Изменение экологических факторов в связи с рубками ухода и их влияние на формирование насаждений

Размещено на http://www.allbest.ru/

ИЗМЕНЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ В СВЯЗИ С РУБКАМИ УХОДА И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ФОРМИРОВАНИЕ НАСАЖДЕНИЙ

06.03.02. - «Лесоведение, лесоводство, лесоустройство и лесная таксация»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени

кандидата сельскохозяйственных наук

ТОРБИК Дарья Николаевна

Архангельск 2010

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Поморский государственный университет имени М.В. Ломоносова»

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук, профессор Феклистов Павел Александрович

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор Петрик Виталий Васильевич

кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник Соболев Александр Николаевич

Ведущая организация: ГОУ ВПО «Петрозаводский государственный университет»

Защита состоится 19 ноября 2010 г. в 10⁰⁰ часов на заседании диссертационного совета Д 212.008.03 при ФГАОУ ВПО «Северный (Арктический) федеральный университет», по адресу: 163002, г. Архангельск, наб. Северной Двины, 17, главный корпус, 1228 ауд.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГАОУ ВПО «Северный (Арктический) федеральный университет»

Автореферат разослан «____» октября 2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Клевцов Д.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Согласно Правилам ухода за лесом, утверждённым 16 июля 2007 года в соответствии со статьей 64 Лесного кодекса Российской Федерации, одним их основных мероприятий по уходу за лесами являются рубки ухода. В последние десятилетия объёмы рубок ухода в лесах России постоянно увеличиваются. Вызванные рубками преобразования затрагивают практически все компоненты биогеоценоза, что заставляет рассматривать проблему пройденных рубками ухода лесов комплексно, оценивая весь спектр изменений. Поэтому, несомненно, актуальной является проблема изучения влияния рубок ухода на все компоненты лесного биогеоценоза, что позволяет лучше оценить происходящие в нем изменения и улучшить качество ухода за лесом.

Лесоводственная наука и лесохозяйственная практика накопили огромный материал по рубкам ухода, свидетельствующий о положительных изменениях, происходящих в насаждениях под воздействием рубок ухода. Все эти исследования, главным образом, направлены на изучение изменения средних показателей на площадях, пройденных рубками ухода (Чибисов, Нефедова, 2007). Проходные рубки, рубки обновления и др. проводятся механизированным способом. В результате остаются лесные массивы, изрезанные волоками через каждые 30-40 м, между которыми находятся пасеки, в которых, собственно, и проводились рубки. Остаётся практически не изученным вопрос об изменениях количественных и качественных характеристик экологических факторов на волоках на разных расстояниях от стен леса и внутри пасек в зависимости от расстояния от края. Последнее особенно важно, так как экологические факторы внутри пасек определяют прирост оставшихся деревьев, естественное возобновление хвойных, развитие напочвенного покрова и т.п.

Цель и задачи работы. Целью исследований является изучение изменения экологических факторов под влиянием рубок ухода, проведённых коридорным способом и влияния этих рубок на видовой состав растений напочвенного покрова, таксационные характеристики и лесовозобновление насаждений. Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи: рубка экологический лесовозобновление таксационный

· выявить изменения в лесах под воздействием проходных рубок ухода и рубок обновления интенсивности освещения, температуры и влажности воздуха, температуры почвы, высоты снежного покрова;

· изучить видовой состав и проективное покрытие растений напочвенного покрова в связи с коридорными рубками ухода;

· проанализировать естественное лесовозобновление;

· определить изменения таксационных характеристик древостоя после коридорных рубок ухода.

Научная новизна. В работе изучено влияние проходных рубок и рубок обновления на различные компоненты биогеоценозов хвойных лесов. Получены новые данные по изменению экологических факторов, древостоя, подроста и подлеска, живого напочвенного покрова на вырубках вдоль линий, расположенных перпендикулярно волокам. Проведён сравнительный анализ изменений в насаждениях в зависимости от технологии и давности рубок.

Научные положения, выносимые на защиту.

· Изменение экологических факторов в лесных насаждениях под влиянием коридорных рубок ухода;

· Влияние проходных рубок и рубок обновления на изменение живого напочвенного покрова, естественное лесовозобновление и таксационные характеристики древостоя.

Апробация работы. Основные результаты диссертационных исследований отражены в докладах, представленных на Всероссийской научно-практической конференции «Лесной и химический комплексы - проблемы и решения» (Красноярск, 2007); III Всероссийской научной конференции «Принципы и способы сохранения биоразнообразия» (Йошкар-Ола, Пущино, 2008); Всероссийской конференции с международным участием «Северные территории России: проблемы и перспективы развития» (Архангельск, 2008); на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава, научных, инженерно-технических работников и аспирантов АГТУ (С(А)ФУ) в 2008-2009 гг.; международной научно-практической конференции «Сохранение биологического разнообразия наземных и морских экосистем в условиях высоких широт» (Мурманск, 2009), III Всероссийской (с международным участием) научно-практической конференции молодых учёных «Геоэкология и рациональное природопользование: от науки к практике» (Белгород, 2009), VI международном контактном форуме по сохранению местообитаний в Баренцевом регионе (Архангельск, 2010).

Практическая значимость результатов исследования. Полученные данные могут быть использованы для разработки лесохозяйственных мероприятий по организации хозяйства в хвойных лесах северной подзоны тайги, т.к. результаты исследования позволяют точнее прогнозировать последствия рубок, способствуют уточнению метода и технологии рубок. Материалы исследований могут быть использованы в учебном процессе в высших учебных заведениях при изучении курсов «Экология», «Лесоведение» и «Лесоводство».

Личный вклад автора заключается в обосновании темы, определении цели и задач исследований, выборе участков исследования, разработке и уточнении методики исследований, в проведении полевых работ, анализе, обобщении и интерпретации представленных в диссертации материалов.

Обоснованность и достоверность результатов исследования подтверждается большим по объёму и разнообразию экспериментальным материалом, применением научно-обоснованных методик, использованием современных методов обработки, анализа и оценки достоверности данных.

Публикации. По материалам исследований опубликовано 18 печатных работ, из них три работы в журналах перечня ВАК РФ.

Структура и объём диссертации.

Диссертация состоит из введения, 7 глав, выводов, списка литературы и приложения. Список литературы включает 252 наименований, в том числе 7 на иностранных языках. Работа изложена на 234 страницах, иллюстрирована 92 рисунками, содержит 7 таблиц и 7 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Изменение насаждений после проведения в них рубок ухода (состояние вопроса)

Рубки ухода и их влияние на состояние лесных биогеоценозов изучали многие авторы (Савина, 1956, 1961, 1978; Георгиевский, 1957; Мелехова, 1961; Савин, 1963; Чибисов, 1963, 1968, 1978; 1992, 2007; Чертовской, Чибисов, 1967, 1968; Давыдов, 1971; Савин, Климов, 1976; Тимофеев, 1976; Кубрак, Аникеева Чертовской, 1978; Савина, Журавлёва, 1978; Сеннов, 1964, 1977, 1978, 1979, 1982, 1984, 1986, 1987, 1989, 1991, 2001, 2004, 2005, 2007; Макаренко, 1978; Нефёдова, Чибисов, 1980, 2003; Поротов, 1984; А.К. Денисов, С.А. Денисов, 1985; Кайрюкштис и др., 1985; Левашов, 1987; Чибисов, Поротов, 1986; Козмина, Чибисов, 1992, 1994; Решетников, Колодий, 1995; Худяков, 1991; Астрологова, Бабич, 1998; Минин, 1999, 2003; Чибисов, Нефедова, 1991, 2003, 2007; Петрик, 2006; Митрофанов, Кузнецов, 2007 и др.). Чаще всего исследования проводились с целью установления эффективности рубок ухода и лишь в отдельных работах рассмотрены экологические аспекты и вопросы трансформации лесных экосистем в ходе рубок ухода. Результаты этих исследований нередко бывают противоречивыми, даже если их сгруппировать по климатическим зонам, типам леса, составу и возрасту древостоев.

Изучением рубок ухода, проведенных коридорным способом, в лесах северной тайги занимались Г.А. Чибисов, Н.И. Вялых, Н.С. Минин (2004); Г.А. Чибисов и А.И. Нефедова (2007). Их исследования затрагивают лишь отдельные компоненты лесных экосистем. Поэтому актуальным остаётся вопрос изучения состояния и изменения лесов северной подзоны тайги пройденных коридорными рубками ухода относительно всего многообразия факторов, воздействующих как на насаждения в целом, так и на отдельные их компоненты.

Глава 2. Природные условия района исследований

Район исследований находится на северо-западе европейской части Российской Федерации, в северной части Архангельской области (Приморский район). Климат района умеренно-континентальный, особенностью является частая смена воздушных масс в результате действия циклонов, поступающих, в основном, со стороны Атлантического океана. Самый холодный месяц - январь, самый тёплый - июль. Продолжительность вегетационного сезона со среднесуточной температурой выше +5°С составляет 120-125 дней, а общая продолжительность сезона со среднесуточной температурой выше + 10°С - 70-110 дней. Годовая сумма осадков в среднем равна около 520 мм. Средняя продолжительность безморозного периода составляет 98 дней. Общая продолжительность морозного периода - 138 дней. Среднегодовая температура поверхности почвы составляет +1°С. Наиболее вероятные направления ветра в течение года - юго-западное, юго-восточное, северное и восточное. Средняя годовая относительная влажность варьирует от 78 до 84 % (Агроклиматический справочник по Архангельской области, 1961).

Согласно геоботаническому районированию территория Приморского района входит в европейскую таёжную область, североевропейскую таёжную провинцию (Растительность европейской части СССР, 1980). Согласно лесотаксационному районированию леса Архангельской области относятся к Северо-восточному району европейской части России северо-таёжному подрайону (Лесотаксационный справочник…, 1986). Леса региона представляют собой формации хвойных пород бореальной структуры (Бабич и др., 1999).

Глава 3. Характеристика объектов и методика исследований

3.1. Характеристика объектов исследований

Объекты исследований - лесные фитоценозы, пройденные проходными рубками ухода и рубками обновления в различных направлениях. Рубки проводили коридорным способом, прорубая технологические коридоры шириной 4-5 м через каждые 30-40 м. Интенсивность рубки слабая (11-20%). Исследования проводились в среднеполнотных, низкобонитетных, разновозрастных (VII-IX классов возраста) ельниках черничных и в средне- и высокополнотных, IV класса бонитета, VI класса возраста сосняках черничных.

3.2. Методика проведения исследований и объем выполненных работ

В основу исследований положен метод временных пробных площадей. Подбор и закладка пробных площадей выполняются с учётом требований ГОСТ 16128-70, ОСТ 56-69-83 и подробно описанных методик (Сукачёв, Зонн, 1961; Юнатов, 1964). С целью изучения влияния рубок ухода на формирование насаждений, ленточные пробные площади закладывались в центре пасек и у границ пасека-волок параллельно волокам.

При определении таксационных характеристик древостоев применялись общепринятые в таксации методы (Анучин, 1982; Гусев, 2000).

Для изучения естественного возобновления в связи с рубками ухода, на различных расстояниях от границы пасека-волок закладывали учётные ленты размерами 2х10 м (на пасеках) и 1х20 м (на волоках). На пасеках ленты закладывались параллельно волокам на расстояниях 2, 4, 8, 12 м от границы пасека-волок и в центре пасек; на волоках - в центре и по краям волоков. На каждой площадке проводился пересчёт подроста по категориям крупности и состоянию (Мелехов, 2002).

Для изучения живого напочвенного покрова на площадях рубок ухода на различном расстоянии от границы пасека-волок намечались трансекты. На пасеках трансекты были заложены параллельно волокам на расстояниях 2, 4, 8, 12 м от границы пасека-волок и в центрах пасек; на волоках - в центрах и по краям волоков. На трансектах через равные промежутки были заложены учётные площадки размером по 1 м² (Баккал и др., 2001). На каждом объекте для определённого расстояния закладывалось по 15 таких площадок (Бурова, Феклистов, 2007). На каждой учетной площадке характеризовался видовой состав и определялось проективное покрытие каждого вида.

Почвенные исследования проводились с учётом ОСТ 56-81-84 и рекомендаций И.Ф. Гаркуши (1961, 1975), Л.Н. Александровой (1976), Е.Н. Наквасиной, Е.В. Шавриной (1998), Е.Н. Наквасиной и др. (2007). В конечном итоге на каждом объекте исследования определяли тип, подтип, род, вид и разновидность почвы.

Для изучения изменения экологических факторов в связи с рубками ухода были проведены микроклиматические исследования согласно методическим указаниям Б.П. Кароля (1959), В.Г. Чертовского и др. (1977), В.П. Косарева, В.И. Таранкова (1991), Н.А. Бабича и др., (1995), А.Е. Баталова и Е.В. Шавриной (2000), Н.Р.Сунгуровой и Н.А. Бабича (2005) при этом использовали линейный метод измерений (Софронов, Волокитина, 1997). По трансектам, расположенным перпендикулярно волокам, закладывали постоянные точки, на которых систематически делали необходимые замеры. Температуру и влажность воздуха измеряли при помощи метеостанции WS-3600 на высоте 0,15 и 1,3 м в пятикратной повторности. Для измерения температуры почвы на глубине 10 см использовали почвенные термометры (Наквасина и др., 2007).

Замеры освещённости и мощности снегового покрова проводили на тех же трансектах, что и для изучения живого напочвенного покрова. Методика измерения освещённости разработана на основе имеющихся в литературе методик и рекомендаций (Ovington, Madgwick, 1955; Тооминг, Гуляев, 1967; Хазанов и др., 1967; Цельникер, 1969; Протопопов, 1975; Сидорович, Мотыль, 1986). Замеры освещённости осуществлялись в условиях безветренной погоды в дневные часы на высоте 1,3 м люксметром Ю-16. На каждой трансекте в ясную погоду и при переменной облачности измерения проводили в двадцатикратной повторности, в пасмурную погоду ограничивались десятью измерениями. Мощность снегового покрова определяли в период максимальных снегозапасов, перед началом устойчивого снеготаяния в 10-кратной повторности (Бабич, 1995).

Всего за время проведения исследования было заложено 36 пробных площадей. Из них 24 пробных площади в ельниках черничных и 12 пробных площадей в сосняках черничных. Диаметр измерен у 4680 деревьев, высота у 889 деревьев. Распределение подроста по категориям крупности и состоянию обследовано на общей площади в 3560 м². С целью изучения состояния напочвенного покрова заложено 975 учётных площадок. В ходе почвенных исследований заложено 10 почвенных разрезов. В ходе микроклиматических исследований сделано 33,5 тыс. измерений из них: 26,4 тыс. замеров температуры и влажности воздуха, 6,3 тыс. замеров освещённости, 820 замеров температуры почвы.

Глава 4. Изменение экологических факторов в ельниках черничных под влиянием рубок ухода

В данной главе представлены результаты изучения экологических условий в ельниках черничных, пройденных проходными рубками ухода и рубками обновления в 1973 и 2002 годах (направление волоков восток-запад).

Анализ полученных данных показал, что микроклимат в исследованных насаждениях претерпевает существенные изменения (рис 1).



Волок Пасека

Рис. 1 Освещённость в ельниках черничных (ЮК - южный край волока; ЦВ - центр волока; СК - северный край волока; 2 м - расстояние 2 м от края волока; 4 м - 4 м; 8 м - 8 м; 12 м - 12 м; ЦП - центр пасеки)

Источником освещения при таком способе рубок становятся волока, на которых освещённость в 1,4-1,6 раз выше освещённости пасек, с увеличением давности рубок различия в освещённости пасек и волоков уменьшаются. Наименее освещёнными в ельниках 2002 года рубки являются участки пасек расположенные на расстоянии 12 м от южных краёв волоков, в ельниках 1973 года рубки - центральные части пасек.

С уменьшением расстояния до волоков освещённость пасек постепенно увеличивается. В насаждениях 1973 года рубки существенное увеличение освещённости на 0,5-0,9 тыс. лк отмечено только в полосах шириной 4 м вдоль волоков, тогда как в ельниках 2002 года рубки закономерное повышение освещённости на 0,2-0,3 тыс. лк через каждые 2-4 м прослеживается по всей площади пасек.

Коридорный уход приводит к наибольшему прогреванию воздуха и почвы на волоках с последующим постепенным снижением температурных значений к середине пасек. С увеличением давности рубок различия температур на волоках и пасеках уменьшаются. Так, температура воздуха на волоках в ельниках черничных, пройденных рубками ухода в 2002 г выше средних температурных значений пасек на 0,8єС (на высоте 1,3 м) и 1,2єС (на высоте 0,15 м), для ельников, пройденных рубками в 1973 г эта разница составляет 0,7єС и 0,6єС соответственно. Различия температур почвы уменьшаются с 0,8-1,2єС (2002 год рубки) до 0,3-0,9єС (1973 год рубки). В дневные часы на пасеках вдоль северных краёв волоков создаются зоны наибольшего прогревания воздуха и почвы. С увеличением времени, прошедшего после рубок, зона наибольшего прогревания воздуха сужается с 12 до 4 м, а ширина зоны наибольшего прогревания почвы остаётся неизменной и во всех исследованных насаждениях составляет 4 м.

Микроклимат на волоках, по сравнению с пасеками, характеризуется пониженной относительной влажностью воздуха. С увеличением давности рубок разница показателей влажности на пасеках и волоках уменьшается на высоте 1,3 м с 2,1% до 2,0%, на уровне напочвенного покрова - с 1,7% до 0,7%. Наименьшие значения влажности на высоте 1,3 м отмечены на участках пасек шириной 4 м вдоль северных краёв волоков (для всех исследованных насаждений), на уровне напочвенного покрова в ельниках 2002 года рубки - в южных половинах пасек, на объекте 1973 года рубки - у северных границ с волоками.

Разрубка волоков в насаждениях за счёт увеличения краевых зон приводит к увеличению высоты снежного покрова на пасеках. На краях пасек высота снежного покрова на 12,8±2,0 см больше его высоты в центральных частях пасек. На волоках глубина снега на 13,0±3,1 см больше по сравнению со средними значениями на пасеках.

Корреляционный анализ показывает (табл. 1), что имеется тесная корреляционная зависимость между расстоянием от волока и показателями экологических факторов на пасеках. Между расстоянием и освещённостью, температурой воздуха и почвы, высотой снежного покрова связь обратная. Между расстоянием и влажностью воздуха существует прямая зависимость.

Таблица 1

Показатели связи значений экологических факторов на пасеках в ельниках черничных с расстоянием от границы пасека-волок

Экологический фактор	Год рубки	Коэфф. корре-ляции	Основ. ошибка коэфф. корреля-ции	Досто-верность коэфф. коррел-яции	Корре- ляц. отноше-ние	Основная ошибка корреляц. отношения	Достовер-ность корреляц. отноше-ния
Освещённость	2002	-0,81	0,058	15,17	0,83	0,044	16,15
	1973	-0,74	0,097	7,62	0,71	0,106	6,69
Температура воздуха (1,3 м)	2002	-0,62	0,205	3,02	0,65	0,191	3,70
	1973	-0,80	0,118	6,83	0,83	0,104	7,15
Температура воздуха (0,15 м)	2002	-0,60	0,215	2,78	0,63	0,195	3,04
	1973	-0,52	0,155	3,38	0,53	0,154	3,43
Температура почвы	2002	-0,41	0,176	2,21	0,44	0,154	2,65
	1973	-0,39	0,181	2,13	0,42	0,174	2,43
Влажность воздуха (1,3 м)	2002	0,56	0,146	3,84	0,60	0,137	4,39
	1973	0,60	0,214	2,79	0,65	0,183	3,27
Влажность воздуха (0,15м)	2002	0,56	0,146	3,84	0,60	0,137	4,39
	1973	0,31	0,112	1,46	0,31	0,101	1,58
Снежный покров	2002	-0,75	0,092	8,17	0,68	0113	6,04

Глава 5. Изменение экологических факторов в сосняках черничных под влиянием рубок ухода

Были выявлены изменения экологических факторов на площадях рубок ухода в сосняках черничных. Исследования показали, что на волоках освещённость в 1,2-1,7 раз выше освещённости пасек (рис.2).

Рис. 2 Освещённость на волоках и пасеках в зависимости от года рубки и направления прорубленных волоков

В течение дня освещённость волоков зависит от их направления и года проведения рубки. На волоках 1991 года рубки (направление восток-запад) интенсивность освещения в 1,5 раза ниже, чем волоках того же направления 1995 года рубки и в 2 раза ниже, чем на волоках, прорубленных в 1994 году в направлении север-юг. На пасеках север-юг освещённость в 1,1 и 1,5 раза выше освещённости пасек широтного направления 1995 и 1991 годов рубки соответственно. С увеличением расстояния от волока освещённость на пасеках уменьшается (r=-0,57-0,80, t_ф=3,80-9,83>t_st=3,82 при Р=0,999, а з=0,61-0,85, t_ф=4,42-13,9>t_st=3,82 при Р=0,999).

В течение всего периода наблюдения на объектах 1994 и 1995 годов рубки самые низкие значения освещённости фиксировались в центре пасек, на вырубках 1991 года наименее освещённой в дневные часы остаётся полоса шириной 4 м на расстоянии 8-12 м от северного края волока. Наибольшее влияние волоков на освещённость пасек в дневное время проявляется на полосах шириной 4 м, примыкающих к южным краям волоков при уходе восток-запад на лесосеках 1995 года рубки и 8 м вдоль западных краёв волоков в насаждениях 1994 года рубки с направлением волоков север-юг. В сосняках более раннего года рубки наиболее освещёны в дневное время края пасек до расстояния 2 м от границы с волоками.

Вследствие увеличения освещённости насаждений, особенно на участках, расположенных вблизи волоков и на самих волоках, изменяется температурный режим воздуха и почвы. Среднедневная температура воздуха на волоках 1991 года рубки на высоте 1,3 и 0,15 м выше соответствующих значений на пасеках на 0,6єС. На волоках 1995 года рубки разница составляет 1,1 и 2,4єС, а на волоках, прорубленных в направлении север-юг в 1994 году, 1,0 и 1,7єС соответственно. На пасеках с увеличением расстояния от волока температура воздуха понижается (на высоте 1,3 м: r=-0,43-0,59, t_ф=2,31-4,13>t_st=2,09 при Р=0,95 и з=0,48-0,65, t_ф=2,80-5,08>t_st=2,09 при Р=0,95, на высоте 0,15 м: r=-0,40-0,59, t_ф=2,13-4,00>t_st=2,09 при Р=0,95 и з=0,43-0,60, t_ф=2,36-4,15>t_st=2,09 при Р=0,95). По мере продвижения от волоков к центральным частям пасек также уменьшается и температура верхних горизонтов почвы (рис. 3) (r=-0,45-0,62, t_ф=2,55-4,57>t_st=2,09 при Р=0,95, а з=0,51-0,67, t_ф=3,09-5,53>t_st=2,09 при Р=0,95).

Рис. 3 Температура почвы в сосняках черничных различного года рубки (КВ - край волока; ЦВ - центр волока; 2 м - участок пасеки на расстоянии 2 м от края волока; 4 м - 4 м; 8 м - 8 м; ЦП - центр пасеки)

Наименьшие различия температурных значений почвы на волоках и пасеках были отмечены в сосняках черничных с направлением прорубленных волоков север-юг - 0,2°С, в насаждениях с волоками широтного направления эта разница составляет 0,6-1,1°С.

Разрубка волоков в направлении север-юг приводит к более существенному изменению температурного режима пасеки - ширина зоны наибольшего прогревания почвы на таких лесосеках 12 м, на лесосеках 1995 и 1991 годов рубки ширина зоны сокращается до 8 и 2 м соответственно.

Довольно отчётливо прослеживается тенденция в сторону уменьшения волоков по величине влажности воздуха по сравнению с пасеками. На волоках 1994-1995 гг. рубки средняя влажность воздуха на высоте 1,3 м вне зависимости от года рубки и направления волоков на 2,7% ниже соответствующих величин на пасеках. Разница влажности воздуха на волоках и пасеках на уровне напочвенного покрова составляет 2,7% в сосняках 1995 года рубки (направление волоков восток-запад) и 1,8% на вырубках 1994 года с направлением прорубленных волоков север-юг. С увеличением давности рубки эта разница сглаживается: на вырубках 1991 года для обеих исследованных высот она равна 1,3%.

На пасеках наблюдается увеличение относительной влажности воздуха в центральных частях пасек и её уменьшение у границ с волоками (на высоте 1,3 м: r=0,58-0,60, t_ф=3,93-6,78>t_st=3,82 при Р=0,999 и з=0,63-0,83, t_ф=4,69-12,20>t_st=3,82 при Р=0,999, на высоте 0,15 м: r=0,51-0,72, t_ф=3,17-6,78>t_st=2,83 при Р=0,99 и з=0,60-0,79, t_ф=4,26-9,43>t_st=3,82 при Р=0,99). На прилегающих к волокам частях пасек выделяются зоны с наименьшими значениями влажности воздуха. При уходе восток-запад это участки шириной 2 м вдоль северных и южных краёв волоков на вырубках 1991 года рубки и полосы шириной 4 м, прилегающих к северным краям волоков на вырубках 1995 года. В сосняках с направлением прорубленных волоков север-юг наибольшее влияние волоков на влажность воздуха пасеки в дневное время проявляется в полосах шириной 4 м вдоль западных краёв волоков.

Глава 6. Изменение напочвенного покрова, естественного лесовозобновления и древостоя ельников черничных под влиянием рубок ухода

Вследствие коридорных рубок ухода изменяется видовой состав и структура естественного фитоценоза. Происходит рассечение единого сообщества на волока и пасеки, где напочвенный покров характеризуется различными показателями видового богатства и структуры.

На волоках, по сравнению с пасеками, отмечено увеличение видового богатства напочвенного покрова на 5-6 видов за счёт появления на них видов открытых пространств. Одновременно на волоках наблюдается снижение в 1,2 раза проективного покрытия травяно-кустарничкового и в 1,6-2,0 раз мохово-лишайникового ярусов (рис. 4).

Травяно-кустарничковый ярус

Мохово-лишайниковый ярус

Рис. 4 Проективное покрытие растений напочвенного покрова (ЮК - южный край волока; ЦВ - центр волока; СК - северный край волока; 2 м - расстояние 2 м от края волока; 4 м - 4 м; 8 м - 8 м; ЦП - центр пасеки)

Фрагменты пасек сохраняют набор лесных видов, видовое богатство и значения проективного покрытия на пасеках изменяются в зависимости от расстояния от границы пасека-волок. Меньше всего видов растений травяно-кустарничкового яруса встречается в центральных частях пасек, с уменьшение расстояния до волоков видовое богатство яруса возрастает на 4-5 видов в ельниках 2002 года рубки и на 2-3 вида в ельниках 1973 года рубки. Видовое богатство мохово-лишайникового яруса по площади насаждений изменяется на 1-3 вида. С увеличением давности рубок различия видового состава и структуры напочвенного покрова на волоках и пасеках уменьшаются.

Исследования показали, что изменение условий среды под пологом леса после проведения рубок ухода существенно отражается на ходе естественного возобновления (табл. 2).

Таблица 2

Распределение подроста по породам на волоках и пасеках

Порода	Количество подроста, шт./га (числитель - 2002 год рубки, знаменатель - 1973 год рубки)
	волок	пасека
	край волока	центр волока	2 м	4 м	8 м	12 м	центр пасеки
ель	750	125	500	750	2250	2875	1250
	16500	20250	10375	5625	2625	2625	1750
сосна	0	0	0	0	0	0	0
	1125	250	1250	625	0	0	0
берёза	1938	4375	1125	625	1000	1125	1000
	10500	18750	4500	2875	750	1250	500
осина	2875	2625	2000	1625	1875	2000	1500
	3375	3500	1500	125	625	250	1000
всего	5563	7125	3625	3000	5125	6000	3750
	31500	42750	17625	9250	4000	4125	3250

В первые годы после рубки, как на волоках, так и на пасеках создаются благоприятные условия для произрастания и развития лиственного подроста. Доля участия в составе подроста лиственных пород на 5-летних волоках в 12 раза больше елового, а на пасеке того же года рубки в 2 раза больше елового подроста. Однако коренные породы постепенно вытесняют пионерные виды. Через 35 лет после рубки количество подроста хвойных пород увеличивается в 8,7 раз и составляет 50-60% от общего количества подроста на лесосеках. Соотношение подроста разных пород на пасеках определяется удалённостью исследуемых участка от волоков. В ельниках 2002 года рубки с увеличением расстояния от границы пасека-волок количество лиственного подроста становиться меньше (r=-0,370±0,173, t_ф=3,20>t_st=2,85 при Р=0,99, а з=0,65±0,151, t_ф=6,18>t_st=3,85 при Р=0,999), а елового больше (r=0,730±0,148, t_ф=11,20>t_st=3,85 при Р=0,999, а з=0,84±0,130, t_ф=16,18>t_st=3,85 при Р=0,999).В ельниках черничных, пройденных рубками ухода в 1973 году, количество подроста ели с увеличением расстояния от границы пасека-волок существенно сокращается (r=-0,791±0,111, t_ф=8,13>t_st=3,85 при Р=0,999, а з=0,85±0,071, t_ф=16,18>t_st=3,85 при Р=0,999). Численность лиственного подроста также уменьшается (r=-0,692±0,152, t_ф=5,28>t_st=3,85 при Р=0,999, а з=0,74±0,121, t_ф=7,28>t_st=3,85 при Р=0,999).

С увеличением давности рубок изменяется распределение подроста по категориям крупности и состоянию. В 1,7 раз сокращается доля мелкого лиственного подроста, с 34 до 43% увеличивается доля среднего и с 25 до 32% доля крупного подроста. Также с 42 до 49% увеличивается доля мелкого елового подроста, а доля среднего подроста ели сокращается в 1,3 раза. Вследствие уменьшения освещённости в насаждениях сокращается доля благонадёжного безукоризненного подроста лиственных пород с 65% до 53%, с 28% до 31% увеличивается доля дефектного подроста. Появляется сомнительный, ненадёжный и сухой лиственный подрост. Возрастает доля благонадёжного безукоризненного подроста ели с 75% до 88% на волоках и до 82% на пасеках. В центральных частях пасек 1973 года рубки доля безукоризненного подроста составляет 100%.

Рубки ухода, изменяя сочетания факторов среды в общем комплексе, необходимом для успешного роста и развития оставленных деревьев, вызывают тем самым усиление деятельности камбия, что приводит к увеличению среднего диаметра и запаса древостоя. Наиболее сильно изменяются экологические условия и, как следствие, увеличивается средний диаметр и запас древостоя на участках пасек, расположенных вдоль волоков, где средний диаметр на 0,5-1,0 см, а запас на 15-25 м³/га больше соответствующих показателей древостоя центральных частей пасек. С увеличением времени, прошедшего с момента рубки, различия таксационных характеристик древостоя на крайних и центральных участках пасек увеличиваются.

Глава 7. Изменение напочвенного покрова и естественного лесовозобновления сосняков черничных под влиянием рубок ухода

На волоках и краевых участках пасек сосняков черничных за счёт внедрения светолюбивых видов трав наблюдается увеличении видового богатства на 3-6 видов (табл. 3).

Таблица 3

Показатели напочвенного покрова на площадях рубок ухода (числитель - травяно-кустарничковый ярус, знаменатель - мохово-лишайниковый ярус)

Год рубки	Направление волоков	Показатель	волок	пасека
			центр волока	край волока	край пасеки	8-12 м	центр пасеки
1991	восток-запад	видовое богатство	15	13	10	9	7
			7	7	8	8	7
		проективное покрытие	80	80	85	88	87
			65	69	68	61	53
1995	восток-запад	видовое богатство	12	10	7	6	5
			7	7	8	6	7
		проективное покрытие	67	62	71	71	65
			41	71	96	86	83
1994	север-юг	видовое богатство	10	12	9	8	8
			6	6	7	6	4
		проективное покрытие	56	51	59	58	56
			57	36	66	80	93

Количество видов мхов и лишайников по площади насаждений изменяется менее значительно: отмечено небольшое снижение видового богатства на 1-2 вида в центральных частях пасек. Проходные рубки ухода приводят также к изменению проективного покрытия растений напочвенного. На лесосеках 1991 года рубки с направлением волоков восток-запад отмечено уменьшение проективного покрытия напочвенного покрова в ряду волок - край волока - край пасеки - центр пасеки. В сосняках черничных пройденных рубками в 1995 году в том же ряду наблюдается обратная тенденция: некоторое увеличение проективного покрытия как травяно-кустарничкового, так и мохово-лишайникового яруса. На лесосеках 1994 года рубки с направлением волоков север-юг площадь, покрытая проекциями трав и кустарничками, на волоках в 1,2 раза больше, чем на пасеках; мохово-лишайникового, наоборот - в 1,8 раза меньше. Анализ данных, полученных на площадях, пройденных рубками ухода в направлении восток-запад в различные годы, показал, что с увеличение времени, прошедшего после рубки, изменяется как породный состав подроста, так и распределение подроста по площади лесосеки.

С увеличением давности рубки на волоках увеличивается количество подроста хвойных пород: сосны - в 2,7 раза, ели - в 5,1 раза. Густота подроста берёзы снижается в 2,9 раза, полностью исчезает подрост осины. С течением времени на волоках меняется и соотношение подроста по породному составу: доля елового подроста увеличивается с 6,8% до 43,3%, сосны с 11,9% до 34,7%, доля лиственного подроста снижается с 81,4% до 22,0%. На пасеках 1991 года рубки появляется подрост сосны, средняя густота которого для площади пасеки составила 850 шт./га. Однако количество елового подроста здесь в 1,3 раза ниже, чем на пасеках более позднего года рубки. В общем, доля хвойного подроста на пасеках с течением времени увеличивается с 48,7% до 68,5%.

С течением времени в сосняках изменяется и распределение подроста по категориям крупности: с 36 до 45% возрастает доля среднего и с 24 до 37% крупного подроста лиственных пород. На пасеках появляется мелкий и средний подрост сосны, доля мелкого елового подроста уменьшается с 70 до 41%, а среднего и крупного увеличивается в 1,2 и 3 раза соответственно.

Также нами было проведёно сравнение естественного возобновления древостоя в сосняках черничных с различным направлением прорубленных волоков (восток-запад (ВЗ) и север-юг (СЮ)). Анализ данных учёта породного состава подроста в сосняках черничных, с направлением волоков СЮ показывает, что общее количество подроста на данной лесосеке в 2,2 раза меньше, чем на площадях с направлением волоков ВЗ.

Естественное лесовозобновление на исследованных площадях с направлением волоков СЮ представлено главным образом лиственным подростом (55,6%-58,8%). На волоках густота подроста лиственных пород в 3 раза ниже, чем на волоках ВЗ. Количество хвойного подроста на волоках различного направления одинаково - 1875 шт./га. На пасеках СЮ основную часть подроста, также как и на пасеках ВЗ, составляет подрост ели (35,6%) и осины (35,9%), однако численность елового подроста здесь в 3,7 раз ниже. Важным отличием лесосек с направлением волоков СЮ от насаждений, пройденных рубками в направлении ВЗ, является появление подроста сосны на пасеках в количествах от 125 шт./га (центральная часть пасек) до 375 шт./га на их краях. В сосняках с уходом ВЗ подрост сосны был отмечен только на волоках.

Общие закономерности распределения подроста на лесосеках 1994-1995 гг. рубки с различным направлением волоков имеют сходный характер. Его густота зависит от месторасположения по отношению к волоку. Для подроста ели связь между расстоянием от волока и густотой криволинейная очень высокая и для направления СЮ - r=0,66±0,224 (з=0,95±0,127), и для направления ВЗ -r=0,92±0,139 (з=0,95±0,129). Для сосны связь между количеством подроста и расстоянием от волока обратная высокая (r=-0,79±0,181, а з=0,88±0,148). Для осины связь криволинейная обратная и очень высокая во всех направлениях: СЮ - r=0,84±0,164 и з=0,94±0,136; ВЗ - r=0,84±0,166 и з=0,89±0,145. Для берёзы связь между количеством подроста и расстоянием от волока криволинейная обратная и высокая в направлении СЮ (r=0,54±0,258; з=0,79±0,181) и очень высокая в направлении ВЗ (r=-0,80±0,187; з=-0,89±0,115). Полученные корреляционные показатели достоверны на всех уровнях значимости.

Выводы

1. Освещённость на волоках заметно выше, чем на пасеках: в ельниках черничных в 1,4-1,6 раза, в сосняках черничных в 1,2-1,7 раз. Разность в освещенности волоков и пасек с увеличением давности рубки в ельниках черничных увеличивается с 1,5 до 2,0 тыс. лк, в сосняках черничных уменьшается с 2,6-5,5 до 1,2 тыс. лк. Волока, прорубленные в направлении север-юг освещены в 1,4 раза лучше волоков прорубленных с востока на запад. С увеличением ширины волока на 1 м освещённость на волоке в ельниках черничных увеличивается на 100 лк, в сосняках - на 1,5-3,5 тыс. лк.

2. Наблюдается закономерное увеличение освещённости от центральных частей пасек, где отмечены наименьшие значения освещённости, к их краям (к волокам). В ельниках черничных через каждые 2-4 м значения освещённости увеличиваются на 100-400 лк, в сосняках черничных на 500-1300 лк. Наибольшее влияние волоков на освещённость пасек распространяется в ельниках черничных до 4 м, а в сосняках черничных до 8 м от границ с волоками. Освещённость пасек в насаждениях с направлением волоков север-юг в 1,1 раза больше освещённости пасек восток-запад.

3. Температура воздуха на волоках в ельниках черничных на 0,6-1,2єС выше температурных значений пасеки. Волока в сосняках черничных прогреваются на 0,6-2,4єС лучше пасек. С увеличение давности рубки различия температуры на волоках и пасеках уменьшаются в ельниках черничных на 0,3єС, в сосняках черничных на 1,0єС. Увеличение ширины волока на 1 м приводит к повышению температуры воздуха на нём в ельниках черничных на 0,3єС (на высоте 1,3 м) и 0,5єС (на высоте 0,15 м), в сосняках черничных - на 1,0єС и 2,0єС соответственно.

4. Ширина зоны наибольшего прогревания воздуха с увеличением времени, прошедшим после рубки, в ельниках черничных уменьшается с 4 до 12 м, в сосняках черничных не изменяется и составляет 8 м.

5. Рубки ухода приводят к наибольшему прогреванию почвы на волоках с последующим постепенным снижением температуры к середине пасек на 0,1-0,2єС каждые 2-4 м. Меньше всего по степени прогревания почвы отличаются волока и пасеки в сосняках черничных с направлением прорубленных волоков север-юг (на 0,2°С). В насаждениях с волоками широтного направления эта разница составляет 0,3-1,2°С в ельниках и 0,6-1,1°С в сосняках черничных. Температура воздуха на уровне напочвенного покрова всегда выше температуры на высоте 1,3 м. В ельниках черничных на 3,6єС на волоках и на 3,4єС на пасеках. В сосняках черничных разница температур составляет 3,9єС для волоков и 3,1єС для пасек. С увеличением давности рубок в ельниках различия температур на исследованных высотах не изменяются, а в сосняках снижаются с 3,7-4,6єС до 2,3єС.

6. Направление волоков север-юг приводит к более существенному изменению температурного режима пасеки - ширина зоны наибольшего прогревания почвы на таких лесосеках 12 м (при направлении волоков восток-запад - 8 м). В ельниках черничных ширина участков пасек с повышенными температурными значениями почвы не зависит от года проведения рубки и составляет 4 м. В сосняках черничных с увеличением давности рубки их ширина сокращается с 8 до 2 м.

7. Влажность воздуха на уровне напочвенного покрова всегда меньше влажности на высоте 1,3 м на 6,2-7,7% в ельниках и на 4,1-6,2% в сосняках черничных. Микроклимат на волоках характеризуется пониженной относительной влажностью воздуха. Влажность на пасеках на высоте 1,3 м в ельниках черничных на 2,0-2,1%, в сосняках черничных на 1,3-2,7% выше влажности волоков. На уровне напочвенного покрова эти различия менее выражены - 1,2% и 1,9% для ельников и сосняков соответственно. С увеличением времени, прошедшего с момента рубки различия волоков и пасек по показателям относительной влажности воздуха сглаживаются: на высоте 1,3 м на 0,1% в ельниках и на 1,4% в сосняках черничных, на уровне напочвенного покрова на 1,0% для всех исследованных типов насаждений.

8. Рубки ухода оказывают существенное влияние на характер снегоотложения под пологом древостоя на пасеках. На краях пасек высота снежного покрова на 12,8 см больше его высоты в центральных частях пасек. На волоках глубина снега на 13 см больше по сравнению со средними значениями для пасек.

9. На участках пасек, расположенных вдоль волоков, средний диаметр древостоя на 0,5-1,0 см, высота на 0,1-0,5м, запас на 15-25 м³/га больше соответствующих таксационных показателей древостоя в центральных частях пасек. С увеличением давности рубки различия таксационных показателей для краевых зон пасек и их центральных частей увеличиваются.

10. На волоках и на расположенных вдоль них участках пасек за счёт внедрения светолюбивых трав наблюдается повышение видового богатства травяно-кустарничкового яруса. В ельниках черничных на 6-10 видов в сосняках черничных на 4-7 вида. На пасеках видовое богатство и значения проективного покрытия изменяются в зависимости от расстояния от границы пасека-волок. Меньше всего видов трав и кустарничков отмечено в центральных частях пасек. Количество видов мхов и лишайников на волоках на 2-3 вида меньше видового богатства пасек. На различных участках пасек количество видов мохово-лишайникового яруса отличается на 1-3 вида. Наибольшее количество видов этого яруса отмечено на краях пасек. Данная тенденция имеет место, как в ельниках, так и в сосняках.

11. Проективное покрытие травяно-кустарничкового яруса на волоках в 1,2 раза ниже проективного покрытия яруса на пасеках (и для ельников и для сосняков). Также на волоках отмечено уменьшение площади покрытой мхами и лишайниками: в 1,2-2,0 раза в ельниках черничных и в 1,5-1,8 раза в сосняках черничных.

12. Достаточное количество подроста ели на пасеках для восстановления её позиций в ельниках черничных наблюдается лишь через 35 лет после рубок ухода. На большинстве исследованных участков ельников 2002 года рубки, также как и в сосняках черничных, лесовозобновление следует признать плохим или неудовлетворительным.

13. С увеличением давности рубок в ельниках черничных происходит увеличение в 8,7 раз подроста хвойных пород, одновременно сокращается с 80 до 40% доля лиственного подроста. Изменяется распределение подроста по категориям крупности и состоянию: увеличивается доля крупного лиственного и мелкого елового подроста, доля благонадёжного безукоризненного подроста лиственных пород сокращается, а елового увеличивается. В сосняках черничных с течением времени доля хвойных пород увеличивается с 48,7% до 68,5%. Численность елового подроста на волоках повышается в 5,1 раза, а на пасеках снижается в 1,3 раза. На пасеках появляется подрост сосны.

Список публикаций по теме диссертации

В изданиях по перечню ВАК:

1. Торбик, Д.Н. Естественное возобновление в ельниках черничных, пройденных рубками обновления / Д.Н. Торбик, П.А. Феклистов, О.Д. Кононов // Лесной журнал. 2009. № 6. С. 34-40. (Изв. высш. учеб. заведений).

2. Торбик, Д.Н. Влияние обновительных рубок ухода на некоторые элементы микроклимата в ельниках черничных / Д.Н. Торбик, П.А. Феклистов // Лесной вестник. Москва: МГУЛ. 2009. №1. С. 85-88.

3. Феклистов, П.А. Естественное лесовозобновление в сосняках черничных, пройденных проходными рубками ухода / П.А. Феклистов, Н.П. Шаньгина, Д.Н. Торбик // Лесной вестник. Москва: МГУЛ. 2010. №3. С. 150-153.

Прочие:

4. Гласова, Н.В. Изменение проективного покрытия растений напочвенного покрова на площадях рубок ухода / Н.В. Гласова, Д.Н. Торбик // Экологические проблемы Севера: Межвузовский сборник научных трудов. Вып. 10. Архангельск, 2007. С. 50-52.

5. Торбик, Д.Н. Влияние проходных рубок ухода на освещённость в сосняке черничном / Д.Н. Торбик // Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов: сб. научных трудов. Вып. 73. Архангельск, 2007. С. 231-235.

6. Торбик, Д.Н. Влияние проходных рубок ухода на состояние напочвенного покрова ельников черничных / Д.Н. Торбик, П.А. Феклистов // Лесной и химический комплексы - проблемы и решения. Сборник статей по материалам Всероссийской научно-практической конференции. Том 1. Красноярск: СибГТУ, 2007. С. 230-235.

7. Торбик, Д.Н. Влияние проходных рубок ухода на температурный режим почвы в ельниках черничных / Д.Н. Торбик, П.А. Феклистов // Принципы и способы сохранения биоразнообразия: материалы III Всероссийской научной конференции / Мар. гос. ун-т. Йошкар-Ола, Пущино, 2008. С. 291-292.

8. Торбик, Д.Н. Высота снежного покрова в ельнике черничном, пройденном рубками обновления / Д.Н. Торбик, П.А. Феклистов // Экологические проблемы Севера: Межвузовский сборник научных трудов. Вып. 11. Архангельск, 2008. С. 112-113.

9. Торбик, Д.Н. Изменение влажности воздуха после проходных рубок ухода в сосняке черничном / Д.Н. Торбик, П.А. Феклистов // Экологические проблемы Севера: Межвузовский сборник научных трудов. Вып. 11. Архангельск, 2008. С. 114-117.

10. Торбик, Д.Н. Видовое богатство напочвенного покрова ельников черничных на площадях, пройденных рубками обновления / Д.Н. Торбик, П.А. Феклистов // Северные территории России: проблемы и перспективы развития. Материалы всероссийской конференции с международным участием.- Архангельск: ИЭПС, 2008. С. 1419-1421.

11. Торбик, Д.Н. Влияние проходных рубок ухода на температурный режим воздуха в сосняках черничных / Д.Н. Торбик, П.А. Феклистов // Северные территории России: проблемы и перспективы развития. Материалы всероссийской конференции с международным участием. Архангельск: ИЭПС, 2008. С. 1332-1335.

12. Торбик, Д.Н. Влияние рубок обновления на влажность воздуха в ельнике черничном / Д.Н. Торбик, П.А. Феклистов // Исследования Российской Арктики: прошлое, настоящее, будущее: материалы Всероссийской научной конференции, посвящённой Международному Полярному году (2007-2008). Архангельск, Арханг. Центр РГО, 2008. С. 174-179.

13. Торбик, Д.Н. Температурный режим воздуха в ельниках черничных, пройденных проходными рубками ухода / Д.Н. Торбик, П.А. Феклистов // Экологические проблемы Севера: Межвузовский сборник научных трудов. Вып. 12. Архангельск, 2009. С. 101-104.

14. Торбик, Д.Н. Влияние рубок ухода на некоторые свойства почвы в сосняках брусничных / Д.Н. Торбик, П.А. Феклистов // Экологические проблемы Севера: Межвузовский сборник научных трудов. Вып. 12. Архангельск, 2009. С. 83-87.

15. Торбик, Д.Н. Об изменении влажности воздуха на площадях рубок ухода в ельниках черничных / Д.Н. Торбик, П.А. Феклистов // Сохранение биологического разнообразия наземных и морских экосистем в условиях высоких широт: Материалы Международной научно-практической конференции. Мурманск, 13-15 апреля 2009 г. / Науч. Ред. Н.В. Васильевская. Мурманск: МГПУ, 2009. 319 с. С. 279-282.

16. Торбик, Д.Н. Состояние напочвенного покрова и естественное лесовозобновление на площадях рубок ухода / Д.Н.Торбик // Геоэкология и рациональное природопользование: от науки к практике: Материалы III Всероссийской (с международным участием) научно-практической конференции молодых учёных. 19-22 октября 2009 г. Белгород: ИПЦ «ПОЛИТЕРРА», 2009. С. 118-120.

17. Торбик, Д.Н. Рост еловых древостоев после проведения в них рубок ухода / Д.Н. Торбик, П.А. Феклистов // Экологические проблемы Севера: Межвузовский сборник научных трудов. Вып. 13. Архангельск: изд-во АГТУ, 2010. С. 38-41.

18. Торбик, Д.Н. Изменение экологических условий в насаждениях, формируемых рубками ухода / Д.Н. Торбик // VI Международный контактный форум по сохренению местообитаний в Баренцевом Евро-Арктическом регионе. Архангельск, 2010. С. 46-47.

Размещено на Allbest.ru

...