Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по сельскому хозяйству
На правах рукописи
Нгуен Нган Ха
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ УХОДА ЗА ЛЕСОМ НА КОМПОНЕНТЫ ФИТОЦЕНОЗОВ В УСЛОВИЯХ ЮЖНОЙ ТАЙГИ (на примере Ленинградской области)
06.03.02 - Лесоведение, лесоводство, лесоустройство и лесная таксация
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук
Санкт- Петербург - 2012
Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном лесотехническом университете имени С. М. Кирова
Научный консультант: доктор сельскохозяйственных наук, профессор Мельников Евгений Сергеевич
Официальные оппоненты: Егоров Александр Борисович, доктор сельскохозяйственных наук, ФГУ Санкт-Петербургский НИИ лесного хозяйства, заведующий лабораторией использования лесов Потокин Александр Федорович, кандидат биологических наук, СПб государственный лесотехнический университет имени С.М. Кирова, доцент кафедры ботаники и дендрологии
Ведущая организация: ФГБУ науки Ботанический институт им. В.Л. Комарова РАН
Защита состоится л 30 мая 2012 года в часов на заседании диссертационного совета Д 212.220.02 при Санкт-Петербургском государственном лесотехническом университете им. С. М. Кирова по адресу:
194021, г. Санкт-Петербург, Институтский переулок, дом 5, Зал заседаний Ученого Совета.
С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке Санкт- Петербургского государственного лесотехнического университета им. С. М. Кирова.
Автореферат разослан л 24 апреля 2012 г.
Ученый секретарь диссертационного совета Маркова И. А.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Разреживание древостоев, как и внесение удобрений, затрагивает все компоненты лесных фитоценозов. Изменения в напочвенной растительности индицируют изменения в фитоценозе. В свою очередь, изменения в фитоценозе связаны с сукцессионной динамикой лесной экосистемы, ее устойчивостью и восстановительными свойствами. В связи с этим представляется необходимым установить характер и направление изменений в структуре лесных фитоценозов под влиянием рубок ухода и комплексного ухода за лесом.
Следует не только изучить реакцию разных компонентов фитоценозов на хозяйственное воздействие, но и выявить тесноту связи изменений во всех ярусах лесного фитоценозов с параметрами рубок ухода и комплексного ухода. В этих целях используется длительный опыт экспериментов с рубками ухода и комплексным уходом в насаждениях разного состава, возраста, типа леса в условиях европейской южной тайги.
Цель диссертационного исследования. Оценка длительного и регулярного влияния рубок ухода и внесения удобрений на все компоненты лесного фитоценоза, позволяющая выявить закономерности изменений в его структуре и улучшить качество ухода за лесом.
Задачи исследования:
1. Изучение влияния рубок ухода (РУ) и комплексного ухода за лесом (КУ) на сосновые, еловые, лиственно-еловые и сосново-еловые древостои.
2. Исследование влияния рубок ухода и удобрений на подрост и подлесок в изучаемых насаждениях.
3. Анализ динамики проективного покрытия, видового разнообразия и экологического спектра растительности живого напочвенного покрова под воздействием рубок ухода и комплексного ухода за лесом.
4. Исследование влияния рубок ухода и комплексного ухода на парцеллярную структуру лесных фитоценозов.
Научная новизна. Выявлены изменения в подросте и подлеске под влиянием рубок ухода и комплексного ухода. Исследована динамика растительности ЖНП как индикатора изменений в лесном фитоценозе под влиянием разных вариантов ухода за лесом. Впервые изучено изменение парцеллярной структуры фитоценозов под воздействием ухода за лесом.
Практическая значимость работы состоит в получении результатов, которые могут быть использованы для анализа и оценки изменений в нижних ярусах фитоценоза под влиянием рубок ухода и комплексного ухода, корректировки режима ухода за насаждениями. Данная работа также расширяет спектр системных исследований влияния хозяйственного воздействия на лесные экосистемы.
ичный вклад. Автором проведены учеты живого напочвенного покрова и картирование парцеллярной структуры, выполнен учет подроста и подлеска на опытных участках, проведена камеральная и аналитическая обработка данных.
Обоснованность и достоверность результатов подтверждается значительным объемом экспериментального материала, полученного на стационарных объектах с 35-летним сроком наблюдений и неоднократным повторением приемов рубок ухода и комплексного ухода. При этом использованы современные методы сбора и обработки экспериментальных данных, элементы системного подхода к решению конкретных задач исследования.
Предмет защиты.
1. Закономерности реакции различных компонентов лесных фитоценозов на рубки ухода и комплексный уход за лесом.
2. Закономерности динамики растительности ЖНП.
3. Изменение парцеллярной структуры ЖНП в хвойных и смешанных насаждениях под влиянием рубок ухода и комплексного ухода за лесом.
Апробация. Основные результаты исследования доложены на научной конференции молодых ученых Санкт-Петербургской лесотехнической академии (Санкт-Петербург, 2011), на научно-технических конференциях СПбГЛТА по итогам научно-исследовательских работ в 20102011 гг.
По теме диссертации опубликованы 4 работы, включая 1 статью в реферируемом издании, рекомендованном ВАК (Известия СПб ГЛТУ).
Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, библиографического списка использованной литературы, включающего 172 наименования, из них 5 на иностранных языках. Общий объем работы - 212 машинописных страниц, включая рисунков, 22 таблицы и 11 приложений.
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА В данной главе рассматриваются результаты исследований по влиянию рубок ухода и комплексного ухода за лесом на напочвенную растительность, подрост и подлесок. Установлено, что регулярными разреживаниями обеспечивается формирование древостоев хозяйственно-необходимого состава, структуры и качества, удобрениями - ускоренное восстановление текущего прироста и запаса древостоев. Внесение удобрений в разреженный древостой приводит к повышению актуального плодородия почвы, что ускоряет биокруговорот элементов питания и обусловливает изменения во всех структурных звеньях лесного фитоценоза. Напочвенная растительность Цнаиболее динамичный компонент фитоценоза, через который реализуется система малого биокруговорота. Она также активно и закономерно реагирует на хозяйственные мероприятия (рубки ухода и комплексный уход за лесом).
Обзор литературных источников дан автором структурированно. В диссертационной работе автор ссылается на А.В. Давыдова, С.Н. Сеннова, Е.С. Мельникова, Н.А. Баневу, Н.В. Беляеву, Л.С. Богданову, В.С. Победова, И.А. Банникову, В.В. Гримашкевич и др.
Анализ литературных источников выявил основные малоизученные аспекты исследуемой проблемы: 1) Изменения в древостое, подросте, подлеске и живом напочвенном покрове под влиянием рубок ухода и комплексного ухода. 2) Характер изменений в живом напочвенном покрове на этапе последействия ухода за лесом (через 30-35 лет с начала опыта). 3) Парцеллярное строение лесных фитоценозов под воздействием ухода за лесом.
2. ПРОГРАММА, МЕТОДИКА И ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ В программу исследования включены следующие вопросы:
1. Влияние рубок ухода и комплексного ухода за лесом на рост и продуктивность сосновых, еловых и лиственно-еловых древостоев.
2. Влияние рубок ухода и комплексного ухода на подрост и подлесок на исследуемых объектах.
3. Динамика проективного покрытия, видового разнообразия и экологического спектра напочвенной растительности в хвойных и хвойнолиственных насаждениях под влиянием регулярных рубок ухода и комплексного ухода за лесом.
4. Парцеллярная структура живого напочвенного покрова под воздействием рубок ухода и комплексного ухода за лесом.
Объектами исследований являются сосновые, еловые, лиственно-еловые, сосново-еловые насаждения разного возраста, бонитета, типа леса, расположенные на пробных площадях (ПП), заложенных сотрудниками лаборатории лесоводства ЛенНИИЛХ (ныне СПбНИИЛХ) под руководством проф. С.Н. Сеннова в период с 1971 по 1987 гг. В каждой серии ПП выделялись контрольные объекты (К), объекты с рубками ухода (РУ), применением удобрений (У) и комплексным уходом (рубка и удобрение, КУ). Их краткая характеристика представлена в табл.1. При инвентаризации пробных площадей применялся метод сплошных перечетов деревьев, традиционный для исследований на этих объектах. Период повторной таксации - 5 лет. Общая производительность древостоев определялась как суммарный запас стволовой древесины с учетом отпада и древесины, вырубленной при рубках ухода, за весь период эксперимента. При изучении влияния ухода за лесом на видовой состав и структуру живого напочвенного покрова основное внимание уделялось определению видового разнообразия и проективного покрытия живого напочвенного покрова. Для определения проективного покрытия применялась общепринятая методика учета растений на однометровых учетных площадках. Площадки закладывались на трансектах с расчетом их максимально равномерного размещения на пробной Таблица Характеристика объектов исследования Состав древо№ Класс бостоя при закладпроб- Площа- нитета Год заке ПП ной Вариант опыта дь, га кладки пло- При последней щади Тип леса таксации Сосновые древостои 10С ед. Б I 5-1 Контроль 0,20 1910С79 ед. Е35 С чер. вл.
Двукратная рубка 10С ед.Б, Ос 10С79 I 5-2 0,20 19(1971, 1981 гг.). ед.Е35 С чер. вл.
Двукратная рубка + 10С ед.Б, Е I 5-3 двукратное удобрение 0,20 199C79lE35 С чер. вл.
1972, 1982 гг.).
10С+ Б ед. Е II 12-1 Контроль 0,20 1910С+ Б ед. Е С чер. вл.
10С ед.Б, Е II 12-2 Рубка (1973 гг.) 0,20 1910С78 С чер. вл.
Рубка + двукратное 10С ед.Б.Е II 12-3 удобрение 0,20 1910С78 С чер. вл.
(1974,1977 гг.).
10С ед.Б I 6-3 Контроль 0,20 1910С66 С бр.
Двукратная рубка 10С ед.Б I 6-2 0,20 19(1971,1981 гг.). 10С66 С бр.
Двукратная рубка (1971,1981 гг.)+ дву 10Е ед.Б I 6-6 0,20 19кратное удобрение 10C70 С бр.
(1972, 1982 гг.).
10Е ед.Б I 6-9 Рубка (1971гг.). 0,20 1910С70 С бр.
Рубка (1971 г.) +трехкратное удоб- 10Е ед.Б I 6-5 0,20 19рение (1972, 1977,1982 10С70 С бр.
гг.).
Еловые древостои 8Е1Б1Ос+С III 10-1 Контроль 0,15 197Е781С1Б1Ос Е чер.
Двукратная рубка 10Е ед. С,Б,Ос II 10-2 0,19 19(1974, 1983 гг.). 10Е78 Е чер.
Двукратная руб- II 10-3 ка + трехкратное 0,23 1974 8Е1С1Б+Ос 10ЕЕ чер.
удобрение.
9Е1Б Iа 11-1 Контроль 0,05 198Е672Б Е кис.
Трехкратная рубка _ 9Е1Б Iа 11-2 0,05 19(1973,1983,1991 гг). 7Е67ЗБ Е кис.
Трехкратная рубка (1973,1983,1993 гг.+ 9Е1Б Iа 11-3 0,05 19двукратное удобрен. 9Е671Б Е кис.
(1973, 1983 гг.).
иственно-еловые древостои 8Б2Е Iа 13-1 Контроль 0,20 197Б633Е58 Б кис.
Двукратное удобрение 8Б2Е Iа 13-2 0,25 19(1977,1982 гг.). 7Б63ЗЕ58 Б кис.
Двуприемное удаление лиственных 8Б2Е + С Iа 0,25 1913-3 +двукратное удобрение 10Е58 + С Екис.
(1977, 1982 гг.).
Двухприемное уда9Б1Е Iа 13-4 ление лиственных 0,25 19l0E58 Е кис.
(1976,1986 гг.).
8Б2Е+С Iа 16-1 Контроль 0,20 198Б2Е55+С Бкис.
Одноприемное удале9Б1Е едС Iа 16-2 ние лиственных (1986 0,20 1910E55+C Екис.
гг.).
Одноприемное уда9Б1Е едС Iа 16-3 ление лиственных 0,20 1910Е55+С Екис.
+удобрение (1986 гг.) 6С4Е + Ос ед.Б II 18-1 Контроль 0,22 195С5Е ед.Ос, Б C чер.
Рубка (1980 г.) + Двухкратное 6Е4С + Ос ед.Б II 18-2 0,23 19удобрение (1984, 5С5Е +Ос ед.Б Е чер.
1986 гг.) Рубка (1980) + II Двухкратное 5С5Е+Ос, ед.Б 18-3 0,22 19удобрение(1984, 1986 5С4Е1Ос ед.Б С чер.
гг.) Примечание. Характеристика почвы: на ПП 5 и 12 - торфянисто-грубогумусный и торфянисто-перегнойный железисто-иллювиальный песчаный подзол на моренных валунных суглинках; на ПП 6 - грубогумусный железисто-иллювиальный песчаный подзол на ледниково-озерных сортированных песках; на ПП 10 - влажногрубогумусная сильноподзолистая суглинистая на пылеватых покровных суглинках; на ПП 11, 13, 16 - модергумусная слабоподзолистая супесчаная на моренных суглинках; на ПП 18 - влажногрубогумусная среднеподзолистая супесчаная на пылеватых покровных суглинках.
площади. На каждой площади учетные работы производили на площадках. На каждой площадке определялась степень проективного покрытия по видам растений. Определение экологических групп растительности нижних ярусов на пробных площадях осуществлялось с использованием классификаций М.Д. Сибиряковой (1962 г.). Учет подроста и подлеска осуществлялся на 10-метровых круговых площадках (радиусом 1,м), закладываемых на трансектах равномерно по площади. Количество площадок составляло от 40 до 60 в зависимости от размера пробной площади. Подрост учитывался по категориям крупности: мелкий - до 0,5 м;
средний - 0,51-1,5 м; крупный - свыше 1,5 м. Подлесок - также по категориям крупности (до 1 м; 1-2; 2-3, 3-4; 4 м и выше).
В пределах каждой пробной площади была проведена глазомерная оценка парцеллярной структуры живого напочвенного покрова.
Первоначально по растениям-индикаторам и характеру смешения видов выделяли типичные парцеллы с указанием преобладающих видов.
Глазомерно определяли проективное покрытие в пределах участка и характер смешения или мозаичности парцелл, затем производили их картирование.
В качестве удобрения применяли гранулированную мочевину (карбамид), которую разбрасывали вручную или механизированым способом с помощью МВУ-1 по поверхности почвы в ближайший вегетационный период после разреживания древостоя в мае-начале июня в дозе 150 кг/га азота по действующему веществу за один прием. Повторяемость внесения удобрения - двух- или трехкратная с интервалом в 5 и 10 лет. На некоторых опытных и опытно-производственных объектах, помимо мочевины, применяли также нитроаммофос в дозе 100 кг/га азота и 100 кг/га фосфора по д.в. (ПП16-3) или амиачную селитру, которую вносили осенью (ПП 18-2 и ПП 18-3).
3. ВЛИЯНИЕ РУБОК УХОДА И КОМПЛЕКСНОГО УХОДА ЗА ЛЕСОМ НА ПРОДУКТИВНОСТЬ И УСТОЙЧИВОСТЬ СОСНОВЫХ, ЕЛОВЫХ И СМЕШАННЫХ ДРЕВОСТОЕВ В данной главе дается подробная оценка влияния рубок ухода и удобрений на продуктивность и устойчивость древостоев. Анализируются динамика запаса, текущего прироста, отпада, соотношения текущего прироста и отпада древостоев на исследуемых опытных объектах.
Более чем тридцатилетние эксперименты позволяют говорить о достоверно положительном влиянии разреживаний и удобрений на рост практически всех древостоев, включенных в круг исследований.
На контрольных объектах прирост в большинстве случаев постепенно уменьшается, отпад усиливается. Проведение рубок ухода активизирует восстановительную функцию экосистемы. Внесение удобрений в разреженные древостои стимулирует восстановительные процессы в фитоценозе и экосистеме в целом.
На основании полученных данных были сделаны следующие выводы:
В сосняке брусничном эффект от лесохозяйственных мероприятий проявляется стабильнее, чем в сосняке черничном влажном, где заметное повышение продуктивности дает только комплексный уход. Для сосняков, особенно сосняков брусничных характерен период пониженного прироста на этапе последействия удобрений.
В ельниках внесение удобрения в разреженный древостой способствует увеличению запаса. Для них характерны менее выраженные флуктуации прироста: на этапе последействия удобрений эффект снижения прироста здесь проявляется не так заметно, как в сосняках, что связано с особенностями стратегии роста этих пород. Для сосны характерна конкурентная стратегия - активного и быстрого расходования дополнительных ресурсов, для ельников - толерантная, связанная с более оптимизированным, растянутым во времени их потреблением.
В ельниках, сформированных из второго яруса комплексный уход, как и внесение удобрений в неразреженный древостой, не дают выраженного эффекта. Эффективны одно-двухприемные рубки, в процессе которых удаляется лиственный ярус и формируются чистые ельники из второго яруса (ПП13, 16). Лучший эффект дает проведение двукратной рубки ухода.
Результаты экспериментов с рубками ухода и удобрениями свидетельствуют о более высоком эффекте и перспективности ухода за сосново-еловыми насаждениями, по сравнению с лиственно-еловыми древостоями. Сосна как доминирующая порода с конкурентной стратегией роста имеет преимущество перед елью, но ель, благодаря толерантности, в конечном счете, сохраняет свое положение в древостое.
Рубки ухода и особенно комплексный уход изменяют динамику и уменьшают величину отпада в чистых хвойных древостоях. Удобрения, применяемые в лучших лесорастительных условиях (сосняки брусничные и ельники кисличные), несколько усиливают отпад разреженных древостоев по сравнению с древостоями в худших условиях роста (сосняки и ельники черничные, по итогам 35-летних наблюдений). Отпад в ельниках, сформированных из второго яруса характеризуется сложной динамикой, но, в конечном счете, в удобренных древостоях он оказывается выше, нежели на сравнимых площадях без удобрения. В сосново-еловых древостоях удобрения снижают отпад.
Удобрения повышают устойчивость разреженных чистых хвойных древостоев и пока нет оснований говорить о снижении устойчивости ельниках, сформированных из второго яруса и, тем более, сосновоеловых древостоев после комп-лексного ухода, но можно говорить о более сложной реакции на уход и менее выраженных положительных результатах применения удобрений в этих насаждениях.
Комплексный уход дает несомненно положительные результаты в чистых хвойных древостоях. В ельниках, сформированных из второго яруса вполне положи-тельных результатов можно добиться одними регулярными разреживаниями, в сосново-еловых древостоях комплексный уход более перспективен.
4. ИЗМЕНЕНИЯ В ПОДРОСТЕ И ПОДЛЕСКЕ ПОД ВЛИЯНИЕМ РУБОК УХОДА И КОМПЛЕКСНОГО УХОДА ЗА ЛЕСОМ Рубки ухода и удобрения по-разному оказывают влияние на подрост, подлесок, их формирование и развитие в чистых хвойных и смешанных насаждениях (табл. 2).
Таблица Густота подроста и подлеска в хвойных древостоях, тыс.экз./га Компоненты Вариант опыта фитоценоза Контроль Рубка ухода Комплексный уход Сосняки ПП 6-3 ПП 12-1 ПП 6-2/6-9 ПП 12-2 ПП 6-6/6-5 ПП 12-Подрост 0,38 1,08 0,65/0,84 1,18 0,91/1,03 3,Подлесок 0,51 0,62 0,47/0,58 0,49 0,18/0,32 0,Ельники ПП 10-1 ПП 11-1 ПП 10-2 ПП 11-2 ПП 10-3 ПП 11-Подрост 0,61 0 не опр. 1,41 1,37 Подлесок 5,15 4,73 не опр. 7,06 7,42 3,Ельники, сформированные из второго яруса лиственно-еловых древостоев ПП 13-1 ПП 16-1 ПП 13-4 ПП 16-2 ПП 13-3 ПП 16-Подрост 0,1 0 4,1 0,15 0,36 0,Подлесок 5,91 2,9 4,0 2,5 6,5 3,В сосняках отмечается значительное увеличение количества подроста как после проведения рубок, так и после комплексного ухода. Количество подроста в вариантах с комплексным уходом оказывается больше, чем в вариантах с рубкой ухода. Рубки ухода и особенно комплексный уход ускоряют ход сукцессии, стимулируя появление и развитие подроста, так как преобладает средний и крупный подрост ели под пологом леса на объектах ухода. С увеличением количества подроста наблюдается уменьшение количества подлеска. Это свидетельствует о том, что рубки ухода и комплексный уход стимулируют развитие подроста, который сдерживает развитие подлеска. Показатели подроста и подлеска в сосняке черничном влажном (ПП 12) выше, чем в сосняке брусничном (ПП 6), что можно объяснить недостатком влаги и пониженным плодородием почвы во втором случае.
В ельниках увеличение количества подроста в варианте с рубкой ухода сопряжено с увеличением количества подлеска. Это, по-видимому, объясняется лучшими лесорастительными условиями по сравнению с сосняками, улучшением светового довольствия, но сравнительно с вариантом внесения удобрений меньшим разрастанием разнотравья. В вариантах с комплексным уходом, напротив, наблюдается разрастание трав, подлеска и, как следствие, отсутствие подроста. Вероятно, это связано с быстрым расходованием дополнительного азотного питания активно развивающимися живым напочвенным покровом и подлеском и конкуренцией с их стороны.
Таким образом, с точки зрения естественного возобновления, в лиственноеловых древостоях удаление лиственного яруса без внесения удобрений в перспективе дает наилучший результат, поскольку появление обильного и высокого подлеска после внесения удобрения препятствует естественному возобновлению. Опережающее развитие яруса разнотравья и подлеска в высокопродуктивных ельниках становится препятствием для развития подроста при уходе за лесом.
5. ВЛИЯНИЕ РУБОК УХОДА И КОМПЛЕКСНОГО УХОДА НА РАСТИТЕЛЬНОСТЬ ЖИВОГО НАПОЧВЕННОГО ПОКРОВА Структурные изменения в растительности живого напочвенного покрова являются индикатором процессов, протекающих в насаждении.
Развитие травяно-кустарничкового яруса связано с усилением интенсивности малого биокруговорота. Рубки ухода и особенно комплексный уход стимулируют этот процесс. Активное развитие мхов является признаком ослабления интенсивности малого биокруговорота, но при этом реализуется почвозащитная роль моховой растительности. В итоге в экосистеме реализуются ресурсосберегающие функции живого напочвенного покрова.
В ельнике черничном проведение комплексного ухода приводит к увеличению видового разнообразия растений живого напочвенного покрова.
На объекте с внесением удобрения сохраняется преобладание травянокустарничкового яруса над моховым ярусом за весь период наблюдений.
Рубки ухода и в большей мере комплексный уход стимулируют развитие злаков и разнотравья. Однако проведение ухода не приводит к увеличению проективного покрытия кустарничков. В ельнике черничном рубки ухода и комплексный уход снижают процент проективного покрытия черники - доминанта в живом напочвенном покрове и индикатора при определении типа леса, что приводит к постепенной смене черники брусникой. Рубки ухода и внесение удобрения, особенно в период их действия, также стимулируют развитие зеленых мхов.
Для ельника кисличного характерно преобладание травяно-кустарничкового яруса над моховым. Рубки ухода и комплексный уход активно стимулируют развитие живого напочвенного покрова по обилию и видовому составу. Внесение удобрения в разреженный древостой приводит к увеличению видового состава зеленых мхов и их проективного покрытия, но их присутствие незначительное. Рубки ухода и в большей степени удобрения, особенно в период их действия, способствуют появлению и развитию разнотравья. Проведение ухода не приводит к значительному увеличению доли злаков. Это, вероятно, связано с сильным разрастанием полукустарника малины, которая господствует в верхнем ярусе живого напочвенного покрова и подавляет развитие злаков.
В сосняке брусничном отмечено увеличение доли и видового разнообразия злаков в опытных вариантах. Комплексный уход в большей мере стимулирует развитие злаков, чем рубки ухода. Чем больше интенсивность рубки и число приемов внесения удобрения, тем активнее идет развитие злаков. Разрастание злаков в этом типе леса связано с улучшением светового режима и ослаблением конкуренции со стороны древостоя. Усиленное разрастание злаков является признаком активизации малого биокруговорота. В этом типе леса травяно-кустарничковый ярус также преобладает над моховым. Проведение рубки ухода и особенно комплексного ухода сдерживает развитие зеленых мхов.
В сосняке черничном влажном мхи занимают преобладающую позицию над травяно-кустарничковым ярусом. В этом типе леса между этими двумя ярусами существует обратная связь по обилию. Удобрения способствуют увеличению конкурентоспособности травяно-кустарничкового яруса.
Проведение рубки ухода и внесение удобрения сдерживают развитие кустарничков. Видовой состав кустарничков минимален, а видовой состав злаков и разнотравья максимален в варианте с комплексным уходом. Внесение удобрения явно стимулирует развитие злаков, но слабее, чем в сосняке брусничном. Рубки ухода и комплексный уход сдерживают развитие мхов только после первого их приема, затем наблюдается более сильное разрастание мхов, в первую очередь - сфагновых.
В ельниках, сформированных из второго яруса, рубки ухода и комплексный уход увеличивают видовое разнообразие живого напочвенного покрова. На объекте с комплексным уходом сохраняется преобладание травяно-кустарничкового яруса над моховым. В период действия рубки ухода и комплексный уход стимулируют развитие злаков. Последующее их снижение связано со смыканием полога древостоя. Разрастание мхов активизируется рубкой ухода, но сдерживается удобрением. В травяно-кустарничковом ярусе рубки ухода и комплексный уход наиболее активно стимулируют развитие разнотравья.
В сосново-еловом древостое наблюдается отсутствие злаков на объекте комплексного ухода, что связано со смыканием полога древостоя и конкуренцией с его стороны. Процент проективного покрытия живого напочвенного покрова на объекте ухода больше, чем на контроле. Однако моховой ярус на объекте ухода занимает доминирующее положение над травянокустарничковым.
Рубки ухода и особенно комплексный уход высвобождают или привносят дополнительные питательные элементы в фитоценоз, тем самым расширяют экологическую нишу, которая заполняется растениями разного экологического спектра. Увеличиваются видовое разнообразие, обилие, продуктивность растений. Удобрения стимулируют появление и разрастание мегатрофов. Только в сосняках мегатрофы отсутствуют или появляются в незначительном количестве.
В ельниках рубки ухода и комплексный уход стимулируют разрастание видов растений, требовательных к плодородию почвы, таких, например, как кислица, малина, вороний глаз. После рубки ухода и комплексного ухода наблюдается увеличение доли растений всех экологических групп по плодородию почвы (мега-, мезо- и олиготрофов). В ельниках, сформированных из второго яруса, комплексный уход увеличивает долю мега- и мезотрофов. Доля мега- и мезотрофов наибольшая на объекте с комплексным уходом. В сосняках отмечено преобладание олиготрофов над растениями остальных экологических групп.
В ельниках мезофиты занимают преобладающее положение над мезогигрофитами и гигрофитами. Растения-гигрофиты слабо разрастаются на относительно плодородных почвах ельника кисличного, но присутствуют на удобренном объекте ельника черничного. Комплексный уход и рубки ухода стимулируют развитие мезофитов.
В сосняках рубки ухода и комплексный уход сдерживают разрастание мезофитов. Они также снижают обилие мезогигрофитов, но только в период их действия. Рубки ухода и комплексный уход в сосняках черничных влажных стимулируют развитие гигрофитов. Рубки ухода в период их действия в сосняке брусничном стимулируют развитие мезофитов.
В ельниках, сформированных из второго яруса, наблюдается отсутствие гигрофитов на всех опытных объектах. Рубки ухода и особенно комплексный уход способствуют развитию мезо- и мезогигрофитов.
6. ФОРМИРОВАНИЕ ПАРЦЕЛЛЯРНОЙ СТРУКТУРЫ ЛЕСНЫХ ФИТОЦЕНОЗОВ ПОД ВЛИЯНИЕМ РУБОК УХОДА И КОМПЛЕКСНОГО УХОДА Парцеллярная структура является информативным показателем сложности и устойчивости лесного фитоценоза. Опосредованным образом она связана также с продуктивностью и видовым разнообразием фитоценоза, но эта связь проявляется не столь очевидным образом. Воздействие рубок ухода и комплексного ухода за лесом на динамику парцеллярной структуры изучено недостаточно.
Исследования на опытных объектах рубок ухода и комплексного ухода показывают, что на этапе последействия ухода, спустя 20-25 лет и более после последнего приема рубок и внесения удобрений, как правило, не наблюдается увеличения количества парцелл. Их число варьирует от 2 до 4.
Структурная организация фитоценоза под влиянием вмешательства с разреживанием или внесением удобрений не претерпевает серьёзных изменений и остается достаточно жесткой, формируемой под контролем доминанта и эдификатора насаждения, т.е. древостоя. Однако характер парцелл на многих объектах существенно меняется. Это касается видового состава и обилия растительности в пределах парцелл (ельник черничник;
ельник кисличник, сформированный из второго яруса; сосново-еловое насаждение).
Рис. 1. Парцеллярное сложение Рис. 2. Парцеллярное сложение фитоценоза в ельнике черничном (ПП 10) фитоценоза в сосняке черничном Парцеллы: 1- Елово-кислично-черничновлажном (ПП 5) вейниково-разнотравная; 2- Елово-чернично- Парцеллы: 1- Сосново-чернично-мшистая бруснично-зелено-мошная; 3- Осиново- слабокочкарниковая; 2 - Сосново-черничночернично-зеленомошно-мертвопокровная; 4- мшисто-кочкарниковая; 3 - СосновоЕлово-кислично-чернично-зеленомошная; 5 - чернично-мшистая выровненная Елово-щитовниково-сфагновая; 6 - Еловокислично-разнотравная; 7 - Елово-кисличнощитовниково-разнотравная.
Рис. 3. Парцеллярное сложение Рис. 4. Парцеллярное сложение сосноволиственно-елового насаждения (ПП 13) елового насаждения (ПП 18) Парцеллы: 1- Березово-елово-кислично-разно- Парцеллы: 1 - Елово-сосново-черничнотравная; 2- Березово-елово-кислично-щитов- зеленомошно-сфагновая; 2 - Брусничнониково-разнотравная; 3- Кислично-щитовни- чернично-сфагновая на месте ветровала; 3 - ково-малинниково-разнотравно-зеленомошная Елово-сосново-бруснично-чернично-зеленов окнах; 4- Березово-елово-кислично-щитов- мошная; 4- Сосново-елово-бруснично-черниково-разнотравная с присутствием черники; нично-зленомошная; 5- Бруснично5- Кислично-щитовниково-зеленомошная с сфагново-папоротниковая в окне присутствием черники, в окнах; 6- Еловокислично-чернично-зеленомошная; 7- Еловокислично-зеленомошная с обедненным разнотравьем; 8- Елово-кислично-разнотравнозеленомошная; 9- Березо-елово-кисличночерничная; 10- Елово-кислично-черничноразнотравная.
Для контрольного объекта в ельнике черничном (ПП 10-1) характерно полосное чередование парцелл (рис.1). Внесение удобрения в разреженный древостой (ПП 10-3) усложняет парцеллярную структуру живого напочвенного покрова на этом объекте. Здесь имеются 4 парцеллы. Характер их чередования - очагово-полосный. Переход между парцеллами здесь резко выражен благодаря различию по видовому составу растительности живого напочвенного покрова в пределах парцелл. На удобренном объекте отмечено увеличение доли и количества видов мегатрофов и уменьшение олиготрофов по сравнению с контрольным вариантом.
Следует отметить, что переход между смежными парцеллами контрольного объекта и удобренного объекта очень резкий и четкий. Между ними существует большая контрастность. Парцеллы удобренного объекта, примыкающие к смежным парцеллам контрольного объекта, характерны наличием видов живого напочвенного покрова (разнотравье, щитовник), которые предпочитают почвы более плодородные, что несомненно связано с внесением удобрения.
Для сосняка черничного влажного (ПП 5) также характерно полосное чередование парцелл (рис. 2). Здесь наблюдается отчетливая парцеллообразующая роль микрорельефа. Из-за переувлажнения почвы видовой состав живого напоч-венного покрова небогатый, что характерно для этого типа леса. Здесь отсутствуют растения-мегатрофы. Доля и количество видов мезотрофов небольшие. В противоположность этому количество и доля олиготрофов намного больше, чем мезотрофов. Причем моховой ярус преобладает над травяно-кустарничковым ярусом, особенно сильно здесь разрастаются плевроциум Шребера, кукушкин лен, сфагнум рекурвум. Однако парцеллярная структура живого напочвенного покрова в количественном отношении со временем не усложняется. На объектах ухода наблюдаются по 3 парцеллы, чем они отличаются от контрольного объекта с 2 парцеллами. Внесение удобрения в разреженный древостой не внесло существенных различий в парцеллярную структуру, лишь обусловило некоторое увеличение количества видов по сравнению с вариантом с рубкой ухода. На объектах ухода появляется новая парцелла - сосново-черничномшистая выровненная. Рисунок распределения и чередования парцелл довольно четкий по микрорельефу. Видовой состав живого напочвенного покрова между парцеллами каждого объекта не различается.
В ельнике, сформированном из второго яруса лиственно-елового насаждения, парцеллы в отношении пространственного размещения имеют очагово-пятнистый характер (рис. 3). На контроле (ПП 13-1) парцеллярность выражена слабо. На вариантах ухода парцеллы выделяются более четко и заметны признаки увеличения видового разнообразия и обилия индикаторных и многих фоновых видов растительности в пределах парцелл.
Особенно заметно обильное присутствие на удобренных объектах мегатрофов и мезомегатрофов: кислицы, фиалок, вороньего глаза, зеленых мхов - мниума, ритидиадельфуса. Это обилие отмечается спустя даже 20-лет после последнего приема рубок и внесения удобрений в данных насаждениях.
В сосново-еловом насаждении (ПП 18) видовой состав напочвенной растительности в пределах парцелл относительно небогат, что характерно для данного типа леса (рис. 4). Но характер пространственного распределения растительности в пределах парцелл и характер чередования самих парцелл заметно различается на контроле и в варианте применения удобрений. На контроле отмечается слабее выраженная парцеллярность, чем на удобренном объекте, и очагово-пятнистый рисунок смешения парцелл.
Крупные очаги напочвенной растительности приурочены исключительно к окнам, прогалинам, разрывам в древесном пологе. В то же время более мелкая пятнистость не связана непосредственно с разрывами в пологе. На удобренном участке отмечается очагово-волнистый (очагово-полосный) характер чередования парцелл. Рисунок распределения и чередования парцелл здесь более определенный и четкий. Видовое разнообразие растительности на контроле и на удобренном участке сильно не различается (соответственно 11 и 10 видов). Однако на контроле более заметны рассеянность и смешение видов, тогда как на опытном варианте больше проявляется их сгруппированность и четкий рисунок парцелл.
Таким образом, разреживание еловых древостоев рубками ухода способствует развитию растительности живого напочвенного покрова, что напрямую связано с увеличением емкости малого биокруговорота, осуществляемого за счет разнотравья и в определенной мере злаков. Внесение удобрения интенсифицирует малый биокруговорот: увеличивается видовой состав и обилие видов растительности (ПП 10-3 и 13-3). Системы большого биокруговорота, осуществляемого через древостой, и малого, посредством нижних ярусов растительности (в данном случае ЖНП), взаимосвязаны. В сосняках после внесения удобрений происходит не расширение видового спектра растительности ЖНП, а увеличение их обилия и перегруппировка между разными экологическими группами (олиго- и мезотрофами, редко мегатрофами). Таким образом, растительность живого напочвенного покрова в сосняках вынуждена уходить от усиления конкуренции со стороны древостоя не путём сокращения видового состава, а посредством усиления и даже ужесточения своей структуры. Отсюда четко выраженная парцеллярность и характерное очагово-волнистое чередование парцелл (ПП 18-2).
В ельниках, сформированных из второго яруса (ПП 13), ситуация иная.
Они произрастают на почвах с потенциально более высоким плодородием, видовой состав растительности живого напочвенного покрова здесь намного разнообразнее. Интенсификация биокруговорота происходит не только за счет увеличения обилия видов, но и расширения их видового состава: особое место здесь занимают растения мега- и мезомегатрофы.
Ельники характеризуются толерантной стратегией роста; на этапе последействия удобрений не наблюдается выраженного снижения прироста, как в сосняках. Конкуренция со стороны древостоя усиливается не так резко и заметно, как в сосняках, что позволяет растительности живого напочвенного покрова при достаточно высоком потенциале почвенного плодородия сохранять свои позиции даже спустя длительное время после ухода.
В ельниках выявляется четкая зависимость успешности возобновления ели под пологом леса от парцеллярной структуры фитоценоза на участках с уходом. В елово-кислично-зеленомошной парцелле с обедненным разнотравьем (разреживание без внесения удобрения, ПП 13-4) ослаблена конкуренция разнотравья с самосевом ели, что и позволило обеспечить ее хорошее возобновление (4,1 тыс. экз./га). В елово-кислично-разнотравнозеленомошной парцелле (комплексный уход, ПП 13-3) с богатым видовым составом растений ЖНП, с усилением присутствия мегатрофов и даже нитрофилов, наблюдается резкое ухудшение условий возобновления ели (0,тыс. экз./га). К тому же на удобренных вариантах в ельнике кисличнике наблюдается наибольшее по сравнению с контролем и разреженным вариантом разрастание подлеска, который также успешно конкурирует с подростом ели.
В ельнике черничнике на объекте с комплексным уходом (ПП 10-3) на естественное возобновление ели оказывает отрицательное влияние усложнение парцеллярной структуры и усиленное развитие мегатрофов и других требовательных к плодородию почвы растений ЖНП. Кроме того, и здесь обильно разрастается подлесок, что также затрудняет возобновление ели (1,4 тыс. экз./га).
Парцеллярный анализ возобновления древесных пород позволяет глубже разобраться в причинах, ограничивающих появление подроста под пологом леса.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ В чистых по составу сосновых и еловых древостоях удобрение в сочетании с разреживанием способствует увеличению запаса. Помимо этого, удобрение, внесенное в разреженный древостой, ускоряет восстановительные процессы в фитоценозе и повышает устойчивость древостоя. В сосняке брусничном эффект от ухода проявляется стабильнее, чем в сосняке черничном. В ельниках, сформированных из второго яруса, внесение удобрений оказалось малоэффективным. Внесение удобрений в неразреженный двухярусный древостой также не дало положительного результата. В последнем случае удобрения, так или иначе, стимулируют напряженность межвидовых отношений, значительная часть дополнительных ресурсов вовлекается в структурные перестройки, что ослабляет хозяйственный эффект удобрений. Следовательно, неэффективно применять удобрения на этапе реструктуризации смешанного древостоя (например, при удалении верхнего яруса), по-видимому, лучше применить их позднее, когда древостой адаптируется к изменившимся условиям среды.
Комплексный уход в сосново-еловых древостоях вполне перспективен.
Подлесок более сильно разрастается в ельниках по сравнению с соснякам в результате разреживания и внесения удобрения. Опережающее развитие яруса разнотравья и подлеска в высокопродуктивных ельниках становится препятствием для развития подроста при уходе за лесом. В лиственно-еловых древостоях удаление лиственного яруса без внесения удобрений приводит к появлению большего количества подроста, поскольку появление обильного и высокого подлеска после внесения удобрения препятствует естественному возобновлению. В сосняках с увеличением количества подроста наблюдается уменьшение количества подлеска.
Для ельника кисличного характерно преобладание травянокустарничкового яруса ЖНП над моховым на всех вариантах опыта. В ельнике черничном развитие травяно-кустарничкового яруса стимулирует комплексный уход, что связано с интенсификацией малого биокруговорота в фитоценозе и ускорением сукцессии.
Рубки ухода и комплексный уход активно стимулируют развитие живого напочвенного покрова по обилию и видовому разнообразию. В ельниках после рубки ухода и комплексного ухода наблюдается увеличение доли растений всех экологических групп по плодородию почвы, но с преобладанием мега- и мезотрофов.
В ельниках преобладающее положение над мезогигрофитами и гигрофитами занимают мезофиты.
В сосняке брусничном отмечено увеличение доли и видового разннообразия злаков в опытных вариантах, что также связано с интенсификацией малого биокруговорота. Комплексный уход в большей мере стимулирует развитие злаков,чем рубки ухода. Чем больше интенсивность рубки и число приемов внесения удобрения, тем активнее идет развитие злаков. В сосняке черничном влажном мхи занимают преобладающую позицию над травяно-кустарничковым ярусом. Внесение удобрения явно стимулирует развитие злаков, но слабее, чем в сосняке брусничном.
В сосняках отмечено преобладание олиготрофов над растениями остальных экологических групп, растения-мегатрофы отсутствуют или появляются в немногочисленном количестве.
В сосняках черничных влажных рубки ухода и комплексный уход сдерживают разрастание мезофитов и стимулируют развитие гигрофитов, что объясняется уменьшением транспирации разреженным древостоем.
В ельнике, сформированном из второго яруса, на объекте с комплексным уходом сохраняется преобладание травяно-кустарничкового яруса над моховым и увеличивается доля мега- и мезотрофов.
Рубки ухода и особенно комплексный уход в ельнике, сформированном из второго яруса, способствуют развитию мезо- и мезогигрофитов.
Гигрофиты здесь отсутствуют на всех вариантах опыта.
В сосново-еловом древостое через 25 лет после комплексного ухода наблюдается отсутствие злаков, что объясняется недостатком света в сомкнувшемся древостое. Разнотравье здесь также почти отсутствует.
Преобладают зеленые мхи и кустарнички.
В ельниках выявляется четкая зависимость успешности возобновления ели под пологом леса от парцеллярной структуры фитоценоза на участках с уходом. В сосняках такой зависимости не обнаружено.
Опосредованными условиями формирования парцеллярной структуры в насаждениях являются: возрастной этап формирования фитоценоза, конкуренция, прежде всего со стороны древостоя, стратегия роста главной породы - доминанта, и лесорастительные условия, обеспечивающие уровень богатства, обилия видов напочвенной растительности. Эти условия проявляются посредством реализации механизма биокруговорота, где проявляется заметная взаимосвязь между большим и малым биокруговоротом. На этапе последействия ухода, спустя 20-25 лет и более после последнего приема рубок и внесения удобрений, не наблюдается количественного увеличения числа парцелл по сравнению с контрольным вариантом. Структурная организация фитоценоза под влиянием вмешательства с разреживанием или внесением удобрений не претерпевает серьёзных изменений и остается достаточно жесткой, формируемой под контролем доминанта и эдификатора - древостоя. Достаточная определенность, выраженная жесткость, лимитированность элементов парцеллярной структуры (ограничено количество парцелл, видов растений) являются признаком организации лесной экосистемы (лесного биогеоценоза), его устойчивости и целостности.
По теме диссертации опубликованы следующие работы:
1. Нгуен Нган Ха, Чан Тхе Хунг, Чан Ань Туан, Мельников Е.С.
Целевые программы рубок ухода в хвойных насаждениях Вьетнама // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. Вып.192. СПб.:
2010. С.80-89.
2. Нгуен Нган Ха, Нгуен Тхи Тху Ха, Коволев Н.В., Ходачек А.С.
Особенности использования ресурсов леса во Вьетнаме // Современные проблемы и перспективы рационального лесопользования в условиях рынка:
Сборник материалов Международной научно-практической конференции молодых ученых, проходившей 10-11 ноября 2011 г. Санкт-Петербург. Издво СПбГЛТА. 2011. С.86-88.
3. Нгуен Нган Ха, Нгуен Тхи Тху Ха, Чан Ань Туан. Динамика живого напочвенного покрова в сосняке и ельнике черничных после комплексного ухода за лесом // Современные проблемы и перспективы рационального лесопользования в условиях рынка: Сборник материалов Международной научно-практической конференции молодых ученых, проходившей 10-ноября 2011 г. Санкт-Петербург. Изд-во СПбГЛТА. 2011. С.89-92.
4. Нгуен Нган Ха, Мельников Е.С., Смирнов А.П. Исследование парцеллярной структуры живого напочвенного покрова под влиянием рубок ухода и комплексного ухода за лесом // Известия СанктПетербургской лесотехнической академии. Вып.198. СПб., 2012. С.50-58.
*** Отзывы на автореферат в двух экземплярах с заверенными подписями просьба направлять по адресу: 194021 г. Санкт-Петербург, Институтский пер., 5, Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет им. С.М. Кирова, Ученому секретарю диссертационного совета. Факс: (812) 670-92-17.
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по сельскому хозяйству