабильности.

Максимальную рекреационную нагрузку здесь несут экосистемы , произрастающие вокруг озер Татарское, Шира, Кызыкуль, а также зеленых зон городов и поселков.

На основе анализа рекреационной деятельности в Минусинской котловине нами выделены следующие ее функциональные формы:

- бальнеологическая - наиболее распространена на стационарных объектах лечебного значения (курорты "Оз. Татарское", "Жемчужный");

- санитарно-гигиеническая (оздоровительная) - преобладает в лесах зеленых зон , а также в насаждениях домов отдыха, профилакториев, лагерей отдыха для детей;

- спортивно-туристическая, включающая охоту, рыбную ловлю, сбор ягод и грибов - распространена в основном в лесах, произрастающих вокруг Кызыкульских озер.

Для комплексной оценки состояния насаждений изучались их лесоводственно-таксационные характеристики, трансформация живого напочвенного покрова, процессы естественного возобновления, изменения в подстилке, в верхних горизонтах почвы.

Как и другие авторы (Спиридонов, 1975; Таран, 1985; Протопопов, Шугалей и др., 1987; Смагин, Лалетнн,1988), мы в качестве основных показателей рекреационных нагрузок использовали посещаемость рекреационных насаждений, а также суммарную площадь троп и вытоптанных участков или Кр (коэффициент рекреации)1.

В качестве основных объектов исследований были выбраны сосняки зеленомошной и разнотравной трупп типов леса, произрастающие на дерново-боровых оподзоленных и луговых почвах вокруг Кызыкульских озер.

Максимальные рекреационные нагрузки на исследуемые лесные экосистемы приходятся на летние месяцы. Установлено, что в зависимости от привлекательности ландшафтов, их удаленности от озер и водных источников, посещаемость рекреационных сосновых насаждений изменяется в пределах от 100 до 1000 человеко-дней на 1 га за сезон.

Одной из основных особенностей, характерной для исследуемых лесов, является четко выраженная неравномерность рекреационных нагрузок по площади сосновых насаждений, произрастающих вокруг озер. Она проявляется в минимальных нагрузках на участки лесных массивов, удаленных от озера и резком их увеличении при приближении к береговой линии.

По интенсивности посещаемости рекреантами и её последствий в исследуемых сосняках выделены три зоны: 1 - зона слабого посещения

Кр — коэффициент рекреации, представляющий собой отношение площади трои и Еытштаипых участков к общей площади насаждений (Таран, 1985).

(удаленные от водоемов участки); 2 - зона умеренного посещения (сбор грибов, ягод, лекарственных трав); 3 - зона интенсивного посещения (пляжи, лагеря отдыха для детей).

Так в сосняке зеленомопшом, произрастающем на дерново-боровых почвах, в 1 зоне при посещаемости до 100 человек- дней на 1 га за сезон Кр не превышает 5 % (табл. 7).

Таблица 7

Рекреационная дигрессия сосняков

Показатели Контроль Стадии дигрессии

1 2 3

Посещаемость, чел. дней на 1 га 100300 300600 6001000

Площадь тропиночной сети (Кр), % 0 5 11 20

Проективное покрытие мохово-травяно-кустарничкового яруса, % 90 80 70 60

Число видов растений: лесных 39 32 27 24

сорных 2 7 9 9

Запасы подстилки, ц/га 105 82 65 13

Водно-физические свойства почвы в слое 0-50 см: Плотность почвы, г/см3 0.81 0.83 0.90 0.95 1.2х

Общая порозность, % 58.3 56.1 51.2 50.4 35.2х

Водопроницаемость, мм/мин 44.5 40.0 35.4 19.2 0.6х

Возобновление, подрост, игт/га 18000 5000 3000 1500

х/ - измерения на тропах

Здесь живой напочвенный покров представлен лесными видами (брусника, купена лекарственная, майник двулистный и др.), степень его проективного покрытия не менее 80 %, запасы подстилки составляют около 85 ц/га. Плотность почвы в слое 0-50 см составляет 0,83 г/см3, общая порозность достигает 56 %, что обеспечивает высокую инфильтрационную способность почвы (40-45 мм/ мин).

Состояние естественного возобновления в зеленомошниках хорошее. Общее количество подроста сосны достигает 4-8 тыс./га.

В сосняке разнотравном, произрастающем на дерново-луговых почвах в этой же зоне, так же как и в зеленомошном, наблюдаются четко выраженные изменении в лесной обстановке под влиянием рекреации, но они имеют несколько другой характер и экологические последствия.

В этом типе леса при одинаковой посещаемости насаждений (до 100 человеко-дней на 1 га за сезон) Кр увеличивается до 7-10 %. Живой напочвенный покров представлен также в основном лесными видами. Незначительно отличаются и физические свойства почвы. Состояние естественного возобновления сосной уменьшается до 4-6 тыс/га. На участках, удаленных от озера на расстоянии 150-200 м (2 зона) как в сосняках зеленомошных, так и в разнотравных отмечены изменения по сравнению с контрольными. Кр увеличивается здесь до 10-15 %. В травяном покрове появляются луговые и сорные виды растений фдуванчик лекарственный, клевер луговой, горец змеиный, лапчатка гусиная, подорожник и др.). Кроме того, в сосняке - брусничнике наблюдается уменьшение встречаемости ценных видов (брусника, купальница азиатская, медуница мягчайшая, башмачок настоящий и пятнистый).

Более существенные изменения происходят в водно-физических свойствах почвы обоих типов леса. Особенно отчетливо это проявляется в уменьшении инфильтрации (почти в 2 раза) по сравнению с контрольными насаждениями. Плотность почв увеличилась до 0,90 г/см3.

Особенно негативные последствия увеличение рекреационных нагрузок во 2-й зоне в сосняках зеленомошных имеет для лесовозобновигельного процесса. Они проявляются в уменьшении количества благонадежного самосева и подроста до 60% от контроля, причем заметно (до 25 %) увеличивается численность усохшего. Аналогичные изменения в лесовозобновительном процессе во 2-й зоне происходят и в сосняках разнотравной группы типов леса.

В 3-й зоне, занимающей вокруг озера полосу шириной 25-50 м, происходят значительные негативные изменения. Особенно заметно это проявляется в увеличении тропиночной сети, которая составляет до 20 % поверхности почвы насаждений.

Запасы подстилки здесь не.превышают 10-15 и/га. Плотность почвы увеличивается до 1,25 г/см3, водопроницаемость почв по сравнению с контролем уменьшается почти в 10 раз.

Особенно сильной деградации подвергается живой напочвенный покров. Почти полностью в обеих группах типов леса исчезли лесные виды, произошло активное внедрение сорных видов.

Процесс естественного возобновления в рассматриваемых группах типов леса перешел в категорию неудовлетворительного в основном за счет уменьшения количества подроста и сокращения его общей численности до 1-2 тыс/га.

Почти аналогичная карпша изменений в лесной обстановке под влиянием рекреации происходит в насаждениях других типов леса (лиственничниках разнотравных и смешанных лиственнично-березовых насаждениях), произрастающих по берегам озер республики Хакасия (24,26).

Наибольшие нагрузки приходятся на прибрежную зону, где люда пребывают на отдыхе большую часть своего времени.

Рекреационные нагрузки на удаленных от водоемов участках связаны в основном с побочным лесопользованием - сбором грибов, ягод, лекарственных растений.

Под воздействием рекреации в первую очередь изменяются биологические компоненты фитоценозов (живой напочвенный покров , подрост) в силу их наибольшей уязвимости.

Все отмеченные негативные последствия рекреационных нагрузок на исследуемые лесные экосистемы следует рассматривать как начальные признаки нарушения их стабильного состояния.

На основе результатов исследований предложена система мероприятий, направленная на поддержание устойчивости и улучшения состояния рекреационных лесов Минусинской котловины.

Особенностью разработанной системы являются установленные зональные признаки деградации рекреационных лесов, произрастающих по берегам уникальных озер республики.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенные многолетние исследования лесов юга Средней Сибири и раскрытые при этом аспекты их многофункциональной роли в ландшафтах привели к следующим основным выводам и предложениям.

Юг Средней Сибири отличается чрезвычайной изменчивостью климатического фона, орографических условий и интенсивной хозяйственной деятельностью. Поэтому одной из основных особенностей лесных растительных формаций, продуцирующих в регионе, является их динамичность, проявляющаяся в пространственной изменчивости типов леса, их биологической продуктивности и структурной организации в связи с широтной зональностью и высотной поясностью. Стационарными и маршрутными исследованиями по проблеме охвачена большая территория юга Средней Сибири, основные лесные формации региона, ее горные и предгорные леса, лесостепные и степные ландшафты Минусинской котловины,

Смена пород в результате вырубки хвойных лесов и пожаров в горах Западного Саяна и Кузнецкого Алатау на юге Средней Сибири является наиболее распространенной формой динамики лесообразовательного процесса. На обширной территории в районе исследований около 20 % лесопокрытой площади занимают березняки зеленомошной, разнотравной групп типов леса в возрасте 40-60 лет.

Исследованиями биологической продуктивности березняков впервые в регионе установлено, что в надземной части этих лесных экосистем в зависимости от типов леса и возраста сконцентрированно от 38 до 110 т/га органического вещества. Из его общей фигомассы около 80 % приходится на стволы, 17 % - на кроны, 3 % - на листья. Запасы фигомассы в живом напочвенном покрове и подстилке составляют соответственно 1.5 и 8 % от общей массы органического вещества в насаждениях.

Изучены дополнительные биометрические параметры березняков, необходимые для количественной и качественной оценки экологических функций леса (листовой индекс насаждений, вес крон и листьев).

На основе исследований установлено, что наиболее жизненно важными экологическими функциями лесов на территории юга Средней Сибири являются водоохранно-защигные, водорегулирующие, почвозащитные, климатологические и рекреационные.

Количественное и качественное проявление экологических функций леса в различных зонах, подзонах и ВПК неравнозначно и

обусловливается в основном особенностями геофизического фона, на котором продуцируют насаждения, их таксационными и лесоводственнымн параметрами, плотностью сконцентрированной в насаждениях фигомассы и лесистостью территорий.

Изучены основные элементы водного баланса березовых экосистем, сделана количественная оценка их гидрологической роли. Она проявляется главным образом в почвозащитных, водорегулирующих и водоохранных функциях и носит макромасштабный характер.

Впервые дана оценка лесов региона по защитной роли.

Установлены закономерности в сезонной и суточной динамике термического режима стволов деревьев в березовых, сосновых, пихтовых и кедровых насаждениях и раскрыто значение сконцентрированной в них фигомассы для формирования климата лесных экосистем.

Проведена количественная оценка климатологических функций леса в лесостепных ландшафтах. В аридных условиях они проявляются в смягчении термического режима воздуха в летний период, увеличении его влажности, уменьшении скорости ветра и увеличении количества атмосферных осадков.

Трансформирующее влияние леса на климат распространяется на окружающие безлесные пространства природных комплексов как в микро- так и в макромасштабах. Оно тесно связано с концентрацией надземной фигомассы в лесных массивах и лесистостью территорий.

Выявлено, что в лесостепной части Минусинской котловины при высоких летних температурах воздуха даже при двадцатипроцентной облесенности берегов заметно проявляется охлаждающее влияние насаждений на температуру речной воды, что способствует сохранению ее качества. В среднегорном и предггорном ВПК достоверного влияния леса на температуру речных вод не отмечено.

Впервые изучена пылеаккумулирующая роль сосновых насаждений, произрастающих на различном расстоянии от очагов дефляции почв в Минусинской котловине. Установлено, что количество пыли, задержанной пологом лесных экосистем, зависит от расстояния до источника пыли, таксационных и биометричесских параметров насаждений. Пылеаккумулирующий эффект сосновых насаждений прослеживается даже на расстоянии 250 км. от очагов эрозии. Эти функции лесных фягоценозов, особенно в лесостепных и урбанизированных ландшафтах, имеют большое экологичесское значение.

Лесные полосы, созданные в степной зоне Минусинской котловины, в условиях активной ветровой деятельности аккумулируют большое количество пыли и защищают сельскохозяйственные поля от дефляции почв, а каналы оросительных систем от заносов и разрушений.

Лесные экосистемы, продуцирующие на водосборных бассейнах малых рек, действуя как биологические фильтры, защищают воду от продуктов дефляции почв и химических веществ (органических веществ, биогенов), поступающих из агроэкосистем и урбанизированных ландшафтов..

Выявлено, что рекреационному воздействию наиболее подвержены сосновые леса, произрастающие вокруг уникальных лечебных озер и водохранилищ. Здесь четко проявляется зональность интенсивности деградации насаждений в зависимости от удаления берегов водоемов.

Южную часть Средней Сибири следует рассматривать как единую большую слояшую экосистему, где лесная растительность является одним из ее важнейших компонентов, контролирующих основные параметры жизнеобеспечения индустриальных ландшафтов.

На основе результатов исследований разработана система мероприятий , направленная на сохранение и повышение экологического потенциала лесов региона.

Ее научной основой является установленная нами количественная и качественная оценка уровня и характера выполняемых лесными экосистемами защитных функций леса в различных природных условиях региона.

Основные положения разработанной системы лесохозяйственных мероприятий сводятся к следующему:

-В предгорных и среднегорных лесах юга Средней Сибири лесохозяйственные мероприятия должны быть направлены на сохранение и повышение гидрологической роли лесных экосистем. Поэтому здесь необходимо сохранение лесистости водосборных бассейнов на современном уровне и проведение мероприятий, предупреждающих смену коренных типов леса производными.

-В предгорных и среднегорных лесах допускаются только рубки ухода за лесом .санитарные и лесовосстановительные рубки согласно нормативов "Правил рубок главного пользования в лесах Восточной Сибири" (Красноярск, 1994).

-В лесостепных ландшафтах повышение экологических функций леса для стабилизации окружающей среды должно решаться путём увеличения лесистости малолесных районов до 10-15%. Одновременно необходимо проведение мероприятий по сохранению имеющихся лесов и повышению их устойчивости.

-В лесостепной части Минусинской котловины повышение лесистости отдельных районов целесообразно осуществлять путём создания сосновых культур крупномерным посадочным материалом.

-В системе мероприятий по экологической оптимизации территорий предусматривается увеличение площади полезащитных лесных полос и лесных полос для защиты каналов оросительных систем от заносов и разрушений и сохранение колковых лесов.

-Для сохранения стабильности и повышения устойчивости рекреационных лесов, произрастающих вокруг уникальных целебных озёр региона, возможно использовать общепринятые "Практические рекомендации по рекреационному использованию лесов западной части КАТЭКа" (Красноярск, 1987) с учётом особенностей и характера деградации насаждений.

Рекомендуемые нормы допустимых рекреационных нагрузок для сосновых лесов составляют от 10 человеко-дней на 1 га до 250 и 1500 человеко-дней на 1 га соответственно за месяц и сезон. -При разработке ТЕРКСОП (территориальная комплексная схема охраны природы) республики Хакасия необходимо максимальное использование экологического потенциала лесов региона.

Список основных научных работ по теме доклада:

1. Роль соснового леса в аккумуляции продуктов дефляции почв // Защитное лесоразведение в Сибири и Северном Казахстане. Красноярск: ИЛиД СО АН СССР, 1996.-С. 105-108. (Соавтор В.В. Протопопов).

2. Физическое влияние моделированного участка леса на некоторые факторы среды. // Географические аспекты горного лесоведения и лесоводства. Чита: 1967. -С. 45-50. (Соавтор В.В. Протопопов).

3. Термический режим стволов сосны. // Гидроклиматические исследования в лесах Сибири. Москва: "Наука", 1967,- С. 128-132.

4. Задержание жидких осадков березовыми древостоями Западного Саяна // Всесоюзный симпозиум по вопросам водного обмена у растений. Иркутск: 1970. -С. 132-134.

5. Элементы первичной продуктивности и биометричееккие показатели березовых древосгоев Западного Саяна. // Лесоведение №1. Москва.: 1971. С. 32-37. (Соавтор В.В. Протопопов).

6. Лес - как Биофизическая система. // Проспект ВДНХ Москва: "Наука", 1972 (Соавторы В.В. Протопопов, A.B. Лебедев, В.М. Горбатенко, В.И. Зюбина).

7. Снежный покров в березняках Западного Саяна. //Средообразуюхцаяроль леса. Красноярск: 1974. -С. 44-51.

8. Водно-физические свойства почв березняков южной части Красноярского края. // Средообразующая роль леса. Красноярск: 1974. -С. 110-121.

9. Классификация берёзовых лесов южной части Красноярского края по их водрохранно-защитному значению и эрозионной устойчивости. // Агрофизические исследования почв Средней Сибири. Красноярск: 1975. -С. 62-78.

10. Задержание жидких атмосферных осадков березовыми древостоями Западного Саяна. // Водный обмен в основных типах растительности СССР. Новосибирск: "Наука", 1975,- С.279-283.

11. Гидрологическая роль берёзовых лесов южной части Красноярского края. //Стационарные гидрологические исследования в лесах Сибири. Красноярск: 1975. -С. 43-68.

12. Продуктивность органической массы березовых фитоценозов Красноярского края. // Структура и динамика растительного покрова. Москва: "Наука", 1972. -С.30-32.

13. Некоторые природные особенности берёзовых лесов южной части Красноярского края. // Биологические исследования в вузах Красноярского края. Красноярск: 1977. -С. 17-18.

14. Некоторые особенности формирования гидрологического режима березняков южной части Красноярского края. // Природоохранные аспекты освоения ресурсов Минусинской котловины. Иркутск: 1981. -С.82-90.

15. Рекомендации по созданию лесных полос для защиты магистральных каналов от заноса и разрушения в условиях Хакасской А.О. Красноярск: СибНИИГиМ,1983. -С. 1-6 (Соавтор В.К. Севастьянов).

16. Об охране напочвенного покрова сосновых лесов Минусинской котловины. // Экология растений Средней Сибири. Красноярск: ВБО,1983, -С. 9-10.

17. О влиянии леса на химический состав и качество речных вод в условиях Саянского ГПК. // Экологическая роль горных лесов. Бабушкин: 1986. -С. 91-93.

18. Исследование термического режима деревьев в условиях Сибири. Н Эколого-географические исследования флоры Красноярского края. Красноярск:! 986. -С. 74-82

19. О рациональном использовании и охране лесных ресурсов Саянского ТПК. // Проблемы развития Саянского ТПК. Абакан: 1987. -С. 28-39. (Соавтор B.C. Подстрелов).

20. Роль леса в экологической оптимизации лесостепных ландшафтов Саянского ТПК. И Экологические проблемы Саянского ТПК. Абакан:1988. -С. 91-93.

21. Противоэрозионная роль березняков предгорий Западного Саяна. // Проблемы горного природопользования. Барнаул: 1989. -С. 74-77.

22. Пылеулавливающие свойства сосновых лесов Минусинской котловины. // Тезнсы докладов научной конференции, посвященной 100-летию плана В.В. Докучаева, по борьбе с засухой и преобразования степей России. Абакан: 1992. -С. 167-169.

23. Устойчивость лесов зеленых зон Хакасии к рекреационно-хозяйственному воздействию. // Тезисы докладов научной конференции, посвященной 100-летию плана В.В. Докучаева, по борьбе с засухой и преобразования степей России. Абакан:1992. -С. 183-185.

24. Влияние рекреации на лесные экосистемы Минусинской котловины. // Проблемы заповедного дела Сибири. Н.-Сибирск: 199625. О необходимости разработки и реализации программы оценки

современного состояния экосистем Хакасии. // Вестник Хакасского государственного университета им. Н.Ф. Катанова. Абакан: 1997. -С.53-54. (Соавторы В.В. Анюшин, Ю.Н. Краснощекое).

26. Средообразующая роль лесных экосистем юга Средней Сибири. // Монография. Абакан: Изд. ХГУ. 1997. - 160с.

Текст научной работыДиссертация по биологии, доктора биологических наук, Грибов, Александр Ильич, Красноярск

/\У /

/ Л

/1 / % с/ и ■

к./

На правах рукописи

ГРИБОВ Александр Ильич

СРЕДООБРАЗУЮЩАЯ РОЛЬ ЛЕСНЫХ ЭКОСИСТЕМ ЮГА СРЕДНЕЙ СИБИРИ

Специальность: 03.00.16 - Экология

о? '/у УУ1

в виде научного доклада на соискание ученой степени доктора биологических наук

Красноярск -1998

Работа выполнена: в Институте леса им. В.Н. Сукачева СО РАН. (1963-1974 гг.), Хакасском государственном университете имени Н.Ф. Катанова (1974-1995 гг.).

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор В.И. Таранков доктор географических наук, профессор Д.А. Бураков доктор биологических наук Л.С. Шугалей

Ведущая организация - Институт общей и экспериментальной биологии СО РАН

Защита состоится М&ф^ 1998 г. в /¿* час. на

заседании диссертационного совета Д 120.45.01_ по защите

диссертаций на соискание ученой степени доктора биологических наук при Красноярском государственном аграрном университете по адресу: 660049, г. Красноярск, пр. Мира 88.

С диссертацией в виде научного доклада можно ознакомиться в библиотеке Красноярского государственного аграрного университета.

Ваши отзывы (в двух экземплярах) просим направлять по адресу: 660049, г. Красноярск, пр. Мира 88, Красноярский государственный аграрный университет. Ученому £$чс^ертационного совета

Д_120.45.01 Г0СуддрСТк£,:

БИБЛИОТЕКА

Диссертация в виде научного доклада разослана " J 9- " 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор сельскохозяйственных наук, профессор P.M. Бабинцева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы вытекает из напряженной экологической ситуации, которая сформировалась в степных и лесостепных ландшафтах Минусинской котловины, а также в предгорных и среднегорных высотнопоясных комплексах (ВПК) Кузнецкого Алатау.

Под влиянием длительной хозяйственной деятельности, в которой главную роль сыграла интенсивная эксплуатация лесных и земельных ресурсов, природная среда юга Средней Сибири значительно трансформировалась.

Создание в регионе Саянского ТПК значительно увеличило антропогенные нагрузки на лесные экосистемы и усилило их деградацию.

Экологические функции лесов юга Средней Сибири достаточно полно изучены в высокогорных и среднегорных поясах Западного Саяна. Однако в других ландшафтах этого региона средообразующие функции лесных экосистем, продуцирующих в условиях чрезвычайно изменчивого геофизического фона, еще полностью не раскрыты и не оценены количественно и качественно.

Известно, что экологическая роль лесов в различных зонах и подзонах не равнозначна. Она имеет свою специфику и тесно связана с природными особенностями лесных экосистем, их составом, биологической продуктивностью, стабильностью и другими факторами (Молчанов, 1969; Протопопов, 1975; Мелехов, 1977; Паулюкявичюс, 1979 и др.)

Это является основной причиной недостаточного использования лесов для экологической оптимизации региона, их охраны и рационального использования.

Рациональное освоение природных ресурсов представляет собой комплекс социальных, экономических, экологических и технологических проблем.

Однако практика показывает, что проблема стабилизации и улучшения окружающей среды в связи с освоением природных ресурсов часто решается только на основе внедрения технологических средств защиты. При этом недостаточно учитываются возможности и эффективность использования для этих целей лесных экосистем как составной части природной среды (Протопопов, 1990; Исаев, 1990).

Работа выполнялась в рамках программы фундаментальных исследований АН СССР "Проблемы лесоведения", раздел 1 "Исследование природных свойств, состава, запасов и размещения

лесов" (шифр 1.1) и вписывается в одно из современных перспективных направлений исследований - "Биосферная и экологическая роль леса".

Цель и задачи исследований. Целью работы является исследование и комплексная качественная и количественная оценка средообразующей роли лесных экосистем в ландшафтах юга Средней Сибири.

Задачи исследований: - изучить гидрологическую роль лесов; - дать количественную оценку юшматообразующих функций леса в лесостепных ландшафтах; - изучить пылеаккумулирующие свойства лесных экосистем и их роль в предотвращении загрязнения природных вод; - исследовать состояние рекреационных лесов, их устойчивость к различным формам воздействия; - разработать предложения по рациональному использованию исследованных лесов.

Объекты в методика исследования. 8 диссертации обобщены материалы, полученные в период с 1963 по 1995 гг. при проведении стационарных и эпизодических исследований в 7-ми районах региона: Минусинском, Шушенском, Ермаковском, Бейском, Боградском, Ширинском, Аскизском.

Исследования проводились в березовых и кедровых лесах южной части Заподного Саяна, в березовых и сосновых лесах лесостепной части Минусинской котловины, в кедровниках, сосняках и лиственничниках Кузнецкого Алатау.

Методика работ включала как маршрутные экспедиционные, так и стационарные исследования лесных массивов на временных и постоянных пробных площадях.

За время работы на объектах было заложено 45 постоянных пробных площадей, оборудованных лесными метеостанциями и элементарными стоковыми площадками. Для определения биологической продуктивности и биометрических показателей березняков было взято 164 модельных дерева.

Агрохимический анализ почвенных образцов проведен в лаборатории лесного почвоведения Института леса им. В.Н. Сукачева РАН

Комплекс лесоводственных, таксационных и геоботанических работ осуществлялся в соответствии с общепринятыми методическими разработками и рекомендациями (Сукачев, Зонн, Мотовилов, 1975; Жуков, 1964; Сукачев, Дылис, 1966: Молчанов, 1968: Анучин,1978).

При определении биометрических показателей насаждений

использовались методики, изложенные в работах В.В. Протопопова (1965, 1975), JLK. Позднякова и др. (1969), А.И. Уткина (1975). Лесные гидрологические исследования проводились в соответствии с общепринятыми методами и наставлениями "Гидрометеослужбы", а также методическими разработками, рекомендациями A.A. Молчанова (1960), Л.К. Позднякова (1963), И.П. Коваля (1973), Р.Г. Чагелишвили (1986), Г.Б. Паулюкявичюса (1989) и др.

Определение водно-физических свойств почв (плотности сложения, плотности твердой фазы, щебнистости, порозности, влажности завядания, полной влагоемкости), изучение поверхностного склонового стока и эрозии осуществлялось методами, разработанными Н.Ф.Созыкиным (1939), Ф.Р. Зайдельманом (1957), A.A. Молчановым (1958, 1960), A.A. Роде (1960).

Экспериментальные данные обработаны с применением методов математической статистики (Доспехов, 1979), включая корреляционный и регрессионный анализы.

Научная новизна исследований. В работе получили дальнейшее развитие теоретические положения концептуального подхода к изучению средообразукмцих функций леса, разработанного В.В. Протопоповым (1975).

Впервые дана комплексная оценка лесных экосистем юга Средней Сибири по их защитной роли, в том числе: изучены элементы биологической продуктивности и биометрические параметры березняков Западного Саяна и Минусинской котловины. В различных ландшафтах региона качественно и количественно оценены такие важные экологические функции лесов как их влияние на температурный режим вод, на формирование микроклимата лесных и прилегающих к ним сельскохозяйственных территорий. Изучены основные составляющие водного баланса березовых лесов, а также пылеаккумулирующие свойства сосновых насаждений, что особенно важно для районов, подверженных частым пыльным бурям.

Практическая значимость и реализация работы. Полученные данные могут применяться при разработке систем природоохранных мероприятий, при кадастровых оценках земель, при лесоустоительном проектировании, при планировании приемов, направленных на повышение продуктивности, сохранение и укрепление средообразующей и защитной роли лесов и прилегающих к ним сельскохозяйственных территорий.

Материалы по биологической продуктивности насаждений для данного региона получены впервые, в связи с чем могут быть использованы при расчетах параметров глобального круговорота веществ в биосфере.

Полученная информация является основой для разработки нормативов выделения особо защитных прибрежных лесов в горных ВПК Кузнецкого Алатау, предгорных и лесостепных ландшафтах юга Средней Сибири.

Результаты исследований нашли применение при разработке моделей насаждений с повышенной устойчивостью и при составлении комплексной природоохранной республиканской программы "Экология Хакасии".

Материалы исследований использованы при проектировании 3-х государственных заповедников, национального парка и республиканской эколого-рекреационной зоны, а также в "Законе о лесе" республики Хакасия.

Личный вклад автора. В основу работы положены результаты исследований, начатые в институте леса им. В.Н. Сукачева (1963-1974 гг.) и продолженные в Хакасском государственном университете им. Н.Ф. Катанова (1974-1995 гг.).

Исследования 1974-1985 гг. велись на основе договора о творческом научном сотрудничестве между институтом леса и государственным университетом по теме "Устойчивость лесных экосистем Хакасии к антропогенным нагрузкам". Дальнейшие исследования (1985-1995 гг.) выполнялись по теме-заданию "Устойчивость лесных экосистем юга Красноярского края к антропогенным нагрузкам и прогноз изменения их экологических функций".

Автор был руководителем и непосредственным исполнителем темы, составлял программы, разрабатывал методики, принимал участие во всех полевых и камеральных работах, анализе полученных результатов, в подготовке публикаций (самостоятельно и в соавторстве), а также провел внедрение рекомендаций в производство.

Апробация работы. Материалы исследований представлялись и обсуждались на III Забайкальской научно-производственной конференции по лесному хозяйству "Географические аспекты горного лесоведения и лесоводства" (Чита, 1967); II научном совещании по региональному зимоведению "Проблемы регионального зцмоведения", выпуск 2 (Чита, 1968); Всесоюзном симпозиуме "Вопросы водного обмена растений как элемент круговорота веществ и энергии в основных видах растительности Советского Союза" (Иркутск, 1970); Научной конференции "Агрофизические исследования почв Средней Сибири" (Красноярск, 1975); Научной конференции "Структура и динамика растительного покрова" (Москва, 1976); 1 Межвузовском совещании по теоретическим и прикладным аспектам биологии "Биологические

исследования в ВУЗах Красноярского края" (Красноярск, 1977); Совещании Красноярского отделения Всесоюзного ботанического общества "Экология растений Средней Сибири" (Красноярск, 1983); Всесоюзной конференции "Экологическая роль горных лесов" (Бабушкин, 1986); II Республиканской научно-практической конференции "Охрана окружающей среды и человек" (Кызыл, 1988); Научно-практической конференции "Экологические проблемы Саянского территориально-производственного комплекса" (Абакан, 1988); Региональной конференции "Проблемы горного природопользования" (Барнаул, 1989); Всесоюзной научно-практической конференции "Состояние, освоение, проблемы экологии ландшафтов Алтая" (Горно-Алтайск, 1992);Научной конференции, посвященной 100-летию плана В.В. Докучаева по борьбе с засухой и преобразования степей России (Новосибирск, 1992); Заседаниях секции "Экологические функции леса" Научного Совета по проблемам леса РАН (Батуми, 1989; Алушта, 1991); Республиканской научной конференции "Проблемы заповедного дела Сибири" (Шушенское, 1996); Республиканской научной конференции "Современные проблемы географии России и родного края" (Курган, 1997).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 56научных работ, общим объемом более 35 печатных листов, в том числе 2 монографии. В этих работах изложены основные теоретические и практические положения диссертации.

На защиту выносятся следующие основные положения.

1. Средообразукяцая роль лесных экосистем в значительной мере определяется уровнем выполняемых ими защитных функций, которые связаны со спецификой высотно-поясных комплексов (ВПК), лесистостью территории, таксационными и лесоводственкыми особенностями насаждений, количеством сконцентрированной в них фитомассы и характером ее пространственного размещения.

2. При комплексной оценке средообразующих функций лесных экосистем следует понимать их как природные образования, оказывающее разностороннее биофизическое влияние на окружающую среду.

3. Трансформация и восстановление средообразующих функций лесов определяются как интенсивностью антропогенного воздействия, так и степенью устойчивости самой системы к этому воздействию, которая зависит и от лесорастительных условий.

Глава 1. КОНЦЕПЦИЯ ИЗУЧЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ ЛЕСА.

Под экологическими функциями леса нами понимается роль лесных биогеоценозов в формировании среды, обеспечивающей благоприятные условия для существования всего живого, включая человека.

Такое понимание функций леса сложилось у нас под влиянием идей В.В. Докучаева о целостности природных комплексов, учения В.И. Вернадского о взаимосвязи и взаимодействии всех явлений природы и роли живого вещества в биосферных процессах и новой отрасли знаний -лесной биогеоценологии, созданной В.Н. Сукачевым.

Постановка комплексных стационарных исследований осуществлялась нами на биогеоценотической основе. Вслед за В.Н. Сукачевым типы леса нами понимаются как сложные биогеоценотические системы, основные свойства и качества которых являются внешним отражением внутренних процессов и взаимодействия между компонентами лесного биогеоценоза и внешней абиотической средой [Основы лесной биогеоценологии, 1964].

Это положение подтвердилось и нашими экспериментальными данными при изучении влияния лесных фнтоценозов на основные абиотические факторы среды [3, 6, 9, 18, 26]!.

Однако по мере накопления экспериментальных данных, включая и наши, было выявлено, что интенсивность трансформации основных абиотических факторов природной среды лесными экосистемами связана не только с типами леса. В каждом конкретном случае она определяется количеством сконцентрированной в лесных фитоценозах фигомассы и, главным образом, ее акцепторной части.

Для углубленного изучения механизма трансформации лесными фитоценозами абиотических факторов окружающей среды на Погорельском стационаре института леса и древесины СО РАН СССР был поставлен специальный эксперимент с использованием в качестве моделей живого и усохшего, но охвоенного подроста ели. Исследования проводились на открытом полигоне с ровной поверхностью в летний период при радиационном типе погоды. Результаты этого эксперимента показали, что живая модель лесного участка оказывает более существенное влияние на термический режим воздуха и почвы, влажность воздуха и испарение с водной поверхности под своим пологом, чем модель фитоценоза из "мертвых" растений (2).

1 Числа в скобках здесь и далее являются порядковыми номерами списка работ автора по теме диссертации.

ГОСУДАРСТВЕННАЯ БИБЛИОТЕКА

Однако значительно влияние и "мертвой" лесной экосистемы на абиотические факторы среды, которое особенно отчетливо проявляется в трансформации ветрового потока и в меньшей степени во влиянии на солнечную радиацию.

На основе результатов этих исследований мы пришли к выводу, что для комплексной оценки средообразукяцих функций леса лесные биогеоценозы необходимо понимать не только как сложные биологические экосистемы, но и как природные образования, оказывающие чисто физическое влияние на окружающую среду (2).

В обоснованности такого подхода к лесным биогеоценозам нас убедило впервые проведенное в условиях Сибири круглогодичное изучение термического режима стволов деревьев в сосновых и березовых насаждениях в Красноярской лесостепи, а затем - в Минусинской котловине и Западном Саяне (3,18).

Проведенные исследования показали, что основная надземная часть фитомассы лесных фитоценозов, сконцентрированная в стволах деревьев, обладая большой теплоемкостью, как физическое тело, оказывает существенное влияние на тепловой баланс насаждений и участвует в формировании микроклимата под пологом леса. Поэтому, вслед за В.В. Протопоповым (1965, 1975), лесные биогеоценозы понимаются нами как сложные биофизические системы, в которых сконцентрировано в каждом конкретном случае определенное количество живого органического вещества, которое должно выражаться комплексом объективных биометрических параметров (6).

На основе этой концепции были построены все наши дальнейшие многолетние экспериментальные исследования, проведенные в различных ландшафтах юга Средней Сибири. При этом наряду с общепринятыми методическими приемами при исследовании типов леса, большое внимание в наших полевых работах уделяло