Формирование проективного покрытия Лесн ых травянистых растений на вырубках

УДК 634.982 В.А. Савченкова

ФОРМИРОВАНИЕ ПРОЕКТИВНОГО ПОКРЫТИЯ ЛЕСН ЫХ ТРАВЯНИСТЫХ РАСТЕНИЙ НА ВЫРУБКАХ

В статье рассмотрено влияние живого напочвенного покрова на формирование подроста после сплошных рубок. Получены математические модели, описывающие зависимость проективного покрытия лесных видов травянистой растительности различных групп типов вырубок.

Ключевые слова: подрост, живой напочвенный покров, виды травянистой растительности, естественное возобновление, типы леса, типы вырубок.

V.A. Savchenkova FORMATION OF PROJECTIVE COVERING OF WOOD GRASSY PLANTS ON THE FELLINGS

Influence of live ground cover onundergrowth formationafterclean fellingsis considered in the article. Mathematical models that describe the dependence of projective covering of the grassy plantwood species offellingtypeva-rious groups are received.

Key words: undergrowth, live ground cover, grassy plant species, natural regeneration, forest types, felling types.

Без изучения природы вырубок на типологической основе невозможно охарактеризовать лесорастительные условия на сплошных вырубках, необходимые для успешного возобновления с целью разработки на современной научной основе мероприятий по содействию естественному возобновлению леса и проведению лесокультурных работ. Вопросами формирования естественного возобновления леса в различных регионах нашей страны занимались многие ученые. Большой вклад в развитие лесной типологии как науки внесли И.С. Мелехов, В.И. Обыденников, Н.И. Кожухов, В.Г. Чертовской, В.В. Репневский и другие. К настоящему времени накоплен большой материал, характеризующий наиболее распространенные типы леса, методику их изучения, особенности естественного и искусственного возобновления.

С целью изучения динамики изменения живого напочвенного покрова на различных типах вырубок проведены исследования на постоянных и временных пробных площадях. Исследования проводились по стандартным методикам с описанием видов кустарничково-травянистых и мохово-лишайниковых растений, их проективного покрытия, обилия, жизненности вида, характера распространения по площади. По результатам учета проведен сравнительный анализ. Ежегодные наблюдения позволяют выявить динамику покрытия вырубок той или иной группой растений, установить закономерности возобновления, связанные с доминирующими видами травянистой растительности.

На рис. 1 представлено изменение проективного покрытия лесных травянистых растений на кипрейно-разнотравных, разнотравных и вейниковых вырубках в возрасте до 10 лет.

Возраст вырубки, лет

° кипрейно-разнотравная - разнотравная д вейниковая

- - -  Полиномиальный

----Полиномиальный

— — Полиномиальный

S1

На рис. 1 видно резкое снижение количества лесных видов травянистых растений после сплошных рубок леса на кипрейно-разнотравном типе вырубок (проективное покрытие до 1-2 %) и полное их отмирание на разнотравном (до 25 % от общей площади исследуемых вырубок) и вейниковом типах вырубок (до 70 % от общей площади исследуемых вырубок).

По видовому составу и ярусному строению напочвенный покров в молодняках кипрейных типов вырубок отличается от вейниковых и разнотравных меньшим покрытием и встречаемостью злаков.

Приближение данных полиномом четвертой степени дает уравнение:

- для кипрейно-разнотравного типа вырубки (Р2=0,9312):

У = 0,0867 • X4 - 2,1901 • X3 +19,718 • X2 - 73,922 • X + 97,328 ;

- для разнотравного типа вырубок (Р2=0,9442):

У = 0,0741 • X4 -1,9292 • X3 +17,856 • X2 - 69,51 • X + 98,246;

- для вейникового типа вырубок (Р2=0,9264):

У = 0,1096 • X4 - 2,745 • X3 + 24,218 • X2 - 88,56 • X +113,85 .

Коэффициент детерминации позволяет сделать вывод, что на кипрейно-разнотравных, разнотравных и вейниковых типах вырубок в возрасте до 10 лет проективное покрытие лесными видами растений естественным путем на 92-94 % зависит от типа и возраста вырубки и на 6-8 % от других факторов, влияние которых незначительно. Исследования показали, что это происходит в связи с увеличением уровня освещенности после удаления основного полога за один прием, так как лесные травянистые растения, произрастая под пологом древостоя, являются в разной степени тенелюбивыми.

В возрасте 10 лет наблюдается постепенное восстановление лесных видов травянистой растительности. Восстанавливаются зеленые мхи под пологом лугового разнотравья и крупнотравья.

На рис. 2 представлено изменение проективного покрытия лесных травянистых растений на кипрейно-разнотравных, разнотравных и вейниковых вырубках в возрасте свыше 10 лет. Вейниковые типы вырубок восстанавливаются хозяйственно-ценными породами наиболее длительно и слабо - менее 1,0 тыс. шт/га. Это связано с сильным задернением поверхности почвы. Как показали исследования, вейник отрицательно реагирует на затенение кронами древесных пород вследствие чего на 15-18-летних вырубках его численность идет на убыль. На кипрейно-разнотравных, разнотравных и вейниковых вырубках лесные виды восстанавливаются очень медленно.

Возраст вырубки, лет

о кипрейно-разнотравная - разнотравная д вейниковая

— — Полиномиальный

- - -  Полиномиальный

----Полиномиальный

На рис. 2 видно, что процессы протекают примерно одинаково. Увеличение лесной травянистой растительности не наблюдается. В травяно-кустарничковом ярусе вейниковых вырубок через 16 лет после рубки сохранился видовой состав и ярусное строение, типичные для вырубок. На 28-летних вырубках проективное покрытие вырубок лесными травянистыми растениями составляет до 20 % относительно покрытия под пологом вырубленного древостоя. Этот максимальный возраст, при котором производились исследования, так как это тот период, когда начались лесозаготовки в районе Среднего Приангарья в промышленных объемах. Полученные математические модели, описывающие взаимосвязь между проективным покрытием лесными травянистыми растениями и возрастом вырубки свыше 10 лет, можно представить следующими уравнениями:

- для кипрейно-разнотравного типа вырубки (Р2=0,649):

У - -0,0013 • X4 + 0,099 • X3 - 2,7554 • X2 + 33,036 • X -137,35 ;

- для разнотравного типа вырубок (Р2=0,8812):

У = -0,0006 • X4 + 0,0413 • X3 -1,0256 • X2 +11,522 • X - 47,25;

- для вейникового типа вырубок (Р2=0,6638):

У - -2Е - 05 • X4 - 0,0011 • X3 + 0,0822 • X2 + 0,6671 • X - 0,0783 .

Коэффициент детерминации позволяет сделать вывод, что на разнотравных типах вырубок в возрасте свыше 10 лет проективное покрытие лесными видами растений естественным путем на 88 % зависит от типа и возраста вырубки и на 12 % от других факторов, влияние которых незначительно. А на кипрейноразнотравных и вейниковых типах вырубок - на 64-66% зависит от типа и возраста вырубки и на 34-36 % -от других факторов. Исследования показали, что сильное влияние на восстановительный процесс оказывает длительное задернение почвы. Это позволяет сделать вывод, что для сокращения сроков выращивания хозяйственно-ценных пород на кипрейно-разнотравных и вейниковых типах вырубок необходимы дополнительные мероприятия по искусственному возобновлению леса.

Лишайниково-брусничные и бруснично-разнотравно-зеленомошные вырубки характеризуются меньшим плодородием и количеством видов, отсутствием задернения почвы, более легким составом почв и степенью ее увлажнения.

На рис. 3 представлено изменение проективного покрытия лесных травянистых растений на лишайниково-брусничных и бруснично-разнотравно-зеленомошных вырубках в возрасте до 10 лет. После сплошных рубок леса на лишайниково-брусничных и бруснично-разнотравно-зеленомошных вырубках количество лесных видов травянистых растений снижается, но полное их отмирание не происходит. На рис. 3 видно, что в период с 8 лет, как показали исследования, наблюдается увеличение количества и разновидности лесных травянистых растений. Отдельные виды продолжали произрастать после рубки леса, но в угнетенном состоянии (зеленые мхи, брусника обыкновенная, костяника обыкновенная и др.).

Возраст вырубки, лет

♦ бруснично-разнотравно-зеленомошная  лишайниково-брусничная

— Линейный

— Полиномиальный

Большинство видов восстанавливаются с увеличением возраста вырубки (ортилия однобокая, княжик сибирский, толокнянка обыкновенная, аконит северный, шикша сибирская, ветреница отогнутая, грушанка

круглолистная, майник двулистный и др.) и соответственно возрастает их проективное покрытие. Получен-

ные математические модели, описывающие взаимосвязь между проективным покрытием лесными травянистыми растениями и возрастом вырубки до 10 лет, можно представить следующими уравнениями:

- для бруснично-разнотравно-зеленомошного типа вырубок (Р2=0,1522):

У = 0,0918 -X2 -1,008 -Х + 6,1001;

- для лишайниково-брусничного типа вырубок (Р2=0,1644):

У =-0,2454-Х +3,0348.

Коэффициент детерминации позволяет сделать вывод, что на бруснично-разнотравно-зеленомошных и лишайниково-брусничных типах вырубок в возрасте до 10 лет проективное покрытие лесными видами растений естественным путем на 15-16 % зависит от типа и возраста вырубки. Исследования показали, что уровень относительной влажности (0,105-0,166) и плодородия (0,0101-0,019), порозность (0,445-0,689) поч-вогрунтов препятствуют задернению (0,1 -0,4) и плотному заращиванию лиственными породами поверхности почвы бруснично-разнотравных и лишайниково-брусничных типов вырубок в возрасте до 10 лет. В течение рассматриваемого периода после сплошных рубок наблюдается активное возобновление самосева хозяйственно-ценных пород. Это позволяет сделать вывод, что для сокращения сроков выращивания хозяйственно-ценных пород на бруснично-разнотравно-зеленомошных и лишайниково-брусничного типах вырубок необходимость в дополнительных мероприятиях по искусственному возобновлению леса отсутствует. На рис. 4 представлено изменение проективного покрытия лесных травянистых растений на лишайниковобрусничных и бруснично-разнотравно-зеленомошных вырубках в возрасте свыше 10 лет. Для лишайниковых типов леса свойственно слабое возобновление молодняка под пологом леса. Подрост на многих участках отсутствует, а на других участках имеет вытянутые тонкие формы с редкой, чаще однобокой кроной. Размещен подрост куртинами. Но после удаления древостоя создаются хорошие условия для возобновления хозяйственно-ценных пород путем сохранения подроста и самосева. В первые два года прирост молодняка достигает только 1-2 см. Появляется густой самосев - 6,0 тыс. шт/га и более. На 4-летних вырубках и старше прирост молодняка хозяйственно-ценных пород предварительной и последующей генераций одинаков.

На рис. 4 видно значительное увеличение видов лесных травянистых растений (в течение 10 лет 13 %). Минерализованные участки длительное время не подвергаются зарастанию травянистой растительностью. Представители лесной травянистой растительности частично отмирают. Развиваются кошачья лапка, различные виды лишайников, вейник лесной, но задернения поверхности почвы не наблюдается.

Возраст вырубки, лет

♦ лишайниково-брусничная 0 бруснично-разнотравно-зеленомошная - -  -Экспоненциальный

----Экспоненциальный

На втором этапе восстановления вырубок (с 5-6 до 10-20 лет после сплошной рубки главного пользования) наблюдается стабильное развитие лесной травянистой растительности, разделение ее на подъярусы.

С целью моделирования экологического процесса рассмотрим функцию роста проективного покрытия лесной травянистой растительности, которая обозначает аналитическую зависимость между ростом параметра и факторами, обуславливающими этот рост. Пусть в данный период ^ количество лесной травянистой растительности будет N0, а по прошествию некоторого времени Дt ее количество увеличилось до N [1]. Отношение (9) будет характеризовать среднюю скорость прироста популяции.

Ш

Я =--------.

N  Дг

При Д: ^ « этот показатель стремится к некой норме г, присущей естественному приросту для рассматриваемого вида:

г = ТГ~7

N -Л

Решая это уравнение, получим:

N = Ы0 -еп.

Для бруснично-разнотравно-зеленомошных типов вырубок получаем уравнение (Р2=0,7591):

У = 2,8986-е0,054*.

Для бруснично-лишайниковых типов вырубок (Р2=0,5409):

У = 0,6539-е0,1184*.

В действительности экспоненциальное возрастание численности лесных травянистых растений лимитируется рядом факторов (условия местопроизрастания, густота и размещение естественного возобновления и т.д.), не позволяющих бесконечно ей возрастать [1]. Причем часто эти факторы влияют на численность не только прямо, но и косвенно, через изменение системы биотических взаимодействий. Из этого можно сделать вывод, что существует предел, представляющий собой максимальную численность популяции К, к которому будет бесконечно стремиться кривая роста популяции. В таких условиях численность популяции N изменяется в соответствии с выражением

ЛГ = —,

1 + еа

Г

где а = — .

К

Чем многочисленнее популяция, тем сильнее сопротивление среды [1]. Коэффициент сопротивления среды описывается с помощью выражения

*=1-*^. (16) к

Производная от выражения (14) является скоростью роста численности популяции:

<Ш _ г-Ы-(К-Ы) Л ~ К

Так, например, производная от проективного покрытия 48,76 % равна 1,2816. На рис. 5 представлена скорость роста производной проективного покрытия лесных травянистых растений.

О X со X Ё *

^ 5

о к

с

*

сЗ

X

О

03

со

к

о

а*

с

Возраст вырубки, лет

♦ Производная скорости роста проективного покрытия лесных видов травянистых растений  Биологический потенциал

Рис. 5. Рост производной проективного покрытия лесной травянистой растительности

на вырубках в возрасте свьше 10 лет

Из рис. 5 видно, что скорость роста производной проективного покрытия лесных видов растительности с увеличением возраста вырубки снижается до момента достижения максимального уровня проективного покрытия. Площадь, заключенная между кривой биологического потенциала и логистической кривой, описываемой выражением (17), показывает сопротивление среды росту проективного покрытия лесных травянистых растений. Такие же расчеты можно провести и для других типов леса, но необходимости в этом нет, так как этот теоретический механизм описывает потенциальные возможности фитоценоза к восстановлению.

Литература

1. Гринин А.С., Орехов Н.А., Новиков В.Н. Математическое моделирование в экологии: учеб. пособие для вузов. - М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2003. - 269 с.