Структура живого напочвенного покрова после добровольно-выборочных и равномерно-постепенных рубок

СТРУКТУРА ЖИВОГО НАПОЧВЕННОГО ПОКРОВА ПОСЛЕ ДОБРОВОЛЬНО-ВЫБОРОЧНЫХ И РАВНОМЕРНО-ПОСТЕПЕННЫХ РУБОК

Беляева Н.В., Пакконен Н.А.

In the article the structural changing of vegetation low tiers on objects with selective felling is analyzed. It is marked that selective felling is firstly directed to coniferous undergrowth appearance that is the most important demand to forest economic measure choice.

Живой напочвенный покров является одним из важнейших компонентов лесного биогеоценоза. В результате воздействия извне, например, добровольно-выборочных и равномерно-постепенных рубок, увеличивается поступление дополнительных ресурсов в нижние ярусы растительности, которые связывают элементы питания и вовлекают их в систему малого биокруговорота. В этом проявляется почвозащитная и ресурсосберегающая роль живого напочвенного покрова (Беляева Н.В., 2006; Мельников Е.С., Беляева Н.В., Богданова Л.С., 2006). Структурные изменения, происходящие в живом напочвенном покрове после воздействия извне, обеспечивают стабильность биокруговорота элементов питания и, таким образом, повышают устойчивость лесного фитоценоза.

Сравнительный анализ динамики структурных изменений напочвенной растительности на участках леса, пройденных добровольно-выборочными и равномерно-постепенными рубками, дает возможность выявить особенности восстановительных процессов, протекающих в лесном фитоценозе после удаления его главного компонента - древостоя, а также установить закономерности в реакции лесной экосистемы на вышеназванные хозяйственные мероприятия, облегчая тем самым их регламентацию с учетом типа леса.

Целью данной работы было изучить развитие живого напочвенного покрова после добровольно-выборочных и равномерно-постепенных рубок, его структуру.

Объектами исследования являлись еловые и сосновые древостои кисличного и черничного типов леса, расположенные на территории Лисинского учебно-опытного лесхоза в Лисинском лесничестве. Характеристика опытных объектов представлена в табл. 1.

При изучении структуры живого напочвенного покрова основное внимание уделялось определению проективного покрытия. Применялась общепринятая методика учета растений на однометровых учетных площадках (Базилевич Н.И. и др., 1978; Гришина Л.А. и др., 1971; Карпачевский Л.О., 1981). Для характеристики травяно-кустарничкового и мохово-лишайникового ярусов закладывались учетные площадки размером 1 м2. Как правило, в лесных фитоцено-зах рекомендуют закладывать по 10 площадок; в болотных и луговых, а также в сообществах прибрежно-водной и рудеральной растительности - по 5 площадок (Титов Ю.В. и др., 1994).

Таблица 1 - Характеристика объектов исследования (по данным лесоустройства 2005 г.)_

Номер объекта Средние Класс бонитета Относительная полнота

Состав высота, м диаметр, см Тип леса / ТУМ Запас, м3 /га Вид рубки

1 7Е353Б35 10 10 3 Е.ЧС / В2 0,7 90 РПР

2 8Е551Б451Ос45 18 10 2 Е.КС / С 2 0,8 250 РПР

3 4С1502Е1502Б120Ос120 25 30 3 С.ЧС / В2 0,6 260 РПР

4 3С1203Е1203 Б801Ос80 23 22 3 С.ЧС / В2 0,7 280 РПР

5 4С1503Е1302Ос1201Б120 26 30 3 С.ЧС / А2 0,5 210 РПР

6 8Е252Б25 7 6 3 Е.ЧС /В2 0,7 70 ДВР

7 8Е1302Б120+С130 22 24 3 Е.ЧС / В2 0,6 220 ДВР

Примечание. Е.ЧС - ельник черничный свежий, Е.КС - ельник кисличный, С.ЧС - сосняк черничный свежий, ТУМ - тип условий местопроизрастания, РПР - равномерно-постепенная рубка, ДВР - добровольно-выборочная рубка.

Однако по мнению некоторых исследователей необходимо закладывать не менее 20 площадок. Это наименьшее необходимое их число для получения самой общей характеристики нижних ярусов лесных сообществ, если их исследование не является основной целью работы (Андреева Е.Н., 2002). Площадки обычно закладываются по диагоналям обследуемой площади с расчетом их максимально равномерного размещения (Титов Ю.В. и др., 1994). В нашем исследовании на каждом объекте исследования было заложено по 20 учетных площадок, на которых определяли степень проективного покрытия напочвенной растительности. Проективное покрытие - это отношение проекций побегов и листьев растений к общей площади участка; выражается оно в процентах. Сначала на каждой площадке определяли общее проективное покрытие травя-но-кустарничкового и мохово-лишайникового ярусов, затем определяли проективное покрытие каждого вида на площадке. Суммарное проективное покрытие растительности живого напочвенного покрова рассчитывалось простым суммированием показателей по всем видам. Все растения травяно-кустарничкового яруса распределяли на 3 группы: 1 - кустарнички; 2 - разнотравье; 3 - осоковые (осоки), злаковые (вейники, луговики, мятлики), ситниковые (ситник и ожика). Различия в соотношении этих групп позволяет более полно охарактеризовать причины изменений в структуре живого напочвенного покрова.

Учет проективного покрытия живого напочвенного покрова после добровольно-выборочных и равномерно-постепенных рубок проводился летом 2009г. Результаты исследования представлены в табл. 2.

Таблица 2 - Проективное покрытие живого напочвенного покрова на объектах исследования

Номер объекта исследования Вариант опыта Тип леса / ТУМ Травяно-кустарничковый ярус Мхи, % Итого, %

кустарнички, % травы, % итого, %

1 РПР Е.ЧС / В2 13,4 39,8 53,2 36,2 89,4

Номер объекта исследования Вариант опыта Тип леса / ТУМ Травяно-кустарничковый ярус Мхи, % Итого, %

кустарнички, % травы, % итого, %

2 РПР Е.КС / С 2 3,9 72,1 76,0 31,8 107,8

3 РПР С.ЧС / В2 19,5 48,0 67,5 41,0 108,5

4 РПР С.ЧС / В2 21,8 42,7 64,5 37,7 102,2

5 РПР С.ЧС / А2 14,4 52,7 67,1 39,4 106,5

6 ДВР Е.ЧС / В2 24,5 45,8 70,3 32,1 102,4

7 ДВР Е.ЧС / В2 25,0 44,2 69,2 36,0 105,2

Примечание. На объекте 2 зафиксировано наличие полукустарников (малины) с проективным покрытием 0,5%.

Рассмотрим изменения, происшедшие в структуре живого напочвенного покрова, после добровольно-выборочных и равномерно-постепенных рубок (рис. 1).

Суммарное проективное покрытие живого напочвенного покрова

х1

о4 £

Я л и о с 1)

0 к и

1 1) о Л

с 1) о к

О

112.0 104.0 96.0 88.0 80.0 72.0 64.0 56.0 48.0 40.0 32.0 24.0 16.0 8.0 0.0

107.8

108.5

89.4

102.2

106.5

102.4

105.2

РПР РПР РПР РПР РПР

Варианты опыта

ДВР

ДВР

Рисунок 1 - Суммарное проективное покрытие живого напочвенного покрова

Анализ данных рис. 1 показывает, что на всех опытных участках независимо от варианта опыта суммарное проективное покрытие живого напочвенного покрова превышает 100%, что свидетельствует о наличии как травяно-кустарничкового, так и мохово-лишайникового ярусов.

Через 15-20 лет после проведения несплошных рубок почти на всех участках (исключение составляет лишь пробная площадь 1) величина проективного покрытия приблизительно одинаковая и варьирует от 102,2 до 108,5%. Вероятно, это можно объяснить тем, что проведение любых хозяйственных мероприятий в лесу (в данном случае - выборочные рубки) изменяет баланс между составляющими лесной экосистемы, что неизбежно приводит к выходу и компо-

нентов, и лесной экосистемы в целом из состояния подвижного устойчивого равновесия (Беляева Н.В., 2006; Мельников Е.С., Беляева Н.В., Богданова Л.С., 2006).

Однако после проведения рубок леса обостряется способность нижних ярусов растительности связывать элементы питания и вовлекать их в систему малого биокруговорота, интенсифицируя тем самым восстановительные процессы, укрепляя структуру и повышая устойчивость фитоценозов. В результате происходит возврат лесной экосистемы к «норме», хотя уже на несколько ином уровне функционирования и с измененной структурой, что свидетельствует о возврате системы в состояние подвижного устойчивого равновесия.

На объекте 1 суммарное проективное покрытие составляет всего лишь 89,4%, что, на наш взгляд, можно объяснить особенностями строения елового полога. Сомкнутость крон на указанном участке составляет 0,8, что, естественно, препятствует активному разрастанию живого напочвенного покрова.

Как видно из данных рис. 2, на всех опытных участках независимо от варианта опыта в первую очередь развиваются травы.

Среднее проективное покрытие по ярусам

и К н

л &

о к и о к т К

Ё и о л к и и К Ч и Л О

80.0 -| 70.0 60.0 -\ 50.0 40.0 -I 30.0 20.0 -I 10.0 0.0

72.1

39.8

13.4

Л

3.9

52.7

48.0

41.0

42.7

19.5

1

21.8

45.8

44.2

24.5

14.

I

25.0

36.0

РПР РПР РПР РПР РПР

Варианты опыта

Кустарнички  Травы  Мхи

ДВР

ДВР

Рисунок 2 - Среднее проективное покрытие живого напочвенного покрова по ярусам

Известно, что именно рубки леса (в данном случае - добровольно-выборочные и равномерно-постепенные) вызывают изменение экологического режима. Снижая конкуренцию со стороны древостоя, они, как правило, способствуют высвобождению части почвенных ресурсов и, следовательно, активному разрастанию живого напочвенного покрова и, в первую очередь, светолюбивых трав.

310190013154315031019001315431503101530131573150310190013157315031019001315431051001900131543150

?R?!z!?Y?R?!U!?Y?R?!z!?Y?R?!z!?V?%*!z!?V?%

Однако следует отметить, что доля трав, появившихся после несплошных рубок, не превышает, как правило, 50%. В нашем опыте она варьирует от 39,8 до 52,7%. Кроме того, разрастание напочвенной растительности затрудняется наличием подроста ели (табл. 3), который создает травам значительную конкуренцию за свет, воду и элементы питания.

Исключение составляет лишь объект 2, где доля травянистых растений составляет 72,1% от общего суммарного проективного покрытия. Объясняется это явление тем, что на данной пробной площади зафиксирована наименьшая численность подроста ели, и ничто не препятствует развитию светолюбивой растительности нижних ярусов.

Таблица 3 - Зависимость проективного покрытия живого напочвенного покрова и численности подроста ели европейской

Номер объекта исследования Вариант опыта Тип леса / ТУМ Травяно-кустарничковый ярус Мхи, % Численность подроста ели, тыс.экз./га

кустарнички, % травы, %

1 РПР Е.ЧС / В2 13,4 39,8 36,2 3153

2 РПР Е.КС / С 2 3,9 72,1 31,8 2333

3 РПР С.ЧС / В2 19,5 48,0 41,0 3988

4 РПР С.ЧС / В2 21,8 42,7 37,7 4295

5 РПР С.ЧС / А2 14,4 52,7 39,4 2952

6 ДВР Е.ЧС / В2 24,5 45,8 32,1 4380

7 ДВР Е.ЧС / В2 25,0 44,2 36,0 4133

Аналогичная картина выявлена при анализе развития кустарничков после выборочных рубок. Их доля на всех объектах кроме участка 2 не превышает 25% и варьирует от 13,4 до 25%. На пробной площади 2 была зафиксирована наименьшая численность кустарничков - 3,9% от общего суммарного проективного покрытия живого напочвенного покрова, что также объясняется причинами, о которых уже говорилось выше.

Известно, что одним из визуальных показателей замедленного биокруговорота является увеличение доли проективного покрытия мохового яруса в суммарном покрытии (Беляева Н.В., 2006). Как видно на рис. 3, на всех объектах несплошных рубок господствует травяно-кустарничковый ярус. Его доля варьирует от 59,5 до 70,5%. Доля мохово-лишайникового яруса колеблется от 29,5 до 40,5%.

Доля проективного покрытия травяно-кустарничкового и мохово-лишайникового ярусов в суммарном проективном покрытии

о £

& Э

и &

РПР РПР РПР РПР РПР ДВР ДВР

Варианты опыта

Травяно-кустарничковый ярус  Мохово-лишайниковый ярус

Рисунок 3 - Доля проективного покрытия травяно-кустарничкового и мохового ярусов в суммарном покрытии

Таким образом, добровольно-выборочные и равномерно-постепенные рубки в отличие от сплошных (Беляева Н.В., Григорьева О.И., 2010) не приводят к снижению интенсивности биологического и заболачиванию участков. На основании вышесказанного можно сделать вывод, что выборочные рубки являются более перспективными по сравнению со сплошными с экологической точки зрения.

В целом же выборочные рубки, если и не вызывают кардинального изменения в соотношении между травяно-кустарничковым и мохово-лишайниковым ярусом, то по крайней мере сдвигают это соотношение в пользу первого, что позволяет нам утверждать о возможности повышения интенсивности биокруговорота при несплошных рубках.

Однако в связи с этим возникает закономерный вопрос, какие компоненты травяно-кустарничкового яруса в первую очередь влияют на ослабление позиций мохово-лишайникового. В связи с этим рассмотрим более подробно структурные изменения, происходящие в травяно-кустарничковом ярусе на объектах выборочных рубок (табл. 4, рис. 4).

Таблица 4 - Проективное покрытие травяно-кустарничкового яруса, %

Номер объекта исследования Вариант опыта Тип леса / ТУМ Суммарное проективное покрытие, %

травы кустарнички

злаковые, ситниковые и осоковые % разнотравье, %

1 РПР Е.ЧС / В2 12,0 27,8 13,4

2 РПР Е.КС / С 2 16,5 55,6 3,9

3 РПР С.ЧС / В2 8,4 39,6 19,5

4 РПР С.ЧС / В2 7,2 35,5 21,8

5 РПР С.ЧС / А2 12,2 40,5 14,4

6 ДВР Е.ЧС / В2 9,5 36,3 24,5

7 ДВР Е.ЧС / В2 10,0 34,2 25,0

РПР РПР РПР РПР РПР ДВР ДВР

Варианты опыта

I Злаковые, осоковые и ситниковые растения  Разнотравье В Кустарнички

Рисунок 4 - Проективное покрытие травяно-кустарничкового яруса

Из данных рис. 4 видно, что на участках выборочных рубок независимо от варианта опыта доля злаковых, осоковых и ситниковых растений не превышает 20% и варьирует от 7,2 до 16,5%, а величина разнотравья после колеблется от 27,8 до 55,6%. Следует отметить, что биологической особенностью злаковых, осоковых и ситниковых растений является способность образовывать дернину, что может значительно ухудшить возобновление хвойных пород на вырубках. Поэтому незначительная доля проективного покрытия данных видов по сравнению с величиной разнотравья не может положительно не сказаться на процессе естественного лесовозобновления. Это позволяет нам считать, что добровольно-выборочные и равномерно-постепенные рубки направлены, в первую очередь, на появление подроста хвойных пород, что является важнейшим лесо-водственным требованием при выборе лесохозяйственных мероприятий.

Резюмируя вышеизложенное, можно сделать следующие выводы:

1. На всех опытных участках независимо от варианта опыта суммарное проективное покрытие живого напочвенного покрова превышает 100%, что свидетельствует о наличии как травяно-кустарничкового, так и мохово-лишайникового ярусов.

2. Через 15-20 лет на участках леса, пройденных добровольно-выборочными и равномерно-постепенными рубками, величина проективного покрытия живого напочвенного покрова приблизительно одинаковая и варьирует от 102,2 до 108,5%.

3. На объектах исследования после несплошных рубок в первую очередь развиваются травы. Их доля не превышает, как правило, 50% и варьирует от 39,8 до 52,7%. Разрастание напочвенной растительности затрудняется наличием подроста ели.

4. По нашим данным, после выборочных рубок также успешно развиваются кустарнички, создавая конкуренцию травам за свет, воду и элементы питания, и тем самым, способствуя появлению подроста хвойных пород. Доля кустарничков составляет от 13,4 до 25%.

5. Результаты работы позволяют сделать вывод о том, что на объектах несплошных рубок травяно-кустарничковый ярус преобладает над мохово-лишайниковым. Доля травяно-кустарничкового яруса варьирует от 59,5 до 68,7%. Таким образом, добровольно-выборочные и равномерно-постепенные рубки в отличие от сплошных не приводят к снижению интенсивности биологического и заболачиванию участков.

6. Как показали исследования, после выборочных рубок доля злаковых, осоковых и ситниковых растений не превышает, как правило, 20% и составляет от 7,2 до 16,5%, а величина разнотравья после колеблется от 27,8 до 55,6%. Незначительная доля проективного покрытия злаковых, осоковых и ситниковых растений по сравнению с величиной разнотравья не может положительно не сказаться на процессе естественного лесовозобновления.

На основании вышесказанного можно сделать вывод о том, что выборочные рубки являются более перспективными по сравнению со сплошными с ле-соводственной точки зрения.

Литература

1. Андреева Е.Н., Баккал И.Ю., Горшков В.В. и др. Методы изучения лесных сообществ. - СПб.: НИИХимии СПбГУ, 2002. - 240 с.

2. Базилевич Н.И., Титлянова А.А., Смирнов В.В. Методы изучения биологического круговорота в различных природных зонах. - М.: Мысль, 1978. - 182 с.

3. Беляева Н.В. Закономерности функционирования сосновых и еловых фитоценозов южной тайги на объектах комплексного ухода за лесом: дисс. ...к.с.-х. наук. - СПб., 2006. -186 с.

4. Беляева Н.В., Григорьева О.И. Структурные изменения в живом напочвенном покрове после сплошных рубок, проведенных в комплексе с механической подсушкой осины // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии: Вып.190. - СПб.: СПбГЛТА, 2010. - С.15-24.

5. Гришина Л.А., Самойлова Е.М. Учет биомассы и химический анализ растений. - М.: Изд-во Моск. ун-та, 1971. - 99 с.

6. Карпачевский Л.О., Воронин А.Д., Дмитриев Е.А. и др. Почвеннобиогеоценотиче-ские исследования в лесных биогеоценозах. - М.: Изд-во Моск. ун-та, 1984. - 160 с.

7. Мельников Е.С., Беляева Н.В., Богданова Л.С. Влияние комплексного ухода за лесом на развитие нижних ярусов растительности сосновых и еловых фитоценозов южной тайги // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии: Вып.178. - СПб.: СПбГЛТА, 2006. - С.4-12.

8. Титов Ю.В., Игнатьева М.Е., Минкевич Г.П. Морфология и систематика растений: Методические указания по проведению учебной практики для студентов специальности 31.12. - СПб.: СПбГЛТА, 1994. - 44 с.