Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по биологии
Естественная и антропогенная динамика лиственничных лесов криолитозоны (на примере Якутии)
Автореферат докторской диссертации по биологии
|
Страницы: | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | |
СКАЧАТЬ ОРИГИНАЛ ДОКУМЕНТАГлава 4. ОЦЕНКА ИЗМЕНЕНИЯ ЛЕСОРАСТИТЕЛЬНЫХ УСЛОВИЙ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ ЭКЗОГЕННЫХ ФАКТОРОВ
4.1. Влияние лесной растительности на состояние мерзлоты. Растительный покров, являясь буфером и играя значительную роль в процессе тепло-, влагообмена между атмосферой и земной поверхностью, в значительной степени определяет термический режим почвогрунтов. Ведущим фактором среды в области криолитозоны является мощность сезонно талого слоя (СТС), которая меняется в возрастном ряду развития фитоценоза (рис. 4).
Рис. 4. Мощность слоя сезонного протаивания на разных стадиях зарастания вырубок в лиственничнике разнотравно-брусничном в Центральной Якутии
Стабилизирующая роль леса особенно важна для уязвимых к воздействию ландшафтов. Среди них территории, где под лесной растительностью распространен так называемый ледовый комплекс. Учитывая широкое распространение и глубину явления, вызывающего дестабилизацию лесных ландшафтов, следует говорить об особой значимости здесь лесного покрова, как одного из действенных факторов, способствующих сохранению многолетнемерзлых пород.
Основываясь на данных карты зонального распространения многолетней мерзлоты (Соловьев, 1989), выявлены районы, в которых лесная растительность играет особо важную роль в стабилизации мерзлотных ландшафтов (рис. 5). В выделенных регионах Якутии природосберегающаяа функция леса значительно превалирует над его значением, как природного ресурса. Предлагается в перечне защитных свойств лесов выделить функцию по сбережению мерзлоты. Эксплуатация таких лесов без щадящего режима может вызвать дестабилизацию таежных ландшафтов. Поэтому их следовало бы отнести к защитным лесам с их спецификой ведения хозяйства.
Рис. 5. Схема распространения лесов, выполняющих
мерзлотозащитные функции
4.2. Изменения микроклиматических условий на гарях. Приведены результаты исследований температурного режима почвы и приземного слоя воздуха, влажности и мощности сезонно-талого слоя в сукцессионном ряду разновозрастных гарей и в лиственничном лесу на примере Центральной Якутии. Отмечается, что в целом в первые годы на гарях повышается температура воздуха и почвы (в июле приземный слой воздуха теплее на 1,2-1,4, почвы - 5,5, в августе - на 0,6-1,1, почвы - 3,2), увеличивается амплитуда их колебаний, изменяются режим влажности почвы (влажность почвы увеличивается на 1-2-летних гарях - в 1,1-2,3 раза, на 10-12-летних - в 1,1-1,7 раза) и мерзлотные условия. В 2002 г. на свежей гари лиственничника брусничного (Центральная Якутия) почва протаяла более чем в 2 раза глубже, чем в лесу (табл. 1). Это объясняется тем, что на гарях в первые годы создаются благоприятные условия для интенсивного прогрева почвы, что обусловлено хорошим поглощением солнечной радиации ее зачерненной поверхностью и уменьшением затеняющей способности крон деревьев, вследствие чего увеличивается поступление прямой солнечной радиации (Короходкина, 1975; Тарабукина, Саввинов, 1990).
Таблица 1
Изменение мощности СТС на гарях и в лиственничнике брусничном, в см
Участки |
2002 |
2003 |
2004 |
||||||
VI |
VII |
VIII |
VI |
VII |
VIII |
VI |
VII |
VIII |
|
Свежая гарь |
89 |
90 |
107 |
Ц |
119 |
135 |
48 |
96 |
118 |
10-12-летняя гарь |
83 |
118 |
145 |
Ц |
118 |
128 |
50 |
105 |
126 |
21-23-летняя гарь |
Ц |
Ц |
148 |
Ц |
Ц |
124 |
45 |
94 |
121 |
58-60-летняя гарь |
78 |
85 |
93 |
Ц |
83 |
99 |
35 |
60 |
85 |
ес |
45 |
59 |
67 |
Ц |
60 |
68 |
30 |
50 |
92 |
Проведенные исследования позволили установить, что заметные изменения микроклиматических и почвенных условий на гарях происходят в первые 10 лет после пожара. Все параметры микроклиматических и почвенных условий (температура и влажность почвы, глубина СТС) зависят от степени зарастания гари. В ходе сукцессионного времени к 20-25 годам после пожара происходит стабилизация измененных условий.
4.3. Изменение лесорастительных условий на вырубках.Рубка леса также вызывает существенное изменение радиационного баланса территории. Так величина светового потока на вырубке в лиственничнике разнотравно-брусничном в два, а лиственничнике брусничном в три раза выше, чем в лесу, причем основная часть светового потока (соответственно 54,8 и 69,5%) в лесу задерживается кронами деревьев. Каждый балл сомкнутости снижает освещенность на 8-9%. На вырубках ужесточаются температурные условия приземного слоя воздуха, в первую очередь по крайним значениям. На вырубке почвы в целом теплее, чем в лесу (табл. 2), заметно изменяется влажность почв, причем у поверхности (наиболее важном для прорастания семян и развития всходов почвенном горизонте) влажность выше на участках с ненарушенной подстилкой и сохраненным травяно-кустарниковым покровом (табл. 3).
Лучшие условия прогрева почвы ведут к увеличению деятельного горизонта, возрастанию глубины сезонного оттаивания мерзлоты (рис. 4).
Таким образом, на вырубке лесорастительные условия кардинально изменяются, причем степень этого изменения зависит не только от условий произрастания, но и от степени нарушения растительного и почвенного покровов. То есть при проведении механизированных лесозаготовках изменения микроклиматических и почвенных условий значительнее, чем при старой технологии рубок (с применением конной трелевки).
Таблица 2
Суточный ход температуры верхних слоев почвы под пологом леса и на вырубке в лиственничике разнотравно-брусничном
Место наблюдений |
Глубина, см |
Температура почвы в течение суток, С |
Средне-суточная t,C |
|||||||
0 ч. |
3 ч. |
6 ч. |
9ч. |
12 ч. |
15ч. |
18 ч. |
21 ч. |
|||
Под пологом леса |
||||||||||
- контроль |
1 5 10 |
6.3 6.8 6.3 |
5.5 6.0 6.0 |
4.7 5.2 5.7 |
6.4 5.6 5.7 |
12.3 6.6 5.7 |
10.2 7.9 5.7 |
8.4 7.6 5.8 |
5.5 6.5 5.7 |
7.5 6.5 5.8 |
Вырубка |
||||||||||
- покров не поврежден |
1 5 10 |
3.6 6.5 7.0 |
2.9 6.0 6.6 |
1.0 5.0 5.7 |
10.7 6.1 5.9 |
12.7 8.4 7.0 |
13.9 9.8 7.5 |
12.0 9.0 7.5 |
3.5 6.7 6.8 |
7.5 7.2 6.8 |
- покров, подстилка удалены |
1 5 10 |
6.0 9.1 9.1 |
4.0 7.0 7.2 |
-0.2 5.0 6.4 |
10.7 7.1 6.5 |
11.5 9.1 7.2 |
12.5 10.0 8.9 |
10.0 10.0 9.0 |
4.9 8.8 8.4 |
7.4 8.3 7.8 |
- приземный слой воздуха (0,2 м) |
ес вырубка |
4.7 4.3 |
2.2 1.4 |
-1.0 -2.7 |
11.2 10.2 |
16.1 15.7 |
16.5 16.9 |
13.5 13.8 |
3.0 1.5 |
8.3 6.1 |
Таблица 3
Влажность почвы на глубине 0-5 см под пологом леса и на 3-летнией вырубке в лиственничнике разнотравно-брусничном
Место наблюдений |
Влажность почвы, % |
|
16.06.1990 г. |
30.08.1990 г. |
|
Под пологом леса |
59,4 |
18,6 |
На вырубке: - живой покров и подстилка не повреждены - живой напочвенный покров и подстилка удалены |
58,9 39,1 |
23,1 17,4 |
4.4. Изменение лесорастительных условий в шелкопрядниках. В шелкопрядниках в сравнении с лесом в 2,4-2,6 раза возрастает освещенность поверхности почвы, заметно повышается влажность (табл. 4) и температура грунтов (табл. 5), снижается температурный градиент вглубь почвенного профиля, увеличивается мощность сезонно талого слоя почвы.
В связи с увеличением поступления тепла к поверхности почвы, уменьшением испарения и транспирации с единицы площади, заметным изменением гидротермического режима почвы происходит активное вытаивание поверхностного мерзлотного экрана, что сопровождается высвобождением значительного количества ранее связанной мерзлотой воды. Дальнейшие перспективы развития фитоценозов в связи с этим во многом связаны с перспективой термокарстовых явлений.
Таблица 4
Влажность мерзлотных палевых почв на участке шелкопрядника в лиственничнике брусничном на территории Таттинского улуса
Сообщество |
Горизонт |
Глубина, см |
Объемная масса, г/см3 |
Влажность |
|
% от веса сухой почвы |
мм |
||||
ПП 3. Лиственничник брусничный |
|||||
Контроль (лес) |
А0 |
5-10 |
0,6 |
18,7 |
11 |
А |
10-15 |
1,01 |
14 |
14 |
|
В |
15-20 |
0,8 |
21,1 |
17 |
|
ВСа |
21-67 |
1,38 |
22,9 |
32 |
|
Шелкопрядник |
А0 |
0-1 |
0,11 |
35,1 |
4 |
А |
1-5 |
0,74 |
69,3 |
51 |
|
ВСа |
5-10 |
1,32 |
35,2 |
46 |
|
10-15 |
1,39 |
31,1 |
43 |
||
15-25 |
1,42 |
30,6 |
43 |
||
25-70 |
1,38 |
30,9 |
43 |
||
Таблица 5
Температура (С) почвы в лесу в дневное время при t воздуха 24,3 С
(11.00-20.00). Окрестности с. Чычымах. 10.08.2003
Глубина, см |
ес (контроль) |
Шелкопрядник |
5 |
13,72,5 |
16,32,8 |
10 |
10,22,1 |
13,12,2 |
20 |
6,91,3 |
9,22,0 |
30 |
4,90,7 |
7,51,3 |
40 |
3,90,7 |
6,40,9 |
50 |
3,00,5 |
5,00,7 |
80 |
0,60,1 |
0,70,1 |
Глава 5. ДИНАМИКА ЛЕСНЫХ ЭКОСИСТЕМ КРИОЛИТОЗОНЫ
5.1. Основные особенности восстановления лиственничных лесов после воздействия экзогенных факторов.
5.1.1. Некоторые особенности семеношения лиственницы в Якутии.Рассмотрены вопросы, необходимые для понимания и оценки специфики плодоношения лиственницы как обязательного условия, начального этапа любых явлений и процессов лесовозобновления.
Большая степень раскрытия чешуй у шишек Larixcajanderi сказывается в облегчении и ускорении высыпания семян. Обычно основная их масса вылетает осенью в год созревания за очень короткое время - 2-3, реже 4-5 дней. В Центральной Якутии, характеризующейся наиболее сухим климатом, высыпание семян происходит во второй - третьей декаде августа, в других районах - преимущественно в начале-середине сентября. В любом случае семена высыпаются до начала опада хвои и оказываются под его слоем. Очевидно, это способствует созданию лучших условий для прорастания семян следующей весной. Таким образом, ранние сроки высыпания семян у лиственницы Каяндера можно рассматривать в качестве приспособительной реакции этой породы к засушливому климату.
Дальность разлета семян - один из важных факторов в обсеменении и возобновлении вырубок и гарей. С целью установления дальности разлета семян лиственницы, предложена методика расчета величины дальности разлета семян (L=KfHvв), учитывающая полетные качества семян конкретной породы - Kf, среднюю высоту древостоя - Н (м) и скорость господствующих во время массового вылета семян ветров - vв (м/с). На ее основе вычислены полетные качества семян лиственницы Каяндера и Гмелина (табл. 6).
Знание расстояния разлета семян дает весьма важную информацию для установления оптимальной ширины лесосеки и расстояния между группами семенных деревьев на конкретных вырубках, для прогнозирования вероятной площади лесовосстановления и выбора способов содействия лесовозобновлению на отдельно взятой гари, отвале и т.д.
Таблица 6
Морфометрическая характеристика семян лиственниц Каяндера и Гмелина
Характеристика семян |
Центральная Якутия |
Северная Якутия |
Западная Якутия |
Коэфф. корреляции с Kf |
|
Чычымах |
Якутск |
Молодо |
Мирный |
||
Площадь поверхности семени*, см2 |
0,203 |
0,220 |
0,152 |
0,211 |
0,26 |
Вес 1000 семян, г |
2,60 |
2,00 |
1,80 |
1,50 |
Ц 0 ,80 |
Морфометрический коэффициент (Km)**, г/см2 |
0,013 |
0,009 |
0,012 |
0,007 |
Ц 0,85 |
Коэффициент полетных качеств семян, (Kf) |
1,08 |
1,29 |
1,20 |
1,27 |
Ц |
* аа площадь проекции семени с крылаткой
** Km - морфометрический коэффициент, характеризующий соотношение веса семян к их размеру
5.1.2. Особенности возобновления лиственницы под пологом леса. Самым существенным фактором, определяющим количественные и качественные характеристики подроста, в условиях засушливого климатаа большей части Якутии является обеспеченность почвы влагой (Виппер, 1964, 1973; Поздняков, 1975; Исаев, 1993). Причем это определяется не только напряженностью внутри- и межвидовых взаимоотношений как таковых, но усиливается особенностями строения корневых систем растений в условиях близкого залегания мерзлоты (поверхностное распространение корней деревьев, насыщенность верхних горизонтов почвы подземными органами всех растений). Удобным и легко регистрируемым показателем, косвенно характеризующим насыщенность деятельного горизонта почвы корнями деревьев материнского полога и соответственно напряженность корневой конкуренции за влагу и минеральное питание в фитоценозе в сухих, свежих и средневлажных лиственничниках, является степень сомкнутости крон. Большее суммарное количество подроста лиственницы и сосны под пологом менее сомкнутых насаждений в пределах одного типа леса (табл. 7) свидетельствует о более благоприятных условиях обеспеченности влагой в разреженных лиственничниках. На высокую фитоценотическую роль корневой конкуренции указывает и преимущественно групповой характер размещения подроста под пологом даже сильно изреженного древостоя (в локнах), а также отмирание его близи материнских деревьев.
Практическое значение в лесоводстве этого явления может заключаться в применении на вырубке с целью увеличения количества и качества подроста предварительного возобновления выборочной рубки небольшой интенсивности за 10-20 лет до назначения лесного участка к сплошной рубке.
Таблица 7
Количество подроста разных пород в лиственничнике брусничном и близких к нему типах леса в зависимости от степени сомкнутости крон
Сомкнутость крон |
Кол-во пробных пл. |
Порода |
Среднее кол-во подроста, тыс. экз./га % к общему кол-ву по породе |
|||
Всего |
В т.ч. по группам высот (м) |
|||||
<0,5 |
0,5-1,5 |
>1,5 |
||||
0,4-0,5 |
23 |
иственница |
3,67 100,0 |
1,22 33,2 |
0,79 21,6 |
1,66 45,2 |
сосна |
4,14 100,0 |
3,23 73,1 |
0,81 19,4 |
0,10 2,5 |
||
береза |
1,20 |
- |
- |
- |
||
по всем породам |
9,01 |
- |
- |
- |
||
0,6-0,7 |
31 |
иственница |
3,05 100,0 |
1,67 54,8 |
1,03 33,9 |
0,35 11,3 |
сосна |
0,82 100,0 |
0,568 68,0 |
0,26 32,0 |
0 0 |
||
береза |
1,30 |
- |
- |
- |
||
по всем породам |
5,17 |
- |
- |
- |
||
В целом следует отметить, что лесовозобновление под пологом спелых и перестойных древостоев лиственничника разнотравно-брусничного и близких к нему типов леса слабое. При сплошных рубках в связи с этим необходимо максимально сохранять предварительный подрост. Более обильнее подрост и выше его жизненность в лиственничниках брусничных. В лиственничниках с елью и кедром бруснично-зеленомошных корневая конкуренция за влагу и минеральное питание - значительно менее ощутимый фактор, определяющий ход лесовозобновления. Этоа объясняется большей влажностью климата (количество осадков - 300-400 мм в год) в районах распространения лесов этого типа (Юго-Западный Приленский лесорастительный округ), большей мощностью деятельного горизонта почв (глубина сезонного протаивания наивысшая в Якутии), более благоприятным режимом увлажнения. Однако в связи с высокой сомкнутостью крон, участием в древостое кедра и ели, более сложной вертикальной структурой лесов заметно возрастает экологическое значение света. Участие сосны и лиственницы в подросте становится возможным обычно при сомкнутости древостоя не более 0,7, подлеска 0,3 или при уменьшении в составе древесногоа полога ели и кедра неразвитом подлеске.
|
Страницы: | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | |
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по биологии