СТАЦИОНАРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВОЗРАСТНОЙ И ВОССТАНОВИТЕЛЬНОЙ ДИНАМИКИ ТЕМНОХВОЙНЫХ ЛЕСОВ ЗАПАДНОГО САЯНА
Ермоленко П.М., Овчинникова Н.Ф. (ИЛ СО РАН, г. Красноярск, РФ)
The long-term researches have been carried out in West Sayan forests since 1966. Research objects are mature kedr (Pinus sibirica), fir, kedr - fir forests and second growth stands of different structure and age after cutting in three altitude belts. Purpose of the researches was finding of regularities in age-altitude dynamics of forest recovery process.
Долговременные исследования в лесах Западного Саяна проводятся на Ермаковском горном стационаре Института леса СО РАН с 1966 г. Объекты изучения – спелые кедровые, пихтовые, кедрово-пихтовые леса и производные послерубочные насаждения различного состава и возраста, в трех высотных поясах. Цель исследований – установление высотно-поясных закономерностей динамики лесообразовательного процесса, проходящего под воздействием природных факторов и антропогенных стрессовых нагрузок на лесные экосистемы. Выбор объекта исследования обусловлен высокой экологической и хозяйственной значимостью кедровых и пихтовых лесов Западного Саяна с их чрезвычайно высокой чувствительностью к воздействию неблагоприятных внешних факторов, приводящих к разрушению лесных экосистем.
Изучение влияния климатических и эдафических факторов на рост кедра и пихты в разных высотных поясах Западного Саяна показало, что в наиболее теплом и влажном черневом поясе ведущим фактором, определяющим успешность роста древесных пород, является почвенное плодородие, а в более холодных горнотаежном и субальпийском поясах – теплообеспеченность в воздушной и почвенной средах (Ермоленко, 1975, 1981, 1985).
Исследования зависимости успешного роста молодых генераций кедра от фитоценотических условий в различных производных древостоях установили, что под пологом осинников и березняков по угнетающему воздействию на рост кедра на первом месте стоит корневая конкуренция древостоя, на втором – снижение освещенности кедра кронами деревьев верхнего яруса, на третьем – влияние травяного покрова. В пихтовых фитоценозах первостепенным фактором, ухудшающим рост кедра, является круглогодичное затенение его кронами пихт, создающих более жесткий, чем в сезонно-листопадных древостоях, микроклимат. Корневая конкуренция между подростом кедра с пихтовым древостоем стоит здесь на втором месте, а влияние живого напочвенного покрова – на третьем (Ермоленко, 1990).
В результате 25-летнего экспериментального исследования взаимоотношений кедра с пихтой и березой в условиях черневого пояса установлено, что при совместном произрастании кедр по отношению к пихте не является конкурентом и даже выступает как порода, улучшающая условия для её роста. Наоборот, пихта оказывает на кедр конкурентное давление, вызывая его угнетение и усыхание. Между кедром и березой конкурентные взаимоотношения наблюдаются лишь в молодом возрасте и воздействующим элементом выступает береза. С возрастом у кедра проявляются приспособительные реакции, которые позволяют ему выживать под пологом березняков (Ермоленко, Овчинникова, 2000).
Многолетние исследования возрастной динамики древостоев в коренных темнохвойных лесах в черневом, горнотаежном и субальпийском поясах Западного Саяна выявили, что в черневых крупнотравно-папоротниковых кедровниках 200-250-летнего возраста нет или мало молодых поколений кедра, что обусловлено плохим естественным возобновлением кедра в этой группе типов леса. Условно-одновозрастная структура древостоев в спелых и перестойных кедровниках не обеспечивает господства кедра в насаждении после отмирания деревьев старших поколений. В процессе возрастной динамики древостоя в черневых кедровниках происходит смена их на пихтовые древостои, имеющие весь спектр возрастных поколений, что обеспечивает непрерывность замены старых отмирающих деревьев пихты молодыми. Сукцессия черневых кедровников пихтарниками в ходе возрастной динамики древостоев определяет их нестабильность и позволяет считать их временными сообществами, а пихтарники – коренными лесами черневого пояса (Ермоленко, 2000).
Изучение кедровых и кедрово-пихтовых насаждений в горнотаежном и субальпийском поясах показало, что в последние 30-40 лет возрастные изменения их структуры незначительны и они полностью сохраняют свою фитоценотическую основу, что отвечает понятию циклической динамики в определении В.Н. Сукачева (Ермоленко, 1985; Ермоленко, Кузьмичев, Овчинникова, Морозов, 2002).
Послерубочная восстановительная динамика кедровых и пихтовых лесов изучается в черневом и горнотаежном поясах. Лесовосстановительный процесс на сплошных вырубках черневых кедровников идет со сменой пород. Здесь формируются производные лиственные, хвойно-лиственные фитоценозы, под древесным пологом которых идет процесс естественного возобновления кедра и пихты. Установлено, что возобновление пихты идет в 2-4 раза успешнее, чем кедра (Овчинникова, Ермоленко, 1993). Темпы накопления темнохвойного подроста в производных насаждениях определяются фитоценотическими условиями. В 30-40-летних осиновых фитоценозах пихта образует второй ярус, а кедр остается ещё в подросте. Динамика густоты подроста показывает, что наиболее благоприятные условия для естественного возобновления кедра создаются под пологом березового древостоя. «Врастание» в древесный полог единичных экземпляров подроста в разных фитоценозах не сказывается на идущем естественном изреживании производных древостоев через 25-50 лет после рубки коренного. Естественное возобновление кедра под пологом производных древостоев не обеспечивает быстрое восстановление черневых кедровников на вырубках. Двадцатилетняя динамика численности подроста кедра и пихты в различных фитоценозах, его сохранность и возрастные спектры, позволяют утверждать о наличии сходства механизмов регуляции внутрипопуляционной структуры у этих пород (Овчинникова, 2002). В последние годы повсеместно наблюдается сокращение новых генераций хвойных пород. Из рисунка видно, что в производных фитоценозах отпад подроста идет более интенсивно, чем пополнение самосевом ценопопуляций как кедра, так и пихты.
Рисунок- Динамика появления (1) и отпада (2) подроста кедра и пихты в производных фитоценозах в черневом поясе Западного Саяна
Изучены временные ряды изменения таксационных характеристик производных древостоев за последние 25-30 лет с установлением возрастных этапов сукцессии производных фитоценозов (Кузьмичев, Овчинникова, Ермоленко, 2002).
В горнотаежном поясе на вырубках кедрово-пихтовых и пихтовых лесов начальный этап демутационного процесса характеризуется развитием коротко-производных сообществ из подлесочных пород с малым участием в них березы и осины. Эта «очаговая» стадия формирования лесных растительных группировок происходит на вырубках в первые 1-3 года после рубки. Второй этап (4-20 лет) – включает три временные стадии: подлесочно-кустарниковую, пихтово-подлесочную, подлесочно-пихтовую. На третьем этапе (вырубки старше 20 лет) наступает заключительная стадия – пихтовая. Такая схема прохождения этапов восстановительных смен наиболее возможна при условии сохранения подроста и тонкомера кедра и пихты в процессе проведения рубок (Ермоленко, Юрасов, Овчинникова, 1993).
Результаты стационарных исследований легли в основу разделения темнохвойных лесов Западного Саяна на три класса по их устойчивости (времени восстановления лесной экосистемы) к катастрофическим нарушениям – сплошным рубкам. Выделяются: высокоустойчивые лесные экосистемы – их восстановление происходит без смены пород за 60-80 лет; устойчивые – восстановление идет через смену на лиственные породы за 120-150 лет; слабоустойчивые – время возврата темнохвойной формации 300 и более лет (Ермоленко, Овчинникова, 1999).
Практическое приложение стационарные лесоводственные исследования нашли в разработках Правил рубок главного пользования, Наставлений по уходу за насаждениями в лесах Восточной и Западной Сибири (1977, 1988, 1994), Руководства по организации хозяйства в кедровых лесах Сибири (1990).
В настоящее время создана пополняемая база данных в виде электронных таблиц пакета Microsoft Excel (Овчинникова, 2000, 2001). В ней содержится информация о закартированной древесной растительности (от всходов до отпада), полученная в течение более 30-летнего периода наблюдений путем 3-5 сплошных периодических учетов и замеров морфометрических параметров на постоянных пробных площадях, расположенных в разных высотных поясах. Наличие компьютерной базы данных и возможность ее конвертирования в другие форматы представления таблиц реляционных баз данных, позволяет перевести на качественно новый уровень проводимые долговременные стационарные исследования и расширить их.