Закономерности естественного возобновления основных лесообразующих пород на вырубках в условиях Приангарья (стр. 1 )

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ЕСТЕСТВЕННОГО ВОЗОБНОВЛЕНИЯ ОСНОВНЫХ ЛЕСООБРАЗУЮЩИХ ПОРОД НА ВЫРУБКАХ В УСЛОВИЯХ ПРИАНГАРЬЯ

Специальность 06.03.02. – «Лесоведение, лесоводство, лесоустройство и лесная таксация»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора сельскохозяйственных наук

г. Москва, 2012

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Братский государственный университет».

Научный консультант: д-р с.-х. наук, профессор

Официальные оппоненты:

- д-р. с-х. наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет леса», зав. кафедрой лесоводства и подсочки леса

- д-р. с-х. наук, доцент кафедры лесного хозяйства, ФГБОУ ВПО «Вологодская государственная молочнохозяйственная академия им. »

Лямеборшай Сельмен Халилович - д-р. с-х. наук, старший научный сотрудник, профессор кафедры лесоводства РГАУ МСХА им.

Ведущая организация: ДальНИИЛХ

Защита состоится ________________ г. в ___00 часов на заседании диссертационного совета Д 212 146.02 при Московском государственном университете леса: Московская обл., г. Мытищи-5

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан «__»____________________20__г.

Учёный секретарь

диссертационного совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В эксплуатационных лесах Приангрья медленно, но неуклонно прослеживается тенденция к снижению доли площадей ценных хвойных пород и их запаса. Возрастают площади мелколиственных пород, которые используются не в полной мере. Поэтому сохранение стабильности породного состава и структуры лесов является важнейшей задачей лесного хозяйства, которую необходимо решать безотлагательно. В связи с этим проблема, направленная на прогнозирование и изучение состояния лесных ресурсов Приангарья по особенностям естественного возобновления, является особенно актуальной.

Объектом исследования являются естественные древостои и вырубки на территории Приангарья.

Цель работы – изучение состояния естественного возобновления на вырубках различной давности и прогнозирование сукцессионных процессов, связанных с рубками леса, с целью предотвращения нежелательной смены пород при естественном возобновлении леса.

Методы исследований - натурные экспериментальные исследования на постоянных и временных пробных площадях, корреляционный, дисперсионный и регрессионный анализ, кластерный анализ, математическое моделирование.

Научная новизна. Впервые разработана схема особенностей формирования типов вырубок Приангарья. Выявлены типы вырубок в связи с исходными типами леса, для которых дифференцированно установлены закономерности естественного возобновления леса. Разработаны математические модели, описывающие зависимость проективного покрытия лесных и луговых видов травянистой растительности от возраста и типа вырубки. Впервые разработана классификация (кластеризация) типов леса и типов лесорастительных условий Приангарья, позволяющая понять механизм взаимодействия между компонентами экосистемы на стадии восстановления леса, что вносит существенный вклад в теоретические аспекты лесоведения и лесоводства. Предложена разработанная автором система разделения процесса восстановления исходного типа леса на стадии и этапы. В связи с этим, выявлен характер восстановления основных лесообразующих пород на вырубках района исследования и определены три типа возобновления вырубок по степени интенсивности лесовосстановительного процесса. Каждая стадия этого процесса описана математической моделью.

Основные научные положения, выносимые на защиту. Выявлены закономерности формирования этапов процесса лесовосстановления на различных типах вырубок и начальной стадии образования типов леса после рубки древостоев. Систематизирован процесс естественного возобновления основных лесообразующих пород и разработаны практические рекомендации по повышению эффективности процесса лесовосстановления с учетом региональных особенностей района исследования. Автором установлено, что эффективность лесовосстановления методом содействия естественному возобновлению леса на территории Приангарья выше, чем методом создания лесных культур.

Практическая значимость работы заключается: 1. В выявлении управляемых и не управляемых факторов хода естественного возобновления в различных группах типов леса и воздействии на управляемые факторы для предотвращения роста нежелательных древесных пород. 2. Разработаны схемы формирования насаждений на вырубках, позволяющие планировать мероприятия по лесовосстановлению в производственных условиях. 3. На основании разработанных теоретических положений предложены практические мероприятия по содействию естественному возобновлению в условиях Приангарья. 4. Разработаны рекомендации и получен патент на технологию лесовосстановления с учетом мероприятий по содействию естественному возобновлению леса.

Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались и обсуждались на межрегиональных научно-технических конференциях, проводимых в Братском государственном техническом университете в годах; на международной научно-технической конференции «Леса Европейского региона – устойчивое управление и развитие» в г. Минске (2002); на международной научно-технической конференции «Социально-экономические и экологические проблемы лесного комплекса» в г. Екатеринбург (2003); на международных научно-технических конференциях ежегодно с 2003 по 2010 г. в г. Брянске; на международной научно-практической конференции «Лесопользование, экология и охрана лесов: фундаментальные и прикладные аспекты» и «Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири» в г. Томске (2005, 2009); на международной научно-практической конференции «Охрана и рациональное использование животных и растительных ресурсов» ежегодно с 2008 по 2010 г.; на международной научно-практической интернет-конференции в г. Санкт-Петербурге (2009, 2010); на международной научной конференции «Наука и образование в современной России» в г. Москве (2010). Материалы исследований выставлялись в качестве экспоната на межрегиональнойвыставке-ярмарке «Сиблесопользование» (2004, 2005, 2006) в г. Иркутске.

Публикации. По теме диссертации опубликована 51 работа, в т. ч. 10 статей опубликовано в изданиях по списку ВАК, 2 монографии, 1 патент.

Объём работы. Диссертация состоит из введения, 9 разделов, общих выводов и рекомендаций по работе, списка использованной литературы из 298 наименований и 12 приложений. Основное содержание изложено на 314 страницах машинописного текста, 88 рисунков, 38 таблиц. Приложения составляют 42 страницы.

1. Теоретические основы исследований

Типология вырубок, созданная академиком , имеет более чем полувековую историю, которую следует рассматиривать как становление и развитие исследований природы вырубок в лесоводственно-биогеоценитическом и лесоводственно-географическом планах (, 1965; , 1968; , 1965; , 1972). Для успешного возобновления леса необходимо две группы условий: наличие благоприятных экологических условий для появления всходов, роста и развития подроста и наличия достаточного количества высококачественных семян. Даже на вырубках типов с благоприятными лесоратительными условиями при отсутствии источников обсеменния полноценное возобновление леса вряд ли возможно. Поэтому на вырубках одного и того же типа вырубки могут образовываться разные типы возобновления и типы формирования леса.

Типология вырубок позволяет правильно оценить процесс естественного возобновления. Практическое значение типологии вырубок в этом случае состоит в том, что, зная возможные изменения экологических условий (формирование того или иного типа вырубки в связи с исходным типом леса) и этапы возобновления леса, можно принимать оптимальные или хозяйственно-целесообразные решения по лесовосстановлению.

В процессе многолетних обследований естественых древостоев выявлены участки без подроста под пологом леса. Изучением процесса лесовозобновления на лесосеках без подроста занимались , . Формализовать лесоводственно-экологические требования к работе лесозаготовительной техники на лесосеках без подроста труднее, чем в насаждениях с подростом (, , 1998). Для объективной оценки работы лесозаготовительной техники необходимы научные сведения для разных эколого-географических условий о характере повреждения почвенного покрова в связи с применением того или иного типа машин и технологий, о природе и развитии типов вырубок, об их влиянии на появление всходов и формирование самосева и подроста.

Профессор впервые обратил внимание на безлесный этап, без учета которого после рубки невозможно с достаточной определенностью прогнозировать динамику леса и, следовательно, - объективно определить размеры главного пользования лесом. Типология вырубок позволяет решить такую сложную проблему. Для этого необходимо использовать региональные особенности формирования типов вырубок. Изучением данного вопроса занимался академик .

Для теории и практики лесного хозяйства имеют большое значение географические аспекты типологии вырубок. К настоящему времени разработан ряд региональных схем формирования типов вырубок в связи с исходными типами леса для европейской части России (, 1965; , 1972; , 1963), Урала (, 1961; , 1968; , 1972; , 2003), Западной (, 1974; , 1981) и Восточной Сибири (, 1965; , 1995; , 1982) и для Дальнего Востока (, 1968; , 1977). Такие схемы являются научной и практической основой лесовосстановления в современной науке. Значительно возросла изученность типов вырубок, в частности, образованных после работы агрегатной лесозаготовительной техники (, 1995, 2003). Для отдельных регионов установлена причинно-следственная связь между степенью воздействия лесозаготовительной техники на компоненты лесного биогеоценоза (подрост, почву и др.) и формирующимися типами вырубок.

2. Характеристика района исследования

В составе лесов доминируют хвойные насаждения, на долю которых приходится около 84% покрытых лесом земель, насаждения мягколиственных пород составляют 16%. Наиболее распространенными типами леса являются разнотравные, бруснично-разнотравные, разнотравно-осочковые, а также зеленомошные, к которым относятся брусничные, черничные, бруснично-зеленомошные, зеленомошные, травяно-зеленомошные, разнотравно-брусничные. Для насаждений, отведенных под сплошную рубку леса, характерно наличие подроста под пологом древостоя (93% от разрабатываемой площади).

По мере увеличения давности рубки успешно протекает процесс естественного возобновления хвойными и хвойно-лиственными породами в зависимости от типов леса и лесорастительных условий. Многолетний анализ ежегодного учета площадей с проведеными мероприятиями по лесовосстановлению позволил установить следующее: 1.Посадка и посев лесных культур проводятся на вырубках вейниковых и кипрейно-разнотравных-паловых типов с условиями места произрастания А0, А1, А2, В0, В1, В2, а также при наличии подъездных путей круглогодового действия. 2. Меры по содействию естественному возобновлению леса проводятся на любых типах вырубок и типах условий места произрастания, которые удалены от места дислокации сил и средств лесовосстановления (более 80 км) и в течение всего вегетационного периода труднодоступны для проведения искусственного лесовосстановления (отсутствуют подъездные пути круглогодового действия). 3. Под естественное заращивание оставляют те вырубки, которые в течение вегетационного периода недоступны.

Ввиду короткого вегетационного периода (121 день), наличия длительной сезонной мерзлоты почв, удаленности и трудной доступности мест рубок 70-75% вырубок формируется после разработки лесосек в зимний период. Поэтому до 92% вырубок на территории исследуемого района восстанавливаются путем содействия естественному возобновлению леса.

3. Программа, методика и объемы исследования

Аналитический обзор состояния вопрос, актуальность проблемы позволяют сформулировать программу исследования: 1. Охарактеризовать природно-климатические условия района и особенности сплошных рубок на территории исследуемого района. 2. Исследовать типы леса Приангарья и закономерности возобновления основных лесообразующих пород в разных типах вырубок. 3. Изучить условий произрастания (микроклимат, почва) на вырубках Приангарья. 4. Изучить ход роста основных лесообразующих пород в условиях Приангарья. 5. Исследовать закономерности роста и формирования молодняка вплоть до периода смыкания крон. 6. Исследовать распределение вырубок различной давности с господством основных древесных пород и произвести классификацию типов леса и типов лесоратительных условий, позволяющую изучить механизм взаимодействия между компонентами природного комплекса. 7. Исследовать динамику покрытия площади теми или иными видами растений и установить этапы, характеризующие восстановление вырубок основными лесообразующими породами. 8. Разработать схемы формирования типов вырубок после сплошных рубок. 9. Исследовать факторы, влияющие на ход естественного возобновления в различных группах типов леса. 10. Разработать схему восстановления исходного типа леса, каждую стадию которой описать в виде математической модели. 11. На основании выявленных теоретических положений предложить практические рекомендации по содействию естественному возобновлению леса в условиях Приангарья на типологической основе.

Основным методом экспериментальных работ являлось натурное обследование насаждений на постоянных и временных пробных площадях. Исследования проводились на 26 постоянных пробных площадях с составлением абриса лесосеки и на 157 временных в различных типах леса суммарной площадью 3127 га. Для определения влияния сезонности вырубки леса на сохранение подроста было проведено исследование на 192 летних и 191 зимних вырубок. Основным методом сбора экспериментальных данных является натурное обследование насаждений на постоянных и временных пробных площадях с последующей математической обработкой данных. С целью построения эпюры сохранения подроста, по сечению лен­ты было заложено по 70 пробных площадей разме­ром 75 м2 каждая. Были заложены 3875 площадок размером 1х1 метр при низком подросте и 2х2 метра при высоком. С целью изучения живого напочвенного покрова в пределах пробных площадей по диагоналям через равное расстояние закладывалось по 25 пробных площадок (раункиеров) 1х1 метр. Для определения влияния сезонности вырубки леса на сохранение подроста было проведено обследование 74 летних и 81 зимних вырубок. На каждой пробной площади производилось лесоводственно-геоботаническое описание, с указанием особенностей древостоя, подроста, подлеска, напочвенного покрова и рельефа.

4. Возобновление основных лесообразующих пород на вырубках

После рубки формируются различные типы вырубок в зависимости от степени влажности и плодородия почвы (рисунок 1).

Разработанные автором схемы формирования насаждений на вырубках после сплошных рубок позволяют планировать мероприятия по лесовосстановлению в производственных условиях (рисунок 1).

Так вейниково-разнотравный тип вырубки формируется на участках с высоким уровнем плодородия (51-53%) и влажности (40-50%), видовой состав живого напочвенного покрова (проективное покрытие вейника более 50%), низкая степень минерализации почвы (менее 40% вырубаемой площади).

Рисунок 1 - Структурная схема формирования леса после сплошной рубки в лиственничниках зеленомошных, разнотравных и в темнохвойных насаждениях

При минерализации почвы более 40%, преобладании в живом напочвенном покрове зеленых мхов, наличии сохраненного жизнеспособного подроста в количестве более 2,0 тыс. шт./га образуются зеленомошно-разнотравные, зеленомошно-разнотравно-вейниковые, кипрейно-разнотравные типы вырубок. Исследование роста и формирования подроста в различных группах вырубок позволили сделать вывод, что формирование насаждения происходит со сменой и без смены пород в течение периода 5-25 лет в зависимости от вида мероприятий по содействию естественному возобновлению, а также типа леса и лесорастительных условий.

5. Ход роста хозяйственно ценных пород на вырубках

Исследование подроста лесообразующих пород показал, что сплошные рубки временно замедляют его текущий прирост в высоту. На рисунке 2 отражена изменение текущего прироста в высоту молодняка различных хозяйственно ценных древесных пород до проведения сплошной рубки леса и после нее.

линия тренда, построенная на основании результатов прироста в высоту молодняка ели и пихты;

линия тренда, построенная на основании результатов текущего прироста в высоту молодняка лиственницы;

линия тренда, построенная на основании результатов текущего прироста в высоту молодняка сосны;

линия тренда, построенная на основании результатов текущего прироста в высоту молодняка кедра.

Рисунок 2 - Изменение текущего прироста в высоту молодняка хозяйственно ценных древесных пород под пологом леса и после сплошной рубки

Ежегодный текущий прирост в высоту подроста ели и пихты равномерный. Сосны, лиственницы и кедра - в динамике прироста наблюдаются более резкие перепады. Эти породы более чувствительны к метеоусловиям.

Многолетние наблюдения позволили выявить динамику покрытия площади травянистыми растениями, установить закономерности возобновления, связанные с доминирующими видами нижнего растительного яруса. Степень влияния травяного покрова на появление всходов представлено в таблице 1.

Таблица 1 - Влияние представителей травяного покрова на появление

всходов сосны

Травянистые (преобладаю-щие)	Тип поч-вен-ных усло-вий	Тип вырубки	Проективное покрытие почвы травянистыми растениями, %	Число всхо-дов, тыс. штук
Горошек мышиный Vicia cracca L.	В2	Разнотравные, крупнотравные	70-85	3,5-5,0
Брусника обыкновенная (Vaccinium vitis-idaea L.)	А0, А1, В1, В2	Бруснични-ковые бруснично-вейниковые с присутствием зеленых мхов	65-80	3,0-8,0
Зеленые мхи Pleurozinm schreberi	В2, В3	Зеленомошно-разнотравные	75-85	4,0-7,0
Кипрей узколистный (Chamaenerium angustifolium)	В2, В3	Кипрейно-разнотравно-паловый	80-90	0,5-2,0
Вейник наземный (C. Epigeios (L.) Roth)	В2, В3	Разнотравный, крупнотравный вейниковый	75-95	1,5-3,0

На основании анализа материалов пробных площадей автором выделено 6 групп кустарничково-травянистой растительности, численное соотношение которых отражает состояние живого напочвенного покрова южнотаежных лесов Приангарья, позволяет выявить изменения живого напочвенного покрова от вырубки до восстановления исходного типа леса, установить основные этапы развития вырубок (таблица 2).

Таблица 2. Группы кустарниково-травянистой растительности

Гру-ппа	Название группы	Растение
1	Лесные ксерофиты	Пельтигера пупырчатая (Peltigera aphthosa), кладония лесная (Cladonia sylvatia), толокнянка (Arctostaphylos uva-ursi L.Spreng.), кошачья лапка двудомная (Antenaria dioica L.) и др.
2	Лесные мезофиты	Аконит вьющийся (Aconitum volubile Pallas ex Koelle), вейник притупленный (Calamagrostis obtusata Trim.), майник двулистный (Maianthemum bifolium (L.) F.W. Schmidt), зеленые мхи: Pleurozinm schreberi, Hylocomium splendens, Dicranum polysetum и др.
3	Луговые ксерофиты	Кульбаба осенняя (Leontodon autumnalis L.), клевер полевой (Trifolium arvense L.)
4	Луговые мезофиты	Пырей ползучий (Elytrigia repes L. Nevski), пижма обыкновенная (Tanacetum vulgare L.)
5	Приру-чейные гигрофиты	Какалия копьевидная (Cacalia hastate L.), купальница азиатская (Trolius asiaticus L.), лилия пенсильванская (Lilium pensylvanicum Ker-Gawler), осока дернистая (Carex cespitosa)
6	Болотные гигрофиты	Таволгой иволистой (Spiraea salicifolia L.), белокрыльником болотным (Calla palustris), различными видами сфагнума (Sphagnum)

6. Формирование условий произрастания лесной растительности на вырубках