Лесоводственные основы формирования лиственных насаждений на юге Западной Сибири. Специальность: 06.03.02 - Лесоведение, лесоводство, лесоустройство и лесная таксация. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора сельскохозяйственных наук (стр. 1 )

На правах рукописи

КЛЮЧНИКОВ Михаил Васильевич

ЛЕСОВОДСТВЕННЫЕ ОСНОВЫ

ФОРМИРОВАНИЯ ЛИСТВЕННИЧНЫХ НАСАЖДЕНИЙ

НА ЮГЕ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ

Специальность: 06.03.02 – Лесоведение, лесоводство, лесоустройство

и лесная таксация

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора сельскохозяйственных наук

Красноярск - 2011

Работа выполнена в Институте водных и экологических проблем СО РАН

Научный консультант - доктор сельскохозяйственных наук

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук

; доктор сельскохозяйственных наук ; доктор сельскохозяйственных наук

Ведущая организация: ГОУ ВПО «Томский государственный

университет»

Защита диссертации состоится 21 декабря 2011 г. в 10-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.253.03 в ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет» г. Красноярск, пр. Мира, 82. Отзыв в 2 экз. с заверенной подписью просьба направлять по адресу диссертационного совета.

Факс: (391) E-mail: *****@

Сайт:http://www. sibstu. *****

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СибГТУ

Автореферат разослан 18 ноября 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

канд. с.-х. наук, доцент

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Вследствие интенсивного хозяйственного освоения южной части Западной Сибири естественные насаждения лиственницы сибирской исчезают из состава лесного фонда в равнинных условиях, а искусственное восстановление связано с недостаточной изученностью процесса ее выращивания в данных лесорастительных условиях. Расширение ареала лиственницы сибирской как естественным, так и искусственным путями имеет большое теоретическое и практическое значение (Крылов, 1962; Куликов, 1976; Левин, 1978; Милютин, 1983, 1986; Савин, 1983, 1988; Фуряев, Злобина, 1996; Чижов, 2003 и др.). Введение лиственницы сибирской в насаждения повышает их биоразнообразие и пожароустойчивость, с другой стороны - обеспечивает их более длительное влияние на окружающую среду вследствие замены лиственных пород в защитных лесных насаждениях в степях на лиственницу. Это связано с такими биологическими особенностями данного вида, как долговечность, быстрота роста, пожароустойчивость, способность произрастать на различных почвах в условиях континентального климата. Поэтому в горных и равнинных условиях юга Западной Сибири одной из актуальных проблем является формирование лиственничных насаждений.

Цель и задачи исследований. Целью исследований явилось научное обоснование проблемы формирования лиственничных насаждений и разработка способов стабилизации процесса деградации почвенного покрова в условиях юга Западной Сибири лесоводственными методами.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- изучить распространение и продуктивность лиственничных лесов в разных лесорастительных условиях;

- установить закономерности формирования лиственничных экосистем в зависимости от основных геоморфологических и лесорастительных факторов;

- исследовать процесс естественного возобновления лиственницы сибирской под пологом материнских древостоев, на вырубках, гарях и пастбищах;

- дать оценку состояния подроста в среднегорных и высокогорных районах;

- оценить жизнеспособность лиственничных искусственных насаждений в степных и лесостепных условиях;

- выявить влияние лиственницы сибирской на почву в различных природных условиях и наметить пути стабилизации процесса деградации почвенного покрова лесоводственными мероприятиями;

- определить механизмы, обусловливающие направление лесовосстановления и разработать рекомендации по формированию лиственничников в условиях юга Западной Сибири.

Научная новизна – впервые по результатам многолетних исследований установлены закономерности высотно-поясного распределения лиственничных насаждений в горных условиях юга Западной Сибири; установлены особенности естественного возобновления лиственничников и роста лесных культур в условиях среднегорья и высокогорья. Оценено влияние лиственничных насаждений на почву, содержание микроэлементов в ней с учетом различных условий произрастания; для степной и лесостепной зон юга Западной Сибири определены основные принципы подбора древесных растений при искусственном лесоразведении; обоснована целесообразность более широкого внедрения лиственницы сибирской при создании искусственных насаждений в лесостепной и степной зонах региона.

Защищаемые положения: 1) в условиях юга Западной Сибири сочетание насаждений лиственницы сибирской естественного и искусственного происхождения позволяет создать единый экологический каркас, предотвращающий деградацию почв;

2) высотно–поясные закономерности распространения и динамики лиственничных насаждений в горных условиях показывают тенденцию сохранения ареала породы;

3) рекомендации по формированию в аридной зоне юга Западной Сибири системы защитных лесных насаждений с участием светлохвойных древесных пород направлены на улучшение лесовосстановительных процессов.

Практическое значение и внедрение результатов исследований. Разработаны и внедрены в производство «Технические указания по проведению рубок ухода в культурах светлохвойных пород в ленточных борах» (2009). Рекомендации использованы при составлении «Концепции развития лесной отрасли Алтайского края в рамках предприятий Союза организаций лесной отрасли «Алтайлес» до 2020 года» (2008)». Результаты исследований используются предприятиями лесного хозяйства, осуществляющих лесопользование, ведение лесного хозяйства, и проектные работы в лесном фонде Алтайского края.

Обоснование выводов и достоверность результатов. Достоверность выводов базируется на большом экспериментальном материале, собранном с использованием научно обоснованных методик в процессе многолетних комплексных исследований в лесах трех подзон юга Западной Сибири. Результаты исследований обработаны современными методами математической статистики с использованием пакетов компьютерных программ EXCeL2000 и STATISTICA SO s/n.

Апробация полученных результатов. Основные положения и материалы исследований были представлены и получили положительную оценку на Международных, Российских и Региональных научных конференциях: Барнаул (2001, 2004, 2009, 2010), Томск (2007), Красноярск (2008, 2009), Томск-Ховд, МНР (2009).

Публикации. По результатам исследований опубликованы 44 научные работы, в том числе 7 монографий (в соавторстве), 37 статей, из них 18 в журналах, рекомендованных ВАК.

Личный вклад автора. Диссертационная работы выполнена лично автором и базируется на большом фактическом экспериментальном материале, полученном при проведении исследований.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 8 глав, выводов, списка литературы из 346 источников, включая 22 на иностранных языках, 3 приложения. Она изложена на 302 страницах, иллюстрирована 77 таблицами, 24 рисунками.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1 Состояние проблемы

1.1  Общая характеристика рода Larix Mill.

Лиственница рода Larix Mill. относится к хвойным породам с опадающей на зиму хвоей. Видовой состав рода постоянно уточняется. (1970) описал 20 видов, (1978) – 16, согласно лесосеменному районированию (1982) предусматривается переброска семян 13 видов. Это свидетельствует о продолжающейся работе по систематизации многочисленных гибридных форм лиственницы. Трудности выделения таксонов обусловлены свободной межвидовой скрещиваемостью (Милютин, 1986).

Ареал лиственницы находится в зоне бореальных лесов. При продвижении с запада на восток происходит смена видов в пределах рода. Лиственница европейская сменяется лиственницей Сукачева, далее произрастают сибирская, Чекановского, Гмелина. На Дальнем Востоке совместно произрастают несколько видов лиственницы (Поздняков, 1975; Коропачинский, 1983; Козубов, 1986; Милютин, 1993; Цветков, 2007; Наквасина и др., 2008). Граница лиственницы сибирской постепенно смещается на юго-запад (Дылис, 1959; Аbaimov, 1998).

1.2 Биологические особенности лиственницы сибирской

Как типичная порода континентального климата лиственница сибирская на обширных территориях Сибири при сравнительно низкой производительности имеет сплошной ареал, выходящий за пределы ареалов других хвойных пород. Однако в более оптимальных лесорастительных условиях европейской части страны лиственница сибирская уступает свои лидирующие позиции другим породам: ее ареал становится дизъюнктивным и встречается она лишь в виде примеси к другим древесным видам. Аналогичная картина имеет место и при распространении лиственницы от гор Алтая на равнинную часть Западной Сибири, где она произрастает на небольших площадях с низкой полнотой или отдельными деревьями среди других древесных пород.

Успешность роста лиственницы в экстремальных почвенно–климатических условиях достигается не только продолжительностью роста в течение вегетационного сезона: 87 дней против 39 у сосны обыкновенной (Тимофеев, 1958), но и интенсивностью нетто-ассимиляции хвои однолетних побегов (Gomers, 1990).

Наиболее ценный генофонд лиственницы сосредоточен в области оптимума ее произрастания, где потомство характеризуется самыми высокими показателями роста и устойчивости (Ирошников, 2004; Князева, 2011). В связи с тем, что лиственница является наиболее «молодой» хвойной породой, она способна к межвидовому скрещиванию с образованием различных рас (Козубов, Муратова, 1986; Ковылина и др., 2008; Ewers, 1981). Алтайская раса лиственницы сибирской распространена в Центральном, Южном и Монгольском Алтае. Популяция ее находится в горных районах Алтая и характеризуется преобладанием зеленошишечных форм с овальными семенными чешуйками. Эту расу и (1975) предложили рассматривать как самостоятельный вид.

1.3 Искусственное восстановление лиственничных насаждений

Повышенная продуктивность культур лиственницы сибирской объясняется несколькими причинами и, в частности, продолжительностью роста в течение вегетационного периода. На интенсивность роста культур лиственницы сибирской в высоту значительное влияние оказывает густота посадки. Так, в опытах (1956) высота 7-летних культур составила: при густоте 48 сеянцев на 1 м2 - 104 см, при густоте 32 шт. – 176 см, при густоте 17 шт. – 217 см, а масса среднего растения оказалась равной, соответственно, 52, 270 и 445 г.

По вопросам выращивания лиственницы имеется много разноречивых мнений, когда каждой позитивной точке зрения выдвигается диаметрально противоположная (Тимофеев, 1947; Лаас, 1956; Янушко, 1962; Никитин, 1966; Мякушко, 1987 и др.). Немаловажное значение для сохранности культур имеет и тип смешения. Однако и в этом плане наблюдения разноречивы. В одних случаях лиственница в смеси с лиственными породами произрастает более успешно (Кучерявых, 1948), а в других –отрицательно (Верзунов, 1975), особенно с березой повислой и кленом ясенелистным. Если в степной зоне Украины все попытки создания культур лиственницы сибирской не дали положительного результата (Никитин, 1966), то в условиях резко континентального климата в степях Казахстана, Хакасии имеются примеры успешного культивирования этой породы (Лобанов, Савин, 2009; Пакеева, 2009; Оплетаев, 2010). Достаточно хорошо зарекомендовала лиственница сибирская при закреплении отвалов вскрышных работ в Кузбассе (Воронина, 2006), при закреплении оврагов (Жуковская, Щепилов, 2006) и в зеленом строительстве (Авдеева, 2007 и др.).

1.4 Влияние лиственничных насаждений на почву

Многие исследователи считают, что лиственница оказывает положительное влияние на почву (Ткаченко,1939; Тимофеев, 1954, 1961; Погребняк, 1955; Самученко, 1958 и др.). (1954) также отмечал, что в насаждении лиственницы европейской больше накапливается в почве гумуса, азота и обменных оснований в сравнении с сосной обыкновенной. В условиях дерново-подзолистых почв в зоне смешанных лесов лиственничные насаждения выступают как активные почвообразователи. По наблюдениям (1963), изменение почвы под пологом насаждений лиственницы происходит в результате ускорения круговорота азота и минеральных элементов.

Лиственница сибирская в степных посадках оказывается достаточно засухоустойчивой (Смирнов, 1957; Егоренков, 1957; Савин и др., 1988 и др.). Даже в сильную засуху 1955 г. вновь созданные полосы имели приживаемость 82 % в степи. Ее устойчивость выражается в высокой сохранности и интенсивности роста на соответствующих почвах. Для Восточно-Кулундинского района наиболее благоприятными для лиственницы сибирской почвами являются южные черноземы, для правобережной лесостепи Алтайского края – выщелоченные и серые лесные дерново-подзолистые, для левобережной лесостепи – черноземы обыкновенные. Лучшими компонентами к лиственнице являются клен татарский, рябина обыкновенная, липа мелколистная. Не допускается порядное и подеревное смешение лиственницы с березой, сосной, тополем и кленом ясенелистным (Смирнов, 1957 и др.).

2. Природные условия распространения лиственничных лесов

В Западно-Сибирский географо-экономический район входят Алтайский край, Республика Алтай и области Кемеровская, Новосибирская, Томская, Омская и Тюменьская. Удельный вес территории составляет 22,25 % Российской Федерации, а населения – 10,27 % страны (Лузгин, 2008). В южную часть района входят Алтайский край, Республика Алтай, Кемеровская, Новосибирская и Омская области.

Территория юга региона (Республика Алтай и Алтайский край) занимает площадь 261,7 тыс. км2 и по характеру устройства поверхности является типичной горной и равнинной страной, входящей в состав Алтае-Саянской горной системы и Западно-Сибирской низменности. Равнинная его часть с выраженной расчлененностью до 300 м составляет 43 % (Лузгин, 2006).

Лесорастительные условия региона весьма разнообразны и определяются двумя основными факторами: высотной поясностью горных ландшафтов и географическим расположением его на стыке таких контрастных регионов, как влажные таежные леса Сибири, суровое высокогорье Тувы и сухие монгольские степи. При районировании горной территории региона в основу положена вертикальная поясность с выделением следующих растительных поясов: степного (до 300-400 м), лесного (), подгольцового с фрагментарным нивальным (свыше 1800 м).

Территория Кулундинской степи представляет собой типичную предгорную пролювиально-аллювиальную равнину, оформившуюся под воздействием крупных водных потоков по плоской равнинной поверхности (Герасимов, 1960), а также до-четвертичных и четвертичных тектонических процессов (Ковалев и др., 1967). Она сложена мощной толщей рыхлых четвертичных и неогеновых континентальных отложений, подстилаемых более древними морскими породами (Мартынов, 1957; Бейром и др., 1958; Герасимов, 1960; Демин, 1993; Лузгин, 2007).

Чрезвычайное разнообразие климатических факторов на территории Горного Алтая обусловлено его положением почти в центре Азиатского континента и сложным горным рельефом. Являясь переходным районом между Северной Монголией и Западно-Сибирской низменностью, данный регион характеризуется резко континентальным климатом.

Лесной пояс отличается значительным разнообразием климатических условий. В черневой тайге (от 300 до 800 м над ур. м) сумма температур выше 10°С равна ° С, а число дней с этой температурой - 110-130. Количество осадков за теплый период года равно 600-700 мм. Горно-таежный подпояс (от 800 до м) имеет сумму температур выше 10°С, равную °С, а число дней с температурой выше 10°С – 80-110. Количество осадков за теплый период года различно: на севере 600-800 мм, в межгорных котловинах менее 400, а на склонах гор 400-500 мм. Субальпийский подпояс (от 1до 1м) имеет сумму активных температур ° С, число дней с этой температурой - 60-90. Количество осадков в межгорных котловинах составляет 120-180 мм, а на остальной территории 300-500 мм. Альпийский (высокогорный) пояс Горного Алтая с отметками высот более м располагается в южной и юго-восточной частях региона. Сумма температур выше 10° С на нижней границе пояса составляет 800°С, а на высоте более 4000 м равна 0° С.

Для Кулундинской степи характерны частые засухи и суховеи, сопровождаемые пыльными бурями, которые наносят огромный ущерб сельскому хозяйству. Колебания суммы положительных и отрицательных температур, а также их максимумов в степных равнинных районах достигают 200 %, а по сумме осадков превышают 250-300 %. Колебания погоды настолько существенны, что даже рассчитанные на средние климатические условия, меры не устраняют ежегодную нестабильность урожаев, требуются дифференцированные по годам подходы к агротехнике.

В основу почвенного районирования (Ковалев и др., 1973) положена высотная поясность, определяющая главные закономерности дифференциации не только почвенного покрова, но и комплекса природных условий в целом. Для горной части региона это пояс горно-тундровых и горно-луговых почв высокогорий (на высоте более и до м над ур. м), горно-лесные почвы высокогорий, среднегорий и низкогорий (на высоте от до м над ур. м) под лесной растительностью, пояс лесостепных почв низкогорий (на высоте менее 600 м над ур. м), межпоясные горные почвенные районы высокогорий, среднегорий и низкогорий с каштановыми и черноземовидными почвами.

Равнинную часть Алтайского края (Бурлакова и др., 2003) пересекает ряд почвенных зон – каштановых, черноземных, дерново–подзолистых, серых лесных почв. На долю черноземных почв (черноземы выщелоченные обыкновенные среднемощные и мощные, оподзоленные, карбонатные, солонцеватые) приходится 42,2 % территории (Почвы Алтайского края, 1977). Темно-серые и серые лесные, а также дерново-подзолистые почвы занимают 21,1% территории края, на каштановые приходится 8,4 %, солончаки и солонцы занимают 4 % площади. Почвы края подвергаются эрозии, дефляции, засолению и дегумификации. Площадь земель, подверженных воздействию этих факторов, составляет 63,8 % от сельскохозяйственных угодий (Бурлакова, 1989).

Общей особенностью распределения растительного покрова является его поясность в горах (Тимошок и др., 2009). По мере увеличения высот происходит последовательная смена трех основных вертикальных поясов растительности: степного, лесного и высокогорного (альпийского).

Главными лесообразующими породами Горного Алтая являются сосна кедровая сибирская, пихта сибирская, лиственница сибирская, сосна обыкновенная, ель сибирская, береза повислая, тополь дрожащий (осина).

Степная область Западно-Сибирской низменности представлена степной и лесостепной зонами (Куминова и др., 1972). По всему краю растительный покров подвержен мощному антропогенному влиянию. Своеобразие растительного покрова в Кулундинской степи придают ленточные сосновые боры, расположенные по днищам древних водотоков. За последние полвека ландшафтный облик степной части края изменился: из аграрного он превратился в лесоаграрный. На территории края созданы две государственные защитные лесные полосы общей площадью 10,2 тыс. га. Кроме того, сохранилось около 100 тыс. га лесных полос различного назначения и породной структуры.

3. Программа, методика, объекты исследований

Теоретической предпосылкой данной работы явилась необходимость решения проблемы деградации почвенного покрова в степной зоне юга Западной Сибири. При этом использовался комплексный подход к эрозионным процессам с использованием лесоводственных путей решения проблемы.

При решении поставленных задач использовали ведомственные материалы (лесоустроительные отчеты, учет лесного фонда, статистическую отчетность предприятий и др.) и материалы натурных исследований.

По совместно составленной с Западно-Сибирским лесоустроительным предприятием «ЗапСибЛеспроект» программе с использованием лесоустроительных материалов последнего лесоустройства дана характеристика лесного фонда Республики Алтай, предгорных и равнинных лесов Алтайского края, разделенного по подпоясам лесного пояса. В пределах каждого подпояса лиственничные насаждения естественного происхождения разделялись: по продуктивности с выделением трех групп классов бонитета (2 класс и выше, 3 класс, 4 класс и ниже); полнотам (редины – 0,1-0,2, низкополнотные – 0,3-0,4, среднеполнотные – 0,5-0,7 и высокополнотные – 0,8 и выше); экспозиции склона (световые склоны – В, ЮВ, Ю,ЮЗ и теневые – З, СЗ, С,СВ) и равнинные; крутизне склона (до 200, 21-30 и свыше 310).

Экспериментальные работы выполняли на пробных площадях размером до 0,5 га, закладываемых согласно ОСТ «Площади пробные лесоустроительные. Метод закладки», в насаждениях лиственницы сибирской в различных лесорастительных условиях. На пробной площади проводилось описание всех компонентов насаждений по методикам (Сукачев, 1930; Сукачев, Зонн, 1964), а таксационное описание – по общепринятым методам таксации (Анучин, 1985). Исследование прироста по диаметру у деревьев осуществлялось взятием кернов приростным буравом на уровне корневой шейки с установлением линейных размеров по 5-летиям за последние 30-50 лет.

Количественную и качественную характеристику естественного возобновления исследовали принятыми в лесоводственно–инвентаризационной практике методами (Побединский, 1962, 1966; Анучин, 1968; Инструкция, 1984) с некоторой детализацией. Так, для определения интенсивности возобновительного процесса на пастбищах с протяжением вверх по склону более 200 м, закладывали временные пробные площади (низ, середина и верх склона) с усреднением данных. Подрост учитывался на круговых учетных площадках размером 10 м2 в количестве 25 шт. на каждой пробе с охватом до 5% ее площади. На учетной площадке подсчитывали количество подроста по породам, а подрост лиственницы разделяли по высоте на три группы: до 0,5 м, 0,6-1,5 м и более 1,5 м, по качеству – на благонадежный, сомнительный и усохший.

Закладывали почвенные разрезы глубиной до материнской породы или мерзлоты со взятием образцов из каждого почвенного горизонта для проведения в лабораторных условиях анализов на гранулометрический и химический составы, которые выполнены в Алтайской агрохимлаборатории. Определение содержания в почве микроэлементов проведено методом количественного плазменно - спектрального анализа в лаборатории биогеохимии почв Института почвоведения и агрохимии СО РАН.

Исследование культур лиственницы сибирской проводили на пробных площадях в соответствии с существующими методиками (Огиевский, Хиров, 1967; Новосельцева, Родин, 1984; Родин и др., 1984, 1989) с учетом саженцев и естественного возобновления по породам. Всего заложено 53 пробные площади, в том числе в горных условиях 25 и в равнинных – 28. Учет естественного возобновления проведен на 1040 учетных площадках с обмером 850 растений лиственницы. При изучении лесных культур обмерено 630 экземпляров лиственницы. Взяты у 87 деревьев керны приростным буравом для определения радиального прироста. Экспериментальные материалы подвергли статистической обработке (Дворецкий, 1973).

4. Современное состояние лиственничных лесов на юге

Западной Сибири

4.1 Общая характеристика лесного фонда в регионе

На юге Западной Сибири лесной фонд занимает площадь 22283,7 тыс. га, в том числе насаждения лиственницы - 1366,6 тыс. га, или 6,1% площади (таблица 1). В Республике Алтай находится 1274,8 тыс. га, или 93,3 % лиственницы сибирской.

В Кемеровской области основные площади лиственничников сосредоточены в Горной Шории, а в Омской и Новосибирской областях ее ареал приурочен к северным границам. В Горном Алтае ею занято 21,3 % покрытых лесом земель, в Алтайском крае – 2,3 %. Встречается она в составе насаждений до 2 единиц и единичными деревьями как в горах на 15,3 % площади, так и на равнине - 4,1 %. В целом лиственница сибирская как древесная порода в естественном виде не произрастает лишь в самых южных районах Алтайского края, граничащих с Республикой Казахстан. Надо полагать, что в Кемеровской, Омской и Новосибирской областях единично в составе насаждений данная порода произрастает на значительно больших площадях. Об этом свидетельствуют успешные попытки ее искусственного распространения еще в 70-х годах (Платайс, 1976).

Таблица 1 - Распространение лиственницы сибирской на юге

Западной Сибири

Регион	Лесной фонд,	Площадь лиственничников	Площ. редин,	Общая площадь
	тыс. га	тыс. га	%	тыс. га	тыс. га	%
Республика Алтай	6000,0	1274,8	21,3	920.0	2194.8	36.6
Алтайский край	3471,9	79,3	2,3	141.6	220.9	6.4
Кемеровская область	4480,8	6,5	0,1	н. д.	4480.8	0.1
Новосибирская область	4493,4	2,8	0,1	н. д.	4493.4	0.1
Омская область	3937,6	2,2	0,1	н. д.	3937.6	0.1
Итого	22283,7	1366,6	6,1	1061.6	2427.2	10.9

Если в Горном Алтае среди древесных пород явно преобладают лиственница сибирская и сосна кедровая сибирская (61,0 %), то в предгорье сложно выделить доминирующую породу: хвойные (сосна обыкновенная, лиственница сибирская, пихта сибирская, ель сибирская) занимают 49,2 % площади, а лиственные - 45,0 %. Достаточно высокий удельный вес березы и осины в лесном фонде является результатом многовековой деятельности человека, вызвавшей смену пород на вырубках. Смена происходит не только после сплошнолесосечных, но и при несплошных рубках с вырубкой хвойных деревьев и изменением состава древостоев на лиственные.