Влияние разреживаний и удобрений на видовой состав, структуру и продуктивность напочвенной растительности в насаждениях южной тайги

Выбор темы работы обусловлен недостаточным вниманием и изученностью влияния несплошных рубок на нижние яруса растительности. Необходима оценка напочвенной растительности, как фактора малого биокруговорота, оказывающего влияние на устойчивость и продуктивность лесных фитоценозов, а также в связи с проблемой комплексного использования лесных ресурсов.

Актуальность темы

исследования обусловлена все возрастающим интересом к комплексному использованию лесных ресурсов. Написанные ранее работы [12,78,79,101], связанные с изучением влияния комплексного ухода (рубки ухода в сочетании с внесением удобрений) на древостой, имели целью совершенствование системы ухода за лесом, прогнозирование лесоводственного эффекта, составление программ ухода за лесом и составление рекомендаций. Для повышения уровня ведения лесного хозяйства становится необходимым разработать такие системы ухода за лесом, которые включали бы в себя комплексное использование всех полезностей леса. Особое внимание следует уделить изменениям в живом напочвенном покрове (ЖНП), в его видовом составе и структуре. Наибольший интерес для лесопользования здесь представляют ягодные кустарнички и лекарственные травы, являющиеся важнейшими ресурсами побочного пользования.

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, её устойчивостью и восстановительными свойствами. В связи с этим, представляется необходимым установление характера и направления изменений в структуре лесных фитоценозов, а также выявление причин, вызывающих эти изменения.

Следует не только изучить реакцию разных компонентов фитоценоза на хозяйственное воздействие, но и выявить тесноту связи изменений во всех ярусах лесного фитоценоза с параметрами рубок ухода и комплексного ухода.

Таким образом, появляется возможность обоснования организационно-технических показателей и режима несплошных рубок и комплексного ухода (КУ) с целью получения не только древесины, но и недревесной продукции леса, в частности, лесных ягод и лекарственного сырья. При этом особое внимание уделяется природоохранным аспектам ведения хозяйства в лесу.

Учитывая, что данное направление в научно-исследовательской тематике практически не освещено и не разработано, выбор темы диссертации представляется вполне обоснованным.

Изучение лесных экосистем направлено на установление характера их развития и определение параметров их устойчивости. Оно видит своим результатом такое хозяйство, при котором с единицы площади получали бы максимальное количество древесины. Влияние же рубок на нижние яруса растительности изучалось непосредственно с целью выявления возобновительного потенциала фитоценозов. Живому напочвенному покрову, в этом случае, отводилась важная, но все-таки второстепенная роль. Становится очевидным тот факт, что на данный момент лесопользование сводится исключительно к пользованию древесиной, другие же полезности леса становятся невостребованными (или почти невостребованными). Такой односторонний подход к лесопользованию представляется временным явлением, требующим своего разрешения. Вследствие этого существует не только научный, но и практический интерес к несплошным рубкам, проводимым в районе проектирования.

В связи с отмеченным, представляется интересным изучить влияние рубок и удобрений на растительность живого напочвенного покрова, особенно на травяно-кустарничковый ярус, найти оптимальные условия для максимальной его производительности, а впоследствии перейти к промышленному использованию лекарственных трав и ягод.

Целями работы являются:

1) выявление закономерностей динамики напочвенной растительности в связи с изменениями в структуре лесных фитоценозов, испытывающих влияние регулярных разреживаний и внесения удобрений;

2) разработка рекомендаций по уходу за лесом с учетом комплексного использования лесных ресурсов.

Задачи исследования.

1 .Изучение влияния рубок ухода и комплексного ухода за лесом на сосновые, еловые и лиственно-еловые древостой.

2.Исследование влияния рубок и удобрений на подрост и подлесок в изучаемых насаждениях.

3.Анализ динамики проективного покрытия растительности живого напочвенного покрова на объектах рубок ухода и комплексного ухода за лесом.

4.Выявление факторов, обусловливающих динамику напочвенной растительности в исследуемых насаждениях.

5.Изучение динамики продуктивности ягодных кустарничков на объектах ухода за лесом.

6.Использование полученных данных для разработки рекомендаций по уходу за лесом с учетом комплексного использования лесных ресурсов. Научная новизна исследований.

1. Реализован комплексный подход к выявлению и изучению ресурсного потенциала лесного фитоценоза.

2. Изменения в напочвенной растительности рассматриваются как следствие сопутствующих изменений в фитоценозе и всех его компонентах.

3. Выявлены закономерности изменений в структуре напочвенной растительности под влиянием разреживаний и удобрений.

4. Установлено влияние рубок ухода и комплексного ухода на динамику растительности живого напочвенного покрова, включая ягодные кустарнички.

5. Уточнены факторы, влияющие на динамику напочвенной растительности, распространение и урожайность ягодных кустарничков.

6. Даны рекомендации по корректировке режима ухода за лесом в целях стимулирования развития нижних ярусов растительности, естественного лесовозобновления, распространения и урожайности ягодных кустарничков.

Практическая значимость работы.

Результаты исследования могут быть использованы для выявления, анализа и оценки ресурсного потенциала лесных фитоценозов, корректировки организационно-технических показателей рубок ухода и комплексного ухода за лесом, планирования лесохозяйственных мероприятий с учетом комплексного подхода к использованию лесных ресурсов. При реализации такого подхода прибыль может быть получена не только от заготовленной древесины, но и от сбора ягод и лекарственных растений, других полезностей леса. Такой комплексный подход к использованию лесных ресурсов является перспективным при переходе к разным формам ведения хозяйства в лесу.

Данная работа расширяет спектр системных исследований в области изучения влияния лесохозяйственного воздействия на лесную экосистему.

Личный вклад. Автором проведены учеты живого напочвенного покрова на всех пробных площадях, на этих же объектах определено количество подроста и подлеска. При участии автора в Кировском лесхозе Ленинградской области заложены опытные объекты для определения урожайности ягодных кустарничков. Автор принимал непосредственное участие в проведении таксационных работ на пробных площадях кафедры лесоводства.

Результат данной работы.

Приведена информация о влиянии рубок ухода и комплексного ухода за лесом на структурные элементы лесных фитоценозов, напочвенную растительность, включая ягодные кустарнички и данные о регламентации ухода за лесом в перспективе расширенного использования ресурсного потенциала лесных фитоценозов.

Обоснованность выводов определена значительным количеством экспериментальных данных и выбором объектов, где наблюдения проводились в течение тридцати лет. Данные, полученные на пробных площадях, обрабатывались с помощью методов математической статистики (приложение Microsoft Excel), достоверность различия между показателями определялась на 95-процентном доверительном уровне по критерию Стьюдента.

Предмет защиты.

1. Выявленные закономерности в реакции различных компонентов лесных фитоценозов на рубки ухода и комплексный уход за лесом.

2. Установленные взаимосвязи между исследуемыми компонентами фитоценоза.

3. Установленные закономерности динамики растительности ЖНП, включая ягодные кустарнички.

4. Рекомендации по уходу за лесом, ориентированные на расширенное использование ресурсного потенциала лесных фитоценозов.

Апробация. Автор является победителем конкурса на лучшую научную работу 2003;2004гг.среди студентов и аспирантовпринимал участие в конференции «Актуальные проблемы лесного комплекса» (Брянск, 2005), ежегодных научно-технических конференциях по итогам НИР лесохозяйственного факультета СПбГЛТА (2004;2006гг.). Опубликованы работы в журналах «Человек и Вселенная»,№ 10(53), 2005. в «Известиях СПбГЛТА», 2006 г. вып.178.с.4−12- в «Известиях СПбГЛТА. Сборник докладов молодых ученых на ежегодной научной конференции СПбГЛТА», 2006, вып. 11, с.39−41. в сб. «Научно-технический прогресс в лесном хозяйстве, охране природы и ландшафтном строительстве: Сборник статей сотрудников лесохозяйственного факультета по итогам законченных научно-исследовательских работ», СПбГЛТА, СПб, 2006, № 2,с.116−122. По материалам диссертации напечатано 5 статей.

Основные результаты работы доложены на ежегодных научно-технических конференциях по итогам НИР в СПбГЛТА в 2003;2006гг. и на итоговой конференции молодых ученых СПбГЛТА (СПб, 2006).

Результаты исследований нашли отражение в отчетах НИР по темам: «Ле-соводственно-экологическая оценка структурных и функциональных изменений в нарушенных хозяйственным воздействием лесных экосистемах Северо-Запада России» за2005;2006гг., «Совершенствование мер хозяйственного воздействия на лесные экосистемы в целях повышения устойчивости и биоразнообразия лесов Северо-Запада Российской Федерации» за 2004;2006гг., и «Комплексная оценка состояния динамики, ресурсного потенциала и воспроизводственного потенциала лесных экосистем, подвергающихся хозяйственному воздействию Северо-Запада России» за 2006 г., выполненных на кафедре лесоводства. Результаты работы использованы в преподавании лесоводственных дисциплин на кафедре.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, библиографического списка использованной литературы, включающего 147 наименований, 11 из них на иностранных языках. Общий объем работы — 161 машинописная страница, включая 13 рисунков, 19 таблиц, 13 приложений.

Выводы по главе 5.

1. Рубки ухода и особенно в сочетании с внесением удобрения высвобождают (или привносят) дополнительные ресурсы, тем самым расширяют экологическую нишу, которая «заполняется» растениями разного экологического спектра. Увеличивается видовое разнообразие, обилие, продуктивность напочвенной растительности. Удобрения способствуют развитию мегатроф-ной растительности, но в сосняках в связи с отсутствием мегатрофов свои позиции укрепляют мезотрофы и олиготрофы.

2. С возрастом, по мере приближения древостоя к спелости, происходит увеличение проективное покрытия растительности травяно-кустарничкового яруса на объектах с комплексным уходом и рубками ухода. Однако, важным остается вывод о том, что для стимулирования максимального развития травяно-кустарничкового яруса необходимо провести рубку и внести удобрение в молодняке, а максимальный результат проявится со временем в средневозрастном древостое. Проведение только рубки ухода дает быстрый эффект, который со временем в березняках теряется, а в сосняках черничных и ельниках приводит к доминированию мохового яруса.

3. Динамика растительности живого напочвенного покрова отличается по типам леса, но для лиственно-еловых и еловых древостоев характерны черты некоторого сходства. Черника проявляет активность и лучше развивается на объектах с рубками ухода, проведение же комплексного ухода увеличивает долю злаков, мхов и брусники. Сходной оказывается картина конкуренции между черникой и брусникой с лиственно-еловых древостоях и сосняке брусничном. Общим также оказывается увеличение проективного покрытия травяно-кустарничкового яруса с увеличением возраста древостоя, если первый уход был проведен в молодняках. Для всех типов леса отмечены колебания прироста, которым соответствуют синхронные колебания элементов растительности живого напочвенного покрова.

4. Для ельников следует отметить, что после рубки и особенно после комплексного ухода увеличивается доля мегатрофов среди растительности живого напочвенного покрова. Аналогичная тенденция отмечается у растений — мезотрофов и олиготрофов. Таким образом, рубки ухода и комплексный уход способствуют разрастанию видов, требовательных к плодородию почвы. Сосновые древостой характеризуются отсутствием в живом напочвенном покрове мегатрофов, независимо от типа леса. И рубка, и особенно комплексный уход увеличивают в напочвенном покрове сосняков долю олиготрофов, что свидетельствует о расширении экологической ниши и ослаблении конкуренции в фитоценозе. В сосняке черничном, в отличие от брусничного, где наблюдается тенденция к увеличению мезотрофов после проведения рубки и комплексного ухода, процент проективного покрытия мезотрофов после проведения ухода снижается. Результаты, полученные в лиственно-еловых древостоях, во многом сходны с данными по ельникам. Комплексный уход снижает активность олиготрофов за счет увеличения доли мегаи мезотрофов. Максимальное количество мезотрофов на конец опыта отмечается на объектах с рубками ухода.

ГЛАВА 6. ИЗМЕНЕНИЕ ПРОДУКТИВНОСТИ ЯГОДНЫХ КУСТАРНИЧКОВ ПОД ВЛИЯНИЕМ РУБОК УХОДА.

Продуктивность — величина, динамика которой зависит от множества факторов, таких как лесорастительные условия (освещенность, тип и влажность почвы, тепловой режим, рельеф), погодные условия текущего и прошлого года, в особенности поздние заморозки, тип леса, характеристика древостоя и растительности нижних ярусов, возрастной этап формирования лесного фитоценоза.

Продуктивность ягодных кустарничков и трав в данном исследовании оценивается по величине проективного покрытия данного вида растения на исследуемом участке лесного фитоценоза. Наряду с продуктивностью следует учитывать урожайность кустарничков, которую определяют по весу плодов, собранных на контрольной площади. Урожайность вида также является показателем его продуктивности, но должна исследоваться отдельно. Важно выявить соотношение между продуктивностью и урожайностью вида растения, определить её зависимость от показателей древостоя и параметров рубок ухода.

6.1. Зависимость урожайности ягодных кустарничков от параметров древостоя и показателей рубок ухода.

Характеристика объектов, на которых изучалась данная зависимость, приведена также в главе 2. Объекты для учета урожайности ягодных кустарничков закладывались в Кировском лесхозе Ленинградской области. Ниже, в табл. 18 дается краткое описание объектов, и приводятся данные по урожайности ягодных кустарничков на них.

Характеристика объектов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Растительность живого напочвенного покрова является важнейшим компонентом лесного фитоценоза, обуславливающим его развитие в процессе онтогенеза, сохранение устойчивости и видового разнообразия в экосистеме. Посредством напочвенной растительности через систему малого биокруговорота реализуются ресурсосберегающая и почвозащитная функции в лесной экосистеме. Изменения в структуре лесных фитоценозов неизбежно затрагивают систему малого биокруговорота и вызывают ответные изменения в структуре напочвенной растительности.

Изучение изменений в структуре живого напочвенного покрова, вызываемых целенаправленным хозяйственным воздействием, требует комплексных исследований, затрагивающих все компоненты лесного фитоценоза. В процессе данных исследований выявляются реакция компонентов фитоценоза на воздействие извне и взаимосвязи между этими компонентами. Изменения в одном структурном звене вызывают неизбежные изменения в других звенья. Характер изменений, протекающих в одном звене, можно понять, исследуя процессы, протекающие в других звеньях. Именно такой комплексный подход реализован в рамках данной диссертационной работы.

30 — летние опыты с рубками ухода и комплексным уходом позволяют подтвердить результаты ранее выполненных исследований и получить новую информацию. По результатам данной работы можно сделать следующие выводы:

1. В сосняках и ельниках проведение рубок ухода и комплексного ухода способствует повышению прироста и увеличению продуктивности дре-востоев. Удобрения усиливают эффект рубок ухода. В лиственно-еловых древостоях получен противоположный результат. Комплексный уход, как и внесение удобрений в неразреженный древостой, здесь нецелесообразны. Резкая реструктуризация древостоя, в первом случае, и усиленная межвидовая конкуренция, во втором, препятствуют реализации эффекта от удобрения. Здесь эффективны одно-двухприемные рубки, в процессе которых вырубается лиственный ярус, и формируются чистые ельники из нижнего яруса. По типам леса существуют некоторые различия:

— В сосняке брусничном эффект от лесохозяйственных мероприятий более значителен, чем в сосняке черничном, где заметное повышение продуктивности дает только комплексный уход.

— В ельнике черничном двукратная рубка снизила устойчивость древостоя, что привело к его распаду. Удобрение, внесенное в разреженный древостой, дает положительный результат и, возможно, повышает его устойчивость, в том числе и к воздействию ветра. В ельнике кисличном древостой более устойчив.

2. В сосняках на объектах комплексного ухода уменьшение амплитуды колебаний прироста по сравнению с контрольным объектом свидетельствует о снижении напряженности конкуренции в насаждении. Ряды распределения деревьев по ступеням толщины в черничном типе леса становятся более «растянутыми», снижается отпад, конкурентная нагрузка в древостое распределяется более равномерно. В сосняке брусничном в конце опыта на объекте с комплексным уходом наблюдается эффект «иссушения» почвы, сопровождаемый усилением отпада в древостое.

3. В ельнике черничном ряд распределения деревьев по ступеням толщины более «растянут» по сравнению с сосняками и ельником кисличным. Общей тенденцией для ельников является снижение конкуренции в древостое после проведения рубок ухода и внесения удобрений. Такая реакция объясняется толерантной стратегией формирования и развития ельников, согласно которой дополнительные ресурсы используются ими в течение более длительного времени.

4. В сосняках и ельниках проведение рубок и комплексного ухода стимулирует появление и развитие подроста. Подлесок более активно развивается после проведения ухода на объектах, где эдификатором является ель (еловые и лиственно-еловые древостой). На удобренных объектах подроста оказывается больше. Исключением является ельник кисличный, где лесовозобновительный процесс сдерживается высокой сомкнутостью древостоя и усиленной конкуренцией в фитоценозе. В лиственно-еловых древостоях комплексный уход не оказывает определенного воздействия на подрост. Однократная рубка лиственных стимулирует лесовозобновление слабее, чем двукратная. На объектах с рубками ухода количество подлеска в 2,6 раза больше, чем на контроле, на объектах с комплексным уходом — в 2 раза.

5. Внесение удобрений во всех типах леса сдерживает развитие подлеска, но стимулирует увеличение его видового состава. Вследствие этого ослабляется конкурирующее влияние подлеска на подрост и лесовозобновление на участках комплексного ухода, как правило, идет лучше.

6. Рубки ухода стимулируют разрастание злаковой растительности и брусники в сосняках черничных, черники в сосняках брусничных. Комплексный уход усиливает этот эффект. Разрастание злаков в этих условиях является реакцией на улучшение светового режима и ослабление конкуренции со стороны древостоя. Такое развитие злаков носит положительный характер, поскольку связано с активизацией малого биокруговорота.

7. Рубки ухода в ельниках стимулируют развитие зеленых мхов, комплексный уход — растительности травяно-кустарничкового яруса. В усиленно продуцирующих ельниках отмечается уменьшение проективного покрытия напочвенной растительности, что является следствием повышения прироста, активизации большого биокруговорота и усиления конкурентного воздействия со стороны древостоя. Разрастающиеся мхи выполняют почвозащитную функцию, растительность травяно-кустарничкового яруса, в первую очередь злаки, связана с активизацией системы малого биокруговорота.

8. Рубка в лиственно-еловых древостоях провоцирует развитие злаков, доля которых со временем уменьшается по мере смыкания полога древостоя.

Разрастание мхов активизируется рубкой ухода, но сдерживается влиянием удобрения. Разреживание древостоя положительно влияет на кустарнички, удобрение ослабляет их позиции.

9. В сосняках и ельниках рубки ухода и комплексный уход способствуют разрастанию видов, требовательных к плодородию почвы (кислица обыкновенная, малина лесная, вороний глаз, иван-чай). Удобрения увеличивают разнообразие напочвенной растительности. В сосняке черничном количество мезотрофов после проведения ухода снижается, а освободившуюся экологическую нишу занимают олиготрофы. В лиственно-еловых древостоях комплексный уход увеличивает долю мегаи мезотрофов. Максимальное количество мезотрофов на конец опыта отмечается на объектах с рубками ухода. Удобрения стимулируют развитие мегатрофов после проведения комплексного ухода.

10. Рубки ухода способствовали повышению урожайности ягодных кустарничков во всех типах леса. Увеличение урожайности кустарничков является реакцией на улучшение условий светового и почвенного режима и ослабление конкуренции со стороны древостоя.

11. Повышение проективного покрытия кустарничков не всегда свидетельствует о повышении их урожайности. Так, например, черника после проведения рубок ухода повышает урожайность преимущественно за счет увеличения своего проективного покрытия. Брусника же повышает урожайность, не изменяя существенно процент проективного покрытия, за счет увеличения продуктивности на единицу площади ягодного кустарничка, т. е. усиливает свое плодоношение.

12. На основании проведенных исследований можно рекомендовать некоторые корректировки в программы рубок ухода в целях реализации комплексного подхода к использованию ресурсного потенциала лесного фитоценоза:

• Рубки ухода и особенно комплексный уход ускоряют сукцессию, активизируют развитие разных компонентов и ярусов лесного фитоценоза, включая растительность живого напочвенного покрова. Своевременный и регулярный уход за лесом позволяет получить не только дополнительную древесную продукцию, но и расширить ресурсный потенциал насаждения, увеличить объем пользования недревесной продукцией леса.

В сосняках, ельниках и лиственно-еловых древостоях провести рубку и внести удобрение необходимо в молодняке, а максимальный результат будет получен со временем в средневозрастном древостое в виде максимального проективного покрытия травяно-кустарничкового яруса.

Необходимо проводить обязательные разреживания на этапе жердняка, в целях стимулирования развития растительности живого напочвенного покрова, включая ценные виды лекарственных трав и ягодных кустарничков.

Разреживать древостой необходимо до полноты 0,6−0,7 в сосняках и ельниках черничного типа леса, 0,5−0,6 в брусничных.

Рекомендуется режим умеренных и умеренно-сильных рубок интенсивностью не более 40% по запасу. Более интенсивные рубки активнее содействуют развитию напочвенного покрова, но этот эффект со временем теряется. Умеренные, но чаще повторяемые рубки дают более стабильный результат.

Применение комплексного ухода наиболее целесообразно в тех случаях, когда решаются задачи сохранения и повышения флористического видового разнообразия.

Перспективными для сбора лесных ягод следует считать участки с проективным покрытием кустарничков не менее 15% по каждому виду.