Лесовозобновительные процессы в зональном природном комплексе пихтово-кедровых лесов юга Западной Сибири: Кемеровская область

Важность изучения лесовосстановительных процессов всегда подчеркивается в научных исследованиях лесных сообществ. Охарактеризование этих процессов в геоботанических и лесотипологических исследованиях является обязательным элементом. Такая характеристика включает в себя количественную и качественную оценку подроста, его состава, возраста, состояния и т. д. Эти данные не только позволяют глубже понять природу леса, но и дают представление относительно дальнейшего его развития. Безусловно, они могут ответить на многие вопросы, интересующие лесовода — практика. Например, наличие жизнеспособного подроста в лесу сможет обеспечить более быстрое воспроизводство древостоя после рубки, и при том без смены пород. Напротив, отсутствие такого подроста зачастую требует создания культур на вырубленных площадях или содействия естественному возобновлению за несколько лет до рубки.

Большой интерес к изучению лесовозобновительных процессов обнаруживается уже в первых работах русских лесоводов, но наибольший акцент всегда ставился на хозяйственное использование лесных ресурсов (Поварни-цын, 1944; Погребняк, 1968; Дерябин, Букштынов, 1970; Белов, 1983; Мелехов, 1989). В настоящее время леса требуют комплексного подхода не только $ к изучению их развития, но и к использованию в хозяйственных целях. Пора реально задуматься о тех, как говорил Г. Ф. Морозов, «незаметных полезно-стях леса», которые не выражаются в кубометрах древесины или издержках на ее перевозку. Лесные насаждения обогащают атмосферу кислородом и аккумулируют твердые воздушные взвеси. В умеренных широтах особенно активно участвуют в этом темнохвойные породы. Даже один гектар спелых ельников поглощает в год 10−12 тысяч тонн углекислоты и выделяет 8−9 тыс. тонн кислорода. Кедровые насаждения в возрасте 150−200 лет и 120−140-летние пихтовые поглощают ежегодно 5−11 тыс. тонн СО2 и выделяют 4−9 тыс. тонн О2 с гектарной площади (Протопопов, 1967). Помимо этого, темнохвойные леса выполняют и водоохранную функцию. Именно они уменьшают поверхностный сток талых и дождевых вод, смывающий плодородный слой почвы и переводят его в сток межевой (Молчанов, 1960, 1973; Калинин, 1973; Побединский, 1975; Данилик, 1977). Производимые хвойными породами фитонцидные вещества способствуют оздоровлению атмосферы (Протопопов, 1967, 1975). Темнохвойные насаждения, являясь средой обитания для многих редких в настоящее время представителей растительного и животного мира, способствуют сохранению биоразнообразия. О том, что суммарный объем пользы, приносимой лесными насаждениями, во много раз превышает стоимость древесины, многократно подчеркивалось в литературе (Побединский, 1988; Крылов, Калинин, Козакова, 1990; Грицко, Баранник, 1996; и др.).

С позиций популяционной экологии, возобновление главного лесооб-разующего вида — ключевой ценопопуляционный процесс, исход которого во многом определяет структуру, продуктивность, стабильность и всю последующую динамику лесного биогеоценоза, а, следовательно, и лесоводствен-ную программу (Санников, Парпан, 1996).

Опубликовано большое число работ, в той или иной мере касающихся вопросов возобновления. Накоплен обширный фактический материал, установлены многие важные закономерности этого процесса. И, тем не менее, предстоит еще многое сделать в этом направлении. То, что уже проверено и доказано для одного типа леса, лишь отчасти подтверждается в другом, и может совсем отсутствовать в третьем типе. И, помимо этого, в каждый тип леса вносят свои изменения комплекс зонально-климатических, биотических, антропогенных и множество других факторов. Так, положительное влияние разрушительных факторов на северные леса Западной Сибири, охарактеризованное В. Н. Седых (1990), проявляется только на глинистых почвах, и, как подчеркивает сам автор, отсутствует на песчаных.

На территории Кемеровской области исследования лесовозобновитель-ных процессов в преобладающих лесных массивах не проводились уже много лет. Последняя монография, изданная группой авторов под руководством Г. В. Крылова, датируется 1969 г. Последующие исследования по лесовозоб-новительным процессам (Шмонов, 1977) проводились в кедровых древосто-ях, доля которых на территории области достаточно мала. В то же время в научной литературе (Крылов, 1961, 1962, 1973; Калинин, 1973; Баранник, Сергеев, и др., 1997: и др.) и популярных изданиях (Илюхин, 1986, 1988; Соколов, 1988; Сусоев, 2003; и др.) постоянно поднимается вопрос об охране и рациональном использовании лесных ресурсов области. Неравномерное размещение лесозаготовительных предприятий на территории области и расположение их, в основном, в горно-таежных районах привело к тому, что на юге Кемеровской области, в Таштагольском лесхозе, в 1967, 1968 гг. расчетная лесосека по хвойным породам перерубалась на 16% и более (Калинин, 1973 б). A.M. Калинин также подчеркивает, что большой ущерб горным лесам нанесли и условно-сплошные рубки, когда выбиралась только деловая хвойная древесина, а остальная, по существу, гибла. Уже в пятидесятые годы исследователями отмечается, что работы по сохранению молодняка и подроста практически не ведутся, в то время как естественное и искусственное возобновление из-за сильного разрастания травяного покрова является малоэффективным (Ножкин, Скобелев, Юрре, 1957). Возобновление вырубок в горных районах в соответствующем кедрово-пихтовом черневом комплексе идет неудовлетворительно (Поликарпов, 1978). В настоящее время результаты таких действий можно наглядно проследить на лесорастительной карте, например, Шорского Национального природного парка (ШНПП), где по берегам реки Мрас-су (что в переводе означает «кедровая река») на планах лесных насаждений голубеют огромные массивы вторичных березняков и бледно-зеленых осинников, сформировавшихся на местах вырубок шестидеся-тых-семидесятых годов. Это подтверждается и официальными материалами (Лесопользование в российской федерации, 1996), показывающими, что в шестидесятые — семидесятые годы в СССР вырубалось значительное количество не только перестойных и спелых, но и приспевающих лесов, составившее в 1971 году 3960 тысяч кубометров. Этот же литературный источник характеризует и незначительный объем лесокультурных работ на многолесных территориях, составляющий не более четверти сплошных вырубок. По данным учета лесного фонда области (Сводный проект. 1998), запас спелых и перестойных насаждений сократился на 16,3%, а также уменьшился общий запас пихтачей на 5,2%.

Нельзя обойти вниманием глобальную проблему деградации лесов на планете. Эта проблема остро проявляется и для территории Кемеровской области. В литературе нередко поднимался вопрос о влиянии на хвойные биогеоценозы атмосферных выбросов, и как следствие, различных «кислотных дождей» (Шяпятене, 1988; Писаренко, 1989; Баранник, Куприянов, Сергеев, Счастливцев, 1997; Цыкалов и др., 1999; и др.). Однако в исследованиях, проведенных группой авторов на территории Кузнецкого Алатау (Алексеев, Астапенко, Басова и др., 1999) отражается достаточно радужная картина происходящих процессов: «не существовало и не существует процессов интенсивной деградации лесов» (Алексеев и др. с.52). В то же время, хотя авторы и не исключают наличия слабого атмосферного загрязнения, причиной явного массового повреждения пихтовых древостоев они называют грибные болезни. Трудно согласиться с такой точкой зрения, принимая во внимание материалы международных исследований, приводимые в работе А. И. Писаренко (1989). В них утверждается: деградация лесов не вызывается исключительно вредными атмосферными выбросами, но комплексным влиянием всех факторов, ослабляющих сопротивляемость древостоев и, как следствие, подверженность их различным грибковым заболеваниям. Здесь же отмечается, что влияние вредных выбросов проявляется не только в значимых, но даже и в фоновых концентрациях.

Наиболее распространенными на территории Кемеровской области являются темнохвойные лесные фитоценозы, занимающие более 60% всей ле-сопокрытой площади при общей лесистости области 58%. Это связано, прежде всего, с экологическим оптимумом темнохвойных пород на территории.

Западной Сибири. Темнохвойные древостой на ее территории представлены тремя видами древесных пород — пихтой сибирской (Abies Sibirica), кедром сибирским (Pinus Sibirica), и елью сибирской (Picea Obovata). В Кемеровской области пихта, по различным источникам информации, занимает около 46,4% всей лесопокрытой площади области (81,6% земель, занятых хвойными породами), доля кедра составляет не более 6% и ели — 2% (Сводный проект. 1998).

Соответственно выше сказанному, целью настоящей работы является: изучить естественное лесовозобновление темнохвойных видов под пологом материнских древостоев на территории Кемеровской области в наиболее распространенных типах лесаизучение показателей возобновления и его особенностей в связи с лесотипологическими, экспозиционно-склоновыми и высотными условиями произрастанияпроведение сравнительного анализа лесовозобновления в горных и равнинных территориях области.

Конкретные задачи исследования состояли в следующем:

1. На основе лесорастительного и лесохозяйственного районирования, имеющихся материалов лесоустройства отобрать репрезентативные участки, на которых составить геоботанические описания темнохвойных фитоцено-зов.

2. Провести на пробных площадях учет количества, жизненного состояния и морфологических показателей подроста согласно общепринятым методикам.

3. Выяснить связь возобновительных процессов в исследуемых группах типов леса с высотными и экспозиционными характеристиками склонов.

4. На основе анализа морфологических признаков вида, доминирующего в составе подроста выявить, связь высотных и экспозиционных характеристик склонов с морфологическими признаках подроста.

Настоящая работа является первой попыткой выявить количеств венные и качественные особенности в естественном подпологовом возобновлении в основных группах типов леса на территории Кемеровской области.

Необходимость этого определяется как общей экологической обстановкой на территории области, так и слабой изученностью вопроса подпологового возобновления в регионе. Большое разнообразие биоэкологических и географических особенностей произрастания темнохвойных пород на территории Кузбасса создало возможность проведения сравнительного анализа количества и качества подроста под пологом материнских насаждений. Для сравнительного анализа морфологических признаков подроста впервые был применен метод дискриминантного анализа с использованием трех основных признаков подроставысоты, диаметра при основании и возраста.

По результатам исследований определены общие итоговые характеристики работы :

Актуальность темы

Исследования возобновительной динамики лесных биогеоценозов являются необходимыми не только с точки зрения хозяйственного использования насаждений, но также с позиции теоретической и по-пуляционной экологии. В связи с резким сокращением площади лесных массивов под действием антропогенного фактора как в целом на планете, так и на территории Западной Сибири исследование коренных насаждений приобретает особую значимость. Кемеровская область находится на границе Западной и Южной Сибири, сочетая на своей территории различные типы темнохвойных сообществ, что делает ее уникальным объектом исследования. В то же время изучение лесовозобновительных процессов в доминирующих группах типов леса проводилось в Кузбассе более 30 лет назад, что делает опубликованные результаты малопригодными для практического применения в сложившейся действительности.

В этой связи комплексное исследование возобновительных процессов под пологом материнских насаждений позволит оценить устойчивость коренных темнохвойных сообществ в имеющихся условиях среды, а также разработать практические рекомендации по комплексному мониторингу за состоянием лесных биогеоценозов.

Цели и задачи иследования подробно изложены выше и, исключая повторение, опускаются.

Научная новизна. Впервые проведено комплексное исследование возобновительных процессов под пологом материнских древостоев для преобладающих типов темнохвойных сообществ Кузбасса. Выявлены особенности естественного возобновления в зависимости от высотных и экспозиционно-склоновых характеристик произрастания насаждений. Проведен сравнительный анализ численности возраста и размера подроста в зависимости от вы-сотно-склоновых характеристик.

Теоретическая и практическая значимость. Полученные в результате исследования информационные и аналитические материалы могут быть использованы для интерпретации процессов эффективного планирования мониторинговых исследований на охраняемых территориях, а также для разработки лесохозяйственных мероприятий, направленных на повышение эффективности возобновительных процессов в горных условиях области, где сосредоточены наибольшие площади лесных массивов Кузбасса. В частности, итоги работы могут быть использованы в лесоводстве при назначении способов лесовозобновления после рубок главного пользования в лесах Кемеровской области.

Защищаемые положения.

1. Успешность возобновления темнохвойными породами под пологом материнских древостоев возрастает с уменьшением высоты над уровнем моря.

2. Удовлетворительно возобновляются ценопопуляции темнохвойных видов всех групп типов леса на равнинных территориях и в зеленомош-ной группе в горных условиях. Насаждения разнотравной и широкотравной групп типов леса в горных районах возобновляются неудовлетворительно.

3. Высотные и экспозиционные характеристики склонов не оказывают прямого влияния на развитие исследованных морфологических признаков подроста — высоты и диаметра при основании.

Апробация. Материалы диссертации доложены на Южно-сибирской конференции студентов и молодых ученых «Экология Южной Сибири» (Абакан 2001), конференции молодых ученых «Биота горных территорий: история и современное состояние» (Екатеринбург 2002).

По теме диссертации опубликовано 6 научных работ.

Диссертационное исследование выполнено на кафедре зоологии и экологии Кемеровского государственного университета. Автор выражает свою искреннюю признательность и благодарность научному руководителю, докт. биол. наук В. Е. Сергееву, а также сотруднику кафедры, канд. биол. наук В. Б. Ильяшенко за помощь в статистической обработке материалов.

Выводы.

Доминирующую роль в возобновлении изучавшихся темнохвойных насаждений играет пихта сибирская.

Возобновление темнохвойными породами на территории Кемеровской области протекает удовлетворительно во всех группах типов леса на равнинных территориях и на нижних участках склонов в зеленомошной группе типов (свыше 3 тысяч экз./га). Возобновление на остальных склоновых участках в изученных группах типов леса происходит неудовлетворительно.

В горных районах количественные показатели возобновления ухудшаются с увеличением высоты на склоне.

Значимую роль в возобновительных процессах играют органогенные повышения микрорельефа, на которых в широкотравной группе типов леса располагается свыше 90% всего подроста темнохвойных пород. Зависимость между морфологическими характеристиками подроста и высотно-склоновыми характеристиками хорошо выражена в горных районах заповедника Кузнецкий Алатау и не выявлена на территории Шорского Национального парка.

Заключение

.

Естественное подпологовое возобновление пихтовых древостоев Кемеровской области происходит основной лесообразующей породой — пихтой сибирской (доля участия в возобновлении — 80−98%), с незначительной примесью кедра сибирского и ели сибирской. При этом подрост пихты и кедра встречается повсеместно, а ели в горных районах — преимущественно на нижних участках склонов, реже на средних (на верхних участках она отсутствует или, в виде исключения, встречается единично). На равнинных территориях доля сопутствующих темнохвойных видов в подросте увеличивается в 2−4 раза, достигая от 25 до 49% в зависимости от группы типов леса.

Количество подроста в значительной степени зависит от типа леса, высоты над уровнем моря и экспозиции склонов. В разнотравных и зеленомошных типах леса четко прослеживается увеличение количества подроста темнохвойных пород от вершин к подножиям склонов, а также в направлении с севера на юг. В широкотравных сообществах не удалось выявить столь четких тенденций, что вероятно вызвано мощным развитием травянистого яруса, вносящего свои особенности в процесс подпологового возобновления. Здесь требуется более детальная проработка стационарными методами, что планируется осуществить в дальнейшем.

Согласно шкале успешности возобновления по Г. В. Крылову (1961), возобновление под пологом разнотравных и широкотравных пихтачей в горных районах Кемеровской области следует признать «неудовлетворительным». «Удовлетворительным» можно считать лишь возобновление в зеленомошной группе типов горных лесов и во всех типах леса на равнинных участках. «Хорошее» возобновление, согласно применяемой шкале, на исследованной территории отмечено не было. С нашей точки зрения, количество жизнеспособного подроста темнохвойных более 2−3 тыс. экз./га является достаточным для естественного возобновления материнского древостоя.

Для разнотравных и широкотравных типов сообществ характерно преобладающее расположение подроста на повышениях микрорельефа органического происхождения (валежник, старые муравьиные кучи). Этот факт зафиксирован нами на склонах всех экспозиций, а также на равнинных территориях. Согласно опубликованный материалам научных исследований такое размещение подроста формируется вследствие наибольшей влагообеспеченности и меньшей конкуренции древостоя по отношению к подросту, располагающемуся на повышениях, по сравнению с остальными участками микрорельефа. В наших исследованиях доля такого подроста увеличивается к вершинам склонов, что объясняется значительным ухудшением почвенного плодородия с повышением высоты в горах. Таким образом, с практической точки зрения для природных парков следует рекомендовать не проводить каких-либо лесокультурных мероприятий связанных с удалением древостоя на верхних участках склонов, для обеспечения молодого поколения темнохвойных достаточным количеством благоприятного субстрата для поселения. В то же время, возможно, будет целесообразен высев семян темнохвойных пород на замшелых, полуразложившихся стволах деревьев, для улучшения подпологовых возобновительных процессов у верхней границы леса, однако эта рекомендация требует более детального изучения экологических условий произрастания подроста на органических повышениях стационарными методами исследований.

В соответствии с материалами, полученным при помощи дискриминант-ного анализа, подрост в Горной Шории чаще развивается вне зависимости от высоты расположения на склоне, а подрост в Кузнецком Алатау проявляет заметные отличия между участками одного склона. Различия между участками склонов одной экспозиции наиболее характерны для зеленомошного типа леса, здесь они отмечены на склонах северной, восточной, и западной экспозиций. В разнотравных пихтачах различия между участками склонов с разной высотой расположения над уровнем моря зарегистрированы на северных экспозициях, а в широкотравных — на западных. Выраженность различий между участками с разной высотой над уровнем моря наиболее четко проявляется в зеленомошном типе леса, поскольку здесь травянистый ярус слабо развит и характеризуется незначительным проективным покрытием. В разнотравных и широкотравных сообществах вероятнее всего значительную роль в дифференциации подроста играет травянистая растительность, обильно развивающаяся под пологом насаждений.

В целом, согласно полученным нами материалам, развитие подроста в разнотравном типе леса происходит более успешно на территории Кузнецкого Алатау, а в зеленомошных — на территории Горной Шории. В широкотравных пихтачах нам не удалось выявить взаимосвязь между морфологическими признаками подроста и районами исследования.

Наибольшая индивидуальная вариабельность подроста характерна для территории Кузнецкого Алатау, особенно для верхних участков склонов. Это отражает значительное разнообразие условий местопроизрастания. Оно обусловлено встречаемостью каменистых почв, большей подверженностью верхних участков склонов заморозкам и меньшим безморозным периодом, а также наличием большей освещенностью и влажностью почв, чем на более низко расположенных территориях. Сочетание этих факторов приводит к мозаичности микроэкологических условий произрастания на незначительных территориях.

Подрост равнинных территорий в среднем развивается следующим образом: в разнотравных пихтачах сходно с восточными участками в горных районах, в широкотравной группе типов леса сходно с участками северных и южных экспозиций в Горной Шории, в зеленомошной группе — хуже, чем налюбом из участков этого типа леса в горных районах Кемеровской области.

В ходе настоящей работы выявилась необходимость подробного изучения особенностей освещения, почвенных условий и температурных колебаний на горных склонах Кузнецкого Алатау и Горной Шории, поскольку этот вопрос до настоящего времени практически не освещен в научной литературе. При наличии таких материалов можно дать четкий ответ на появившиеся в ходе нашей работы вопросы:

— Чем вызвано количественное распределение подроста на склонах в широкотравных типах леса, отличное от разнотравного и зеленомошного типов?

— За счет каких факторов возобновительные процессы на равнинных территориях идут более успешно?

— Какие именно факторы лимитируют развитие подроста на средних и нижних участках склонов?

Дополнив настоящее исследование вышеназванными характеристиками, можно составить более полную картину лесовозобновительных процессов в регионе, что и планируется осуществить в будущем.