50 ЛЕТ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ТИПОЛОГИИ НА ЮЖНОМ УРАЛЕ
Андреев Г.В., Иванова Н.С. (Ботанический сад УрО РАН, г.Екатеринбург, РФ)
The results of using of the forest-site types on Southern Ural at 50 years are extened.
Разнообразный по природным условиям Южный Урал (на его территории имеются ландшафты гольцов, подгольцовых редколесий, тайги, подтайги, лесостепи и степи, гор, пенеплена, аккумуляцонных равнин), представляет собой превосходный испытательный полигон для апробации разных систем таксономической номенклатуры. К тому же леса Южного Урала с начала XVIII в. находятся под напряженным воздействием человека (рубки, лесные пожары, пастьба скота и сенокошение), а в ХХ в. подвержены также техногенному и радиационному загрязнению (Фильрозе, 1997). Многообразие природных ландшафтов и типов лесорастительных условий, интенсивные рубки и другие формы хозяйственного воздействия на леса Южного Урала привели к формированию чрезвычайно мозаичного по структуре растительного покрова, представленного разнообразными типами фитоценозов, находящихся на разных стадиях дигрессивно-демутационных смен. Особенно актуальной стала задача разработки многомерной иерархической системы типологических таксонов, пригодная для использования как в научных, так и прикладных целях.
Изучение лесной растительности Южного Урала на принципах генетической классификации началось 50 лет назад. Оно связано с переездом на Урал в 1956 году Б.П. Колесникова. Первой типологической схемой, основанной на принципах генетической классификации, стала схема, составленная для лесов Ильменского заповедника в 1957 г. (Фильрозе, 1958; Кулагин, 1962) и использованная в 1957-58 гг. при лесоустройстве, как экологическая основа организации лесного хозяйства. В последующие годы аналогичные типологические схемы, рассчитанные на использование в практическом лесоустройстве, были разработаны Е.М. Фильрозе сначала для смежных с заповедником лесхозов - Чебаркульского и Миасского (1958-1960), а затем и других лесхозов Челябинского управления лесного хозяйства (1961-1968 гг.), а также для отдельных лесхозов Свердловской области и Башкирии (Фильрозе, 1967; 1983; 1986; 1991; Побединский и др., 1983; Прокопов, Фильрозе, 1974; Фильрозе и др., 1990). Разработано лесорастительное районирование Челябинской области (Колесников,1969), вошедшее в фундаментальный труд "Леса СССР". Оказалось, что на Южном Урале практически не сохранилось первобытной "девственной" растительности. Все леса представлены в той или иной степени производными "вторичными" группировками, возникшими под прямым или косвенным участием человека.
Составлению типологических схем Южного Урала предшествовал обширнейший анализ литературных, картографических и ведомственных материалов, а также маршрутные и полустационарные исследования узловых объектов с участием лесных почвоведов и гидрологов (Абатуров,1961а, б; Миронов, 1961; 1981; 1983).
В составленных типологических схемах с помощью системы буквенных и цифровых обозначений показана принадлежность территории к той или иной зоне, подзоне, провинции, высотному поясу, флористическому комплексу биогеоцезов, эдафическому и гидрологическому комплексу лесорастительных условий разного ранга (классы, группы, типы); предусмотрена возможность выделения и систематизации данных для любых сочетаний таксонов, в том числе пользуясь их комбинацией из любых, разных иерархических уровней. В этой системе таксонов показаны и этапы формирования растительности по ее элементам. Гибкость предложенной системы таксонов дает самые широкие возможности их комбинирования, соответственного изучения соотношений между ее элементами как в статике, так и в динамике.
Схемы типов леса Южного Урала были неоднократно опубликованы (Фильрозе, 1958, 1967, 1971, 1983, 1986; Прокопов, Фильрозе, 1974; Фильрозе и др., 1990). В этих схемах каждый участок (лесной биогеоценоз) предлагается описывать совокупностью признаков экотопа и растительности.
Для характеристики экотопа используется следующий комплекс признаков: лесорастительная провинция; геоморфологический комплекс типов лесорастительных условий (почвообразующие породы); высотный пояс (флористический комплекс растительности); группа типов лесорастительных условий (эдафический комплекс); тип лесорастительных условий (тип местоположений).
На территории Южного Урала различаются следующие лесорастительные провинции: предуральская, западного макросклона, центральных горных хребтов, восточного макросклона, зауральского пенеплена, Западно-Сибирской равнины.
Геоморфологический комплекс типов определяет специфику почвообразующих пород (кислые или основные почвообразующие породы; суходолы и пойма крупных рек).
Высотный пояс (флористический комплекс типов) определяется по характерным видам-маркерам. В гольцово-тундровом поясе древостои отсутствуют; в подгольцовом встречаются разреженные внебонитетные криволесья; в таежном поясе расположены основные массивы лесов, теплолюбивые древесные виды (клен, дуб, ильм, лещина) отсутствуют; в поясе темнохвойно-широколиственных лесов обычны дуб, клен, ильм; степной пояс - имеется заметная примесь степных кустарников и трав.
Первоначально схемы лесорастительного районирования и типологические схемы (конец 50-х, 60-ые годы) составлялись отдельно для каждого из лесхозов. Но оказалось, что лишь немногие лесхозы вписывались в границы одного лесорастительного района: большая их часть, особенно в горах, имели разнородные по особенностям геологии и геоморфологии территории и, соответственно, включали в себя 2-3, а иногда и 4 разных лесорастительных региона.
Возникла настоятельная потребность в унификации таксонов, переходе от "индивидуальных" типологических схем (для лесхозов, региона) к более общим. Такой переход стал возможным при условии дополнительной промежуточной единицы: типа местоположений, определяемым положением участка в рельефе в сочетании с особенностями почвообразующих пород и водного режиму почвогрунтов.
Выделяются три класса и семь групп типов местоположений (Фильрозе, 1983, 1986 и др.). К классу А - дренированных участков, отнесены три группы типов: I группа типов - участки с крайне неустойчивым водным режимом. Запасы влаги малы и быстро расходуются. Влажность почв здесь всецело зависит от погодных условий и сильно колеблется; почвенные засухи - обычное явление. К ним относятся: скалы, скальные плиты, крутые и покатые склоны южной экспозиции с каменистыми почвами малой мощности - до 20-30 см. В группе преобладает процесс инфильтрации вод и их стока, интенсивен снос мелкозёма. II группа типов - участки с относительно устойчивым водным режимом, почвы средней мощности (до 40-50 см). Запасы влаги здесь хоть и больше, но всё же невелики: при длительном отсутствии дождей возможна засуха, хотя бы кратковременная. Преобладают процессы транзита вод и минеральных частиц. Во вторую группу входят: каменистые поля, повышения и пологие склоны со щебнистыми почвами, а также каменистые и щебнистые крутые и покатые северные склоны, гривистые поля, покатые южные рыхлые склоны, слабо покатые южные рыхлые склоны. III группа типов - с устойчивым водным режимом: почвы мощные (более 50 см). Они чаще всего встречаются в нижних элементах рельефа, но могут располагаться и на выравненных повышениях, обычных даже в горных регионах Южного Урала. Здесь преобладают процессы аккумуляции. К этой группе относятся плоские повышения, крутые склоны северных экспозиций, пологие склоны с мощными дренированными почвами, вогнутые склоны, дренированные понижения, дренированные долины речек и ручьев, покатые северные рыхлые склоны, пологие северные склоны и осушенные торфяники.
К классу Б - слабо дренированных и заболоченных участков - отнесены две группы типов: IV - с периодическим переувлажнением почвогрунтов и V группа типов с устойчивым или длительным переувлажнением почвогрунтов. К IV группе относятся сырые водоразделы, сырые склоны, сырые лога и поймы, сырые западины, сырые торфяники, сырые дражные поля и сырые галечники. V группу представляют: мокрые водоразделы, мокрые склоны, мокрые лога и поймы, мокрые торфяники, мокрые западины, мокрая кайма озёр, мокрые дражные поля.
Крутыми названы склоны более 15о, покатыми - 8-15о, слабо покатыми - 4-8о, пологими - до 4о. По экспозиции склоны различаются - северные от северо-западных до северо-восточных, южные от западных до восточных.
Класс В представлен участками с резко контрастным режимом увлажнения, засоленные: VI - с засолёнными лесопригодными почвами, VII - с засоленными нелесопригодными почвами.
В типологических схемах сочетание типа местоположений и принадлежности к лесорастительной провинции, геоморфологическому комплексу (почвообразующих пород), флористическому комплексу определяет тип лесорастительных условий.
Для определения типа растительного сообщества (типа фитоценоза) необходимо пользоваться следующим порядком в обозначении: 1) главная порода типа леса (преобладающая в возрасте естественной спелости сообщества); 2) временно преобладающая в древостое древесная порода; 3) тип подроста древесных пород; 4) тип подлеска; 5) тип напочвенного и мохово-лишайникового покрова.
Одному типу лесорастительных условий соответствует один тип коренной растительности и несколько генетических линий развития производной растительности (Фильрозе и др., 1990).
В нескольких последних вариантах типологических схем наряду с коренными типами нижних ярусов растительности, сопряженными с определенными почвенно-гидрологическими условиями, зафиксированы последовательные утраты - вначале мхов, затем кустарничков и лесного мелкотравья и соответствующая инвазия злаков, орляка, липы и сорняков. Выделены разные варианты стадий дегрессии в зависимости от доминирующего фактора деградации (пастьба скота, рекреация, техногенез и т.п.). С их помощью были выполнены оценки деградации не только древостоев, но и "покрова" для лесопарков Свердловска, Ильменского заповедника, некоторых степных лесхозов Челябинской области и Республики Башкортостан (Фильрозе, 1983; 1991; 1997; Фильрозе и др., 1990).
Использование генетической классификации типов леса показало её важную роль при определении детерминирующей или средообразующей (водо- и почвозащитной) роли лесных экосистем (Данилик и др., 1985), что особенно актуально для Южного Урала с его дефицитом водных ресурсов.
В настоящее время ведется дальнейшее развитие идей генетической типологии на Южном Урале. Работа ведется в следующих направлениях:
1. Составление таблиц хода роста нормальных и модальных березняков и сосняков для наиболее представленных групп и типов лесорастительных условий горно-лесной, лесостепной и степной лесорастительных зон ("Основные положения ...", 1977).
2. Развитие идеи о множественности генетических линий формирования лесных сообществ в пределах одного экотопа (коренного типа леса) (Андреев, 1997, 2002, 2005; Иванова, 1999, 2003, 2006).
3. Изучение факторов определяющих направление лесовосстановительных процессов. Определение (на основании соотношения хода роста по высоте в различных лесорастительных условиях) оптимального возраста и минимальной высоты подроста ели и пихты предварительной генерации, который может после сплошных рубок конкурировать с березой и осиной и войти в состав основного яруса формирующихся древостоев (Андреев, Алесенков, 2003; Андреев, 2005).
4. Изучение особенностей динамики II яруса ели и пихты в различных генетических линиях развития древостоя (Андреев, 2004).
5. Изучение динамики производительности древостоев в связи с рубками, ее зависимость от лесорастительных условий и генетической линии развития (Колесников, Фильрозе, 1967; Андреев, 2005); изучение роста по высоте (потенциальной производительности) основных лесообразующих видов и их реакция на изменение лесорастительных условий (II, III и IV группы ТЛУ), аппроксимация в виде математических моделей (уравнений) (Андреев, 2005; 2006).
6. Изучение структуры и продуктивности травяно-кустарничкового яруса в процессе восстановительно-возрастных смен древостоев в различных генетических рядах развития сообществ (коротко-, длительно- и устойчиво-производных березняках и осинниках) (Иванова, 1999, 2001б, 2002, 2003, 2004, 2005, 2006а, б).
7. Разработка критериев для оценки общего уровня трансформации горных темнохвойных лесов Южного Урала и выявление экологических групп видов, приуроченных к определенным стадиям динамики и эколого-динамическим рядам развития сообществ (Фильрозе, Андреев, Иванова, 1999, 2000; Иванова, 2000а, б, 2006а).
8. Изучение естественного возобновление главных лесообразователей (ели сибирской и пихты сибирской) под пологом субкоренных ельников и производных лиственных лесов (Иванова, Андреев, 1999; Иванова, 2001а).
9. Проведение сравнения различных подходов к классификации горных лесов Южного Урала (Иванова, 2000 в).
Таким образом, за прошедшие 50 лет проведен огромный объем работы по изучению лесной растительности Южного Урала: разработано лесорастительное районирование, составлены схемы типов леса, получены количественные данные и выявлены закономерности восстановительно-возрастной динамики древостоя и подчиненных ярусов для различных типологических таксонов. Схемы типов леса генетической классификации использовались при четырёх турах лесоустройства лесов Челябинской области. В результате тесного рабочего контакта лесного типолога с лесоустроителями и производственниками произошло взаимное обогащение и развитие идей и технологий. На современном этапе, базируясь на принципах генетической типологии и используя современные компьютерные и ГИС-технологии возможно получение совершенно новых пластов информации, составление электронных карт природной и антропогенной динамики лесов Южного Урала, структурирование огромной информации в удобной для пользователя форме.
Литература
1. Абатуров Ю.Д. Краткая характеристика почв основных типов лесов Ильменского заповедника // Вопросы развития лесного хозяйства на Урале. Ч. II Челябинская область / Тр. Ин-та биол. УФАН СССР. Свердловск, 1961. Вып.25. - С. 47-57.
2. Абатуров Ю.Д. О зависимости между бонитетом сосняков и содержанием в почве питательных веществ и влаги в лесах Ильменского заповедника // Вопросы развития лесного хозяйства на Урале. Ч. II Челябинская область / Тр. Ин-та биол. УФАН СССР. Свердловск, 1961. Вып.25. - С. 59-65.
3. Андреев Г.В. Типы восстановления древостоев в западных низкогорьях Южного Урала // Материалы научных чтений, посвященных памяти Б.П. Колесникова.- Екатеринбург, 1997.- С. 34-37.
4. Андреев Г.В. Восстановительно-возрастная динамика темнохвойных древостоев на Южном Урале // Исследования лесов Урала / Материалы научных чтений, посвященных памяти Б.П. Колесникова.- Екатеринбург, 2002.- С. 5-10.
5. Андреев Г.В., Алесенков Ю.М. Предпосылки успешного формирования хвойно-лиственных молодняков из предварительного подроста ели и пихты на Южном Урале // Лесное хозяйство и зеленое строительство в Западной Сибири. Томск: ТГУ, 2003. - С.22-28.
6. Андреев Г.В. Формирование и рост поколений ели и пихты II яруса нескольких рядов восстановительно-возрастных смен на Южном Урале // Лесной и химический комплексы – проблемы и решения.- Красноярск, 2004.- С. 206-210.
7. Андреев Г.В. Восстановительно-возрастная динамика темнохвойных древостоев на Южном Урале (на примере северной части западного макросклона). Автореферат дисс... канд. с.-х. наук – Екатеринбург, 2005.- 26 с.
8. Андреев Г.В. Динамика высот основных лесообразующих видов на Южном Урале // Современные проблемы устойчивого управления лесами, инвентаризации и мониторинга лесов / Материалы международной научно-технической конференции 22-24 ноября 2006. Санкт-Петербург, 2006. - С.33-41.
9. Данилик В.Н., Макаренко Г.П., Мурзаева М.К., Толкач О.В. Рекомендации по ведению лесного хозяйства и эксплуатации лесов Челябинской области с учетом оптимального распределения их по группам и категориям защитности с целью увеличения водных ресурсов. М.: ВНИИЛМ-УралЛОС, 1985. 38 с.
10. Иванова Н.С. Восстановительно-возрастная динамика нижних ярусов и принципы классификации растительности темнохвойных лесов западных низкогорий Южного Урала. Автореферат дисс... канд. с.-х. наук.- Екатеринбург, 1999 - 20 с.
11. Иванова Н.С. Использование экологических групп видов растений для оценки уровня трансформации горных темнохвойных лесов Южного Урала // Лесная таксация и лесоустройство: Межвузовский сборник научных работ. Красноярск: СибГТУ, 2000 а.- С. 200-207.
12. Иванова Н.С. Оценка уровня трансформации лесной растительности в связи с рубками геоботаническими методами // Лесная таксация и лесоустройство: Межвузовский сборник научных работ. Красноярск: СибГТУ, 2000 б.- С. 208-214.
13. Иванова Н.С. Методы классификации горных лесов Южного Урала // Лесоведение, 2000 в. - № 4.- С. 16-21.
14. Иванова Н.С. Особенности восстановления ценопопуляций ели и пихты в западных низкогорьях Южного Урала // Лесоведение, 2001а, - № 1. - С. 19-24.
15. Иванова Н.С. Трансформация нижних ярусов темнохвойных лесов Южного Урала под воздействием сплошных рубок // Лесное хозяйство, 2001б, №2. – С. 31-32.
16. Иванова Н.С. Оценка динамики биоразнообразия растительности нижних ярусов горных темнохвойных лесов Южного Урала // Лесная таксация и лесоустройство: Международный научно-практический журнал – Красноярск, 2002.- №1 (31). – С. 114-119.
17. Иванова Н.С. Восстановление нижних ярусов темнохвойных лесов западных низкогорий Южного Урала // Лесоведение, 2003. - № 1, - С.29-36.
18. Иванова Н.С. Тенденции трансформации нижних ярусов горных темнохвойных лесов Южного Урала // Ботанический журнал, 2004.- Т. 89.- № 4.- С.583-597.
19. Иванова Н.С. Оценка динамики участия семейств в общей продуктивности травяно-кустарничкового яруса в процессе восстановительно-возрастных смен древостоев западных низкогорий Южного Урала // Лесная таксация и лесоустройство: Международный научно-практический журнал. – Красноярск, 2005.- С. 64-68.
20. Иванова Н.С. Антропогенная динамика преобладающего типа леса западных низкогорий Южного Урала // Актуальные проблемы лесного комплекса: сборник научных трудов по итогам международной научно-технической конференции. Выпуск 13.- Брянск, 2006 а.- С. 40-50.
21. Иванова Н.С. Учет продуктивности травяно-кустарничкового яруса в процессе восстановительно-возрастных смен древостоев в горах Южного Урала // Материалы международной научно-технической конференции «Современные проблемы устойчивого управления лесами, инвентаризации и мониторинга лесов».- Санкт-Петербург, 2006 б.- С. 125-133.
22. Иванова Н.С., Андреев Г.В. Оценка подроста ели и пихты в лесах западных низкогорий Южного Урала // Лесная таксация и лесоустройство: Межвузовский сборник научных работ. Красноярск: СибГТУ, 1999. - С. 155-160.
23. Колесников Б.П. Леса Челябинской области // Леса СССР. М.: Наука, 1969. Т. 4. С.125-156.
24. Колесников Б.П., Фильрозе Е.М. Применение таксационно-статистического метода и генетической классификации типов леса для изучения продуктивности лесов // Лесоведение, 1967. № 4. с.16-25.
25. Кулагин Ю.З. Типы болотных лесов Ильменского заповедника и их динамика // Материалы по изучению флоры и растительности Урала / Тр. Ин-та биол. Уральского фил. АН СССР. Свердловск: УФАН СССР, 1962. Вып. 28.
26. Миронов Б.А. Гидрологические особенности лесов Ильменского заповедника // Вопросы развития лесного хозяйства на Урале, ч. II. Челябинская область область / Тр. Ин-та биол. УФАН СССР. Свердловск: УФАН СССР, 1961. Вып.25. - С. 33-45.
27. Миронов Б.А. Особенности роста сосны в разных типах леса Южного Урала в зависимости от гидротермического режима // Взаимодействие среды и растительности на Урале. Свердловск: УНЦ АН СССР, 1981. - С.110-116.
28. Миронов Б.А. Изучение гидрологической роли горных лесов при комплексных биогеоценотических исследованиях на Южном Урале // Эколого-географические и генетические принципы изучения лесов / Сб. Статей Свердловск: УНЦ АН СССР, 1983. - С.135-139.
29. Основные положения организации и развития лесного хозяйства Челябинской области. Тбилиси: Закавказское лесоустроительное предприятие ВО "Леспроект". 1977. - 227 с.
30. Побединский А.В., Абдулов М.Х., Ибрагимов И.А., Рябчинский А.Е., Фильрозе Е.М., Положенцев И.П., Муратов М.Э., Шестаков А.Ф. Рекомендации по ведению лесного хозяйства Башкирской АССР на лесотипологической основе М.: ВНИИЛМ. 1983. - 32 с.
31. Прокопов В.Ф., Фильрозе Е.М. Типология в лесном хозяйстве Челябинской области // Лесное хозяйство. 1974 -. №8. - С. 46-49.
32. Фильрозе Е.М. Типы леса Ильменского государственного заповедника и их динамика // Труды по лесному хозяйству Сибири.- Новосибирск, 1958. - Вып. 4.- С. 157-163.
33. Фильрозе Е.М. Схема генетической классификации типов леса тайги восточного макросклона Южного Урала и северной лесостепи восточно-уральского пенеплена // Типы и динамика лесов Урала и Зауралья.- Свердловск, 1967.- С. 119-155.
34. Фильрозе Е.М. Научные основы рационального использования горных лесов Южного Урала // Горные леса Южного Урала.- Уфа, 1971.- С. 49-59.
35. Фильрозе Е.М. Схема генетической классификации типов леса Южного Урала // Эколого-географические и генетические принципы изучения лесов. / Сборник статей. Свердловск: УНЦ АН СССР, 1983. - С. 53-59.
36. Фильрозе Е.М. Типы леса Южного Урала // Проблема использования типов леса в лесном хозяйстве и лесоустройстве.- Свердловск, 1986.- С. 35-42.
37. Фильрозе Е.М. Лесорастительные условия лесопарков г. Свердловска // Лесоводственные основы лесопользования и средозащитная роль лесов Урала. Свердловск: УрО АН СССР, 1991. - С. 103-121.
38. Фильрозе Е.М. 40 лет генетической классификации лесов на Южном Урале // Исследование лесов Урала / Материалы научных чтений, посвященных памяти Б.П. Колесникова. Екатеринбург: Институт леса УрО РАН, 1997. - С. 9-13.
39. Фильрозе Е.М., Рябчинский А.Е., Гладушко Г.М., Конашов А.В. Экология лесов западной Башкирии. Свердловск: УрО АН СССР, 1990. - 179 с
40. Фильрозе Е.М., Андреев Г.В., Иванова Н.С. Оценка уровня дигрессии лесной растительности в горах Южного Урала // Лесная таксация и лесоустройство: Межвузовский сборник научных работ. Красноярск: СибГТУ, 1999. - С. 148-155.
41. Фильрозе Е.М., Андреев Г.В., Иванова Н.С. Оценка антропогенной трансформации лесов методами динамической типологии // Труды ХI съезда русского географического общества. Т. 8 - Санкт-Петербург, 2000. - С. 67-69.