Закономерности естественного возобновления основных лесообразующих пород на вырубках в условиях Приангарья (стр. 2 )

Микроклиматический анализ позволяет установить связь между условиями произростания и растительным покровом, средообразующая роль которого важна в процессе восстановления леса. С увеличением возраста вырубки снижается температура воздуха и степень освещенности в приземном слое. В молодняках в возрасте 15-16 лет температура снижается в среднем на 4-90С по сравнению с первым годом вырубки, а степень освещености - на 26-41 тыс. лк.

Корреляционный анализ показал выраженную зависимость между количеством подроста и влажностью почвы (0,96), ее уровнем плодородия (0,85), плотностью (0,74), порозностью (0,69), степенью задернения (0,83). Ввиду наличия зависимости между перечисленными факторами, были отобраны наиболее значимые – влажность и уровень плодородия почвы. На вырубках увеличивается поступление и накопление влаги (рисунок 3) и, при неблагоприятных условиях аэрации, может произойти заболачивание вырубки.

Рисунок 3 - Изменение влажности почвенного горизонта А1

К моменту смыкания крон сохранившегося подроста он стабилизируется, что свидетельствует о том, что насаждение практически сформировано как покрытая лесом площадь. Уровень влажности почвы различается в зависимости от типа вырубок: на лишайниково-толокнянковых он составляет 16-25%, вейниковых и разнотравных – 33-44%, зеленомошных – 27-35%, кипрейно-разнотравно-паловых – 25-33%.

Анализ степени плодородия почв на различных типах вырубок показал, что наибольшего значения этот показатель достигает на вейниковых типах вырубок (3,2-3,5%), для которых характерно задернение почвы (проективное покрытие вейника наземного достигает 100%) и низкая численность самосева на участках без подроста (до 0,8-1,0 тыс. шт/га). Степень влажности и плодородия почвы оказывает значительное влияние на формирование типа вырубки, соответственно на численность подроста и на выживаемость всходов на вырубках.

7. Особенности состояния основных лесообразующих пород в период смыкания крон

К возрасту перевода участков с проведеными мерами естественного возобновления или лесных культур в категорию земель, покрытых лесной растительностью, сомкнутость крон составляет 0,5-0,7. Оценку качественного состояния молодняков целесообразно проводить в любом возрасте с учетом объективно изменяемых показателей. Определяющим фактором, изменяющим условия роста и в конечном итоге влияющим на интенсивность роста и развития насаждений, является не только густота молодняка, но и равномерность размещения растений по площади.

Анализ результатов исследования позволил сделать вывод, что на вырубках в возрасте 5-7 лет формируются молодняки различного качественного состояния: на вырубках лишайниково-толокнянкового типа в возрасте 5-7 лет - молодняки хорошего качественного состояния (кк=3,6); зеленомошного типа - удовлетворительного (кк=2,4); разнотравного и вейникового типа - неудовлетворительного (кк=1,9).

На территории исследуемого района после сплошных рубок формируются преимущественно зеленомошные и разнотравные группы типов вырубок (до 90%). На данных вырубках молодняки достигают хорошего качественного состояния (кк=3,2-4,27) в возрасте 12 лет и старше (таблица 3).

На территории Приангарья объемы лесовосстановления не снижаются, но эффективность проводимых мероприятий заслуживает внимания и подробного изучения.

На территории Приангарья объемы лесовосстановления не снижаются, но эффективность проводимых мероприятий заслуживает внимания и подробного изучения.

Эффективность лесовосстановления можно рассматривать как отношение чистого дохода от продажи древесины к затратам на лесовозобновление.

Таблица 3 - Оценка качественного состояния молодняков хозяйственно ценных пород

Группа типов вырубок	Возраст вырубки (лет)
7	10-12	20
Сред-няя сомкну-тость крон в рядах и между-рядьях	Коэффициент качест-венного состо-яния (кк) / Ср. прирост (см/год)	Сред-няя сомкну-тость крон в рядах и между-рядьях	Коэффициент качест-венного состо-яния (кк) / Ср. прирост (см/год)	Сред-няя сомкну-тость крон в рядах и между-рядьях	Коэффициент качест-венного состо-яния (кк) / Ср. прирост (см/год)
Лишай-никовая	0,7- 0,8	3,6 / 32	1,0	4,9 / 36	1,0	4,9 / 43
Зелено-мошная	0,6	2,4 /16	0,8	3,0 / 28	1,0	4,1 / 44
Разнот-равная	0,5	1,9 / 17	0,6	2,6 / 16	0,8	3,2 / 32
Вейни-ковая	0,4	1,8 / 16	0,5	2,0 / 16	0,7	2,8 / 28

Затраты на лесовосстановительные работы, проведенные в период роста леса с года х по год y можно определить по формуле:

, (1)

где Zl - затраты на лесовосстановительные мероприятия, проведенные в период роста леса с года х по год y, тыс. руб. (определение эффективности мер содействия ественному возобновлению леса осуществляется на пятый год согласно установленного порядка, лесных культур – с 1 по 3 год. Это подготовка почвы под создание лесных культур, их посев или посадка, дополнение и уход за лесными культурами; в более старшем возрасте общий итог оценивается по показателю «Ввод молодняков в категорию ценных древесных насаждений» и по динамике доли участия лесных культур); Z(t) – затраты на лесовосстановительные мероприятия в год t, тыс. руб.; r – ставка дисконта.

Применив расчет дисконтированного денежного потока для расчета затрат на 1 га лесовосстановительных работ и полученной экономической выгоды от растущего леса за вышеуказанный период автором установлено, что эффективность лесовосстановления на создание лесных культур относительно реализации древесины составляет 1,45-1,59, а эффективность лесовосстановления на проведение мер содействия естественному возобновлению леса – 14,3, то есть эффективность лесовосстановления методом содействия естественному возобновлению леса в 9-10 раз выше, чем методом создания лесных культур.

8. Классификация естественного возобновления

лесообразующих пород

На основании результатов кластер-анализа сформированы шесть основных групп. В первую из них с преобладанием по площади и запасам (до 35% исследуемой площади) вошли сосняки брусничные с присутствием в составе лиственницы до 5%. Условия произрастания В2. Во вторую группу, которая составляет до 25% от площади, вошли пихтарники разнотравно-зеленомошные с присутствием ели и осины (до 40%). Кроме того в них встречается, до 5% площади, сосна, кедр, береза. Условия произрастания В3. В третью группу вошли сосняки бруснично-разнотравные (до 18% покрытой лесом площади), в породный состав которых входит до 20% лиственница, единично встречаются береза и осина. Условия произрастания В2, С2. В четвертую группу (до 10% покрытой лесом площади) вошли осинники разнотравные с присутствием березы и пихты до 25%. Условия произрастания С3. В пятую группу (до 7% покрытой лесом площади) вошли кедрачи разнотравно-зеленомошные с присутствием ели, пихты до 50%. В зависимости от условий произрастания (В3, В2) до 30% может присутствовать в породном составе сосна и береза. В шестую группу (до 5% покрытой лесом площади) вошли лиственничники бруснично-разнотравные с присутствием березы и сосны (до 50%), ели (до 10%). Условия произрастания С2. Данные кластерного анализа позволяют систематизировать насаждения по группам в зависимости от степени влажности и уровня плодородия почвы.

9. Особенности возобновления лесообразующих пород на вырубках в условиях Приангарья

На основании проведённых исследований было выделено два этапа, которые характеризуют особенности лесовосстановительного процесса на вырубках до 10 лет и старше. Это можно охарактеризовать индексом соответствия формирующего насаждения исходному типу леса, который определен на основании двух показателей: числа видов травянистой растительности, встречающихся в пределах исследуемой территории, и равномерности распределения того или иного вида травянистой растительности:

, (2)

где к – индекс соответствия формирующегося насаждения исходному типу леса; n – число видов лесной травянистой растительности (шт.); N – общее количество видов травянистой растительности (шт.); P – проективное покрытие видов лесной травянистой растительности (%).

Индекс, равный 1,0 характеризует ненарушенные или полностью восстановленные условия произрастания. В 9 главе представлено изменение проективного покрытия лесных и луговых травянистых растений для различных групп типов вырубок в возрасте до 10 лет и более.

С целью моделирования экологического процесса, рассмотрена функция роста проективного покрытия лесной травянистой растительности, которая обозначает аналитическую зависимость между ростом данного параметра и факторами, обуславливающими этот рост. Увеличение проективного покрытия лесных травянистых растений лимитируется рядом факторов (условия местопроизрастания, густота и размещение естественного возобновления и т. д.), не позволяющих бесконечно ей возрастать. Причем часто эти факторы влияют на численность не только прямо, но и косвенно, через изменение системы биотических взаимодействий. Существует предел, представляющий собой максимальную численность популяции К, к которому будет бесконечно стремится кривая роста числа особей в популяциях. Чем многочисленнее популяция, тем сильнее сопротивление среды. В таких условиях численность популяции N изменяется в соответствии с выражением

, (3)

где

, (4)

Коэффициент сопротивления среды описывается с помощью выражения

, (5)

Производная от выражения 4 является скоростью роста численности популяции

, (6)

Так, например, производная от проективного покрытия 48,76% равна 1,2816. На рисунке 3 представлена скорость роста производной проективного покрытия лесных травянистых растений.

Рис.3. Рост производной проективного покрытия лесной травянистой растительности на вырубках в возрасте свыше 10 лет

Из рисунка 3 видно, что скорость роста производной проективного покрытия лесных видов растительности с увеличением возраста вырубки снижается до момента достижения максимального уровня проективного покрытия. Площадь, заключенная между кривой биологического потенциала и логистической кривой, показывает сопротивление среды росту проективного покрытия лесных травянистых растений. Этот теоретический механизм описывает потенциальные возможности фитоценоза к восстановлению.

Исследования показали, что развитие сосновых и лиственничных типов леса происходит не одинаково (рисунок 4).

В рассматриваемом регионе прослеживаются различные процессы возобновления леса. На основании изученных типов леса и типов вырубок составлена схема, в которой даны основные группы типов сосновых лесов, типы леса и типы формируемых ими вырубок.

Возобновле-ние вырубок происходит со сменой пород: возобнов-лениие представ-лено листвен-ными древесно-кустарнико-выми породами - береза, осина, ива (более 60 %)

Рис.4. Схема формирования типов вырубок после рубки сосняков

В результате проведенных исследований установлено, что на различных типах вырубок при одинаковых условиях можно наблюдать три типа возобновления, которые можно определить с помощью коэффициента соответствия типу леса:

1. Интенсивный (к=0,7-0,95). Восстановление проективного покрытия лесных видов травянистых растений на 70-80% зависит от возраста и типа вырубки. Отсутствует задернение вырубленной площади. Лесные виды травянистой растительности полностью не отмирают. На 10-13 летних вырубках их проективное покрытие начинает увеличиваться. Активно возобновляются хозяйственно ценные породы уже в год рубки леса. В лишайниковых, толокнянково-лишайниковых, разнотравно-бруснично-зеленомошных типах вырубок процесс возобновления происходит без смены пород. Преобладающими породами являются светлохвойные, возобновлению которых не препятствует присутствие лиственных древесных пород (до 35%). Смыкание крон наблюдается через 5 лет после рубки леса. Формируется лесная подстилка.

2. Умеренный (к=0,3-0,5). Восстановление проективного покрытия лесных видов травянистых растений на 40-50% зависит от возраста и типа вырубки. Наблюдается частичное задернение вырубленной площади. В составе живого напочвенного покрова присутствуют злаки до 20% проективного покрытия. Проективное покрытие лесных видов травянистой растительности снижается до 2-5 %. Его увеличение наблюдается через 18-20 лет после рубки, т. е. на покрытой лесом площади. В разнотравно-вейниково-зеленомошном, зеленомошно-разнотравном, разнотравно-багульниково-зеленомош-ном, кипрейно-разнотравном, бруснично-зеленомошно-разнотравном типах вырубок возобновление хозяйственно ценных пород происходит без смены пород, но при наличии большего процента лиственных пород (45-58%). Особенностью этого процесса является присутствие темнохвойных пород (25-30%). Смыкание крон и формирование лесной подстилки наблюдается через 10-12 лет после рубки.

3. Длительный (к=до 0,2). Нежелательный с лесохозяйственной точки зрения. Восстановление проективного покрытия лесных видов травянистых растений на 10-25% зависит от возраста и типа вырубки. Задернению вырубка подвергается в первый год после рубки леса. Виды лесной травянистой растительности исчезают полностью или их встречаемость составляет до 1%. Начинают восстанавливаться через 25-30 лет после рубки леса, на покрытой лесом площади, в составе которого присутствуют хвойные породы. Восстановление исходного типа леса происходит через смену пород.

В разнотравном, разнотравно-осочковом, вейниковом, зеленомошно-разнотравно-вейниковом типах леса возобновление представлено лиственными породами. Возобновление хвойных пород наблюдается через 20-30 лет после рубки леса.

Автором разработана, аналогичная ранее приведеной, схема, в которой отражены основные группы типов лиственничных лесов, типы леса и типы формируемых ими вырубок. В результате проведенных исследований установлено, что на различных типах вырубок при одинаковых условиях можно наблюдать два процесса возобновления: умеренный (к=0,3-0,5) и длительный (к=до 0,2).

На рисунке 5 представлены обобщенная схема формирования типов вырубок после сплошной рубки светлохвойных лесов (сосна, лиственница).

Формирование типа леса без смены пород и живого напочвенного покрова

Исходный тип леса (светло- хвойный)

Рис. 5. Этапы формирования типов вырубок и типов леса после рубки древостоя

Процесс лесовозобновления тесно связан с типами вырубок и интенсивностью восстановления лесной травянистой растительности. В условиях Приангарья основным процессом восстановления лесных ресурсов является естественное возобновление леса. На лесовозобновительный процесс влияют различные факторы в зависимости от времени после окончания сплошной рубки. Как показали исследования, этот процесс можно разделить на три стадии.

Первая стадия – адаптации подрота и формирования молодняка. Эта стадия в процессе исследования разбита на три этапа.

Для первого этапа первой стадии характерно резкое снижение проективного покрытия лесных травянистых растений (менее 40%), увеличение притока светового излучения (на 30-35%), усиление воздействия ветра и резких перепадов температур в приземных слоях воздуха (на 20-25%); появление самосева хозяйственно ценных пород (1,0-3,0 тыс. шт/га).

Для второго этапа первой стадии характерно развитие густого покрова светолюбивых луговых травянистых растений (проективное покрытие более 70%), в некоторых случаях задернение; снижение плотности мохового покрова (проективное покрытие до 25%), а также проективного покрытия адаптированных видов лесных травянистых растений в угнетенном состоянии до 10% (линнея северная, костяника, кошачья лапка двудомная); значительное снижение самосева на вейниковых и разнотравных типах вырубок (менее 1,0 тыс. шт/га).

Для третьего этапа первой стадии характерно смыкание крон.

Вторая стадия – естественного изреживания (возраст насаждения 40-60 лет). Характеризуется стабильными микроклиматическими условиями, увеличением проективного покрытия лесных видов травянистых растений (проективное покрытие более 40%), изменением структуры лесной подстилки (увеличивается количество опавшей хвои, листвы, а также мелких сучков).

Третья стадия – сформированного производного насаждения с исходным типом леса (возраст насаждения 60-160 лет). На данной стадии все компоненты насаждения достигают стабильного состояния.

К возрасту 60 лет формирование насаждения завершается. Древостой вступает в генеративную стадию.

На рисунке 6 приведена схема восстановления исходного типа леса с учетом влияния различных факторов в определенный период времени. В зависимости от типа вырубки и исходного типа леса время формирования 1, 2 и 3 этапов, а соответственно стадий будет отличаться. Для каждой стадии схемы восстановления исходного типа леса характерны определенные процессы лесовосстановления и формирования биогеоценоза, в соответствии с которыми были построены различные типы моделей и выбраны наиболее значимые.

На первом этапе (возраст вырубки до 1 года) на формирование будущего насаждения оказывают влияние природные и производственные факторы.

Рис. 6. Схема восстановления исходного типа леса

Чтобы объединить показатели с различной размерностью, применена система относительных оценок. На основании проведенных исследований для оценки лесовосстановительного процесса на втором и третьем этапах использован показатель проективного покрытия лесных травянистых растений (α), который учитывает происходящие на вырубках изменения с течением времени.

В общем виде данный процесс можно выразить:

, (7)

Корреляционный анализ позволил установить, что наиболее тесные связи с учётом мультиколлинеарности между (результативным признаком) проективным покрытием лесными травянистыми растениями и факторными признаками: высотой молодняка, степенью минерализации почвы, запасом древостоя на 1 га и объёмом хлыста срубаемого древостоя.

Наибольшее соответствие исходным данным прослеживается по результатам модели:

, (8)

Одной из наиболее эффективных оценок адекватности регрессивной модели, мерой качества уравнения регрессии, характеристикой прогностической силы анализируемой регрессионной модели является коэффициент детерминации R2 [89]. Чем ближе R2 к единице, тем лучше регрессия аппроксимирует эмпирические данные, тем теснее наблюдения примыкают к линии регрессии. Коэффициент детерминации рассматриваемой модели R2 = 0,93, что указывает на сильную зависимость между входным и выходным параметром. Таким образом, результат не является случайным. На основании проведенных расчетов можно заключить, что уравнение регрессии значимо и исследуемая зависимая переменная х достаточно хорошо описывается включенными в регрессионную модель переменными h, W, m, V. Средняя ошибка аппроксимации показывает среднее отклонение расчетных данных от фактических и близка к нулю.