Влияние проходных рубок

География и геология /

6. Природопользование и экологический мониторинг

К.с.-х.н. Беляева Н.В., аспирант Кази И.А., студент Файрузова Г.Р.

Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет, Россия

ВЛИЯНИЕ ПРОХОДНЫХ РУБОК НА РАЗВИТИЕ

ЖИВОГО НАПОЧВЕННОГО ПОКРОВА В СОСНОВО-ЕЛОВЫХ

ДРЕВОСТОЯХ ЧЕРНИЧНОГО ТИПА ЛЕСА

Структурные изменения, происходящие в древостое [1] под воздействием рубок ухода, ведут к изменениям в структуре живого напочвенного покрова, обеспечивая стабильность биокруговорота элементов питания и, таким образом, повышают устойчивость лесного фитоценоза. Сравнительный анализ структурных изменений напочвенной растительности дает возможность выявить закономерности в реакции лесной экосистемы на уход за лесом, облегчая тем самым его регламентацию.

Живой напочвенный покров является одним из важнейших компонентов леса. В результате ухода за лесом, увеличивается поступление дополнительных ресурсов в фитоценоз. Однако не все из них используются древостоем. Растительность нижних ярусов, перехватывая невостребованные древостоем элементы питания, связывает их и вовлекает в систему малого биокруговорота. В этом проявляется почвозащитная и ресурсосберегающая роль живого напочвенного покрова [1].

Объектами исследования являются пробные площади, заложенные сотрудниками лаборатории лесоводства ЛенНИИЛХа (ныне СПбНИИЛХ) 1981-87 годах в Карташевском лесничестве Сиверского лесхоза Ленинградской области в сосново-еловых древостоях черничного типа леса достигших в настоящее время возраста сплошной рубки (85-100 лет) (табл. 1).

Таблица 1

Характеристика объектов исследования

Номер пробной площади (ПП)	Вариант опыта	Состав древостоя
Номер пробной площади (ПП)	Вариант опыта	до рубки	после рубки
ПП 15А	Контроль	5,5С4,4Е0,6Б	7Е3С+Б
ПП 15В	Проходная рубка, интенсивность 10%, выборка соснового яруса	5,7С4,3Е+Б	5Е3,5С1,5Б
ПП 15С	Проходная рубка, интенсивность 30%, всего вырублено 148 м³/га (Е – 28 м³/га; С – 105 м³/га; Б – 15 м³/га)	5С5Е+Б	7Е3С+Б

Целью данного раздела работы было исследовать видовое разнообразие и структуру живого напочвенного покрова на в сосново-еловых древостоях черничного типа леса, пройденных проходными рубками.

Учет проективного покрытия и видового состава живого напочвенного покрова проводился летом 2012 г. Результаты исследования представлены в табл. 2-4.

Таблица 2

Видовой состав и проективное покрытие живого напочвенного покрова на ПП 15А

Видовое название растения		Встречаемость, %	Среднее проективное покрытие, %
русское	латинское	Встречаемость, %	Среднее проективное покрытие, %
*Травяно-кустарничковый ярус*
Кустарнички			28,5
Брусника обыкновенная	Vaccinium vitis-idaea L.	26,9	0,6
Черника обыкновенная	Vaccínium myrtíllus L.	96,2	27,9
Травы			98,5
Вейник лесной	Calamagrostis arundinacea L.	96,2	60,4
Ветреница дубравная	Anémone nemorósa L.	15,4	0,2
Земляника лесная	Fragaria vesca L.	3,8	0,1
Золотарник обыкновенный	Solidágo virgáurea L.	34,6	1,0
Кислица обыкновенная	Oxális acetosélla L.	57,7	2,7
Костяника каменистая	Rúbus saxátilis L.	19,2	0,6
Майник двулистный	Maiánthemum bifólium L.	100	22,3
Марьянник лесной	Melampýrum sylvaticum L.	73,1	2,9
Плаун годичный	Licjpodium annotfum L.	3,8	0,0
Седмичник европейский	Trientális europaéa L.	38,5	1,2
Щитовник мужской	Dryópteris fílix-mas L.	57,7	7,1
Моховой ярус			27,7
Зеленые мхи	Bryophyta sensu stricto	57,7	27,7

Таблица 3

Видовой состав и проективное покрытие живого напочвенного покрова на ПП 15В

Видовое название растения		Встречаемость, %	Среднее проективное покрытие, %
русское	латинское	Встречаемость, %	Среднее проективное покрытие, %
*Травяно-кустарничковый ярус*
Кустарнички			27,3
Брусника обыкновенная	Vaccinium vitis-idaea L.	81,0	2,5
Черника обыкновенная	Vaccínium myrtíllus L.	100,0	24,8
Травы			121,1
Вейник лесной	Calamagrostis arundinacea L.	88,9	64,8
Ветреница дубравная	Anémone nemorósa L.	18,4	1,2
Земляника лесная	Fragaria vesca	5,8	4,1
Золотарник обыкновенный	Solidago virgaurea L.	35,1	2,8
Кислица обыкновенная	Oxális acetosélla	77,7	2,7
Костяника каменистая	Rúbus saxátilis	39,2	3,6
Луговик извилистый	Deschampsia flexuosa L.	25,9	10,4
Майник двулистный	Maiánthemum bifólium	96,2	17,8
Марьянник лесной	Melampýrum sylvaticum L.	66,7	6,5
Плаун годичный	Licjpodium annotfum L.	7,7	0,5
Седмичник европейский	Trientalis europaea L.	22,2	1,2
Щитовник мужской	Dryópteris fílix-mas L.	14,8	5,5
Моховой ярус			21,5
Зеленые мхи	Bryophyta sensu stricto	81,5	20,1
Сфагнум Гиргензона	Sphagnum Girgensonum Russ.	7,7	1,4

Таблица 4

Видовой состав и проективное покрытие живого напочвенного покрова на ПП 15С

Видовое название растения		Встречаемость, %	Среднее проективное покрытие, %
русское	латинское	Встречаемость, %	Среднее проективное покрытие, %
*Травяно-кустарничковый ярус*
Кустарнички			21,2
Брусника обыкновенная	Vaccinium vitis-idaea L.	62,1	1,9
Черника обыкновенная	Vaccínium myrtíllus L.	100,0	19,3
Травы			149,7
Вейник лесной	Calamagrostis arundinacea L.	89,7	74,0
Ветреница дубравная	Anémone nemorósa L.	20,4	1,8
Земляника лесная	Fragaria vesca	6,3	5,8
Золотарник обыкновенный	Solidago virgaurea L.	34,1	4,2
Кислица обыкновенная	Oxális acetosélla	80,0	6,3
Костяника каменистая	Rúbus saxátilis	47,3	4,7
Луговик извилистый	Deschampsia flexuosa L.	13,8	14,5
Майник двулистный	Maiánthemum bifólium	96,6	20,2
Марьянник лесной	Melampýrum sylvaticum L.	48,3	7,3
Плаун годичный	Licjpodium annotfum L.	10,3	1,3
Седмичник европейский	Trientalis europaea L.	23,8	2,2
Щитовник мужской	Dryópteris fílix-mas L.	17,2	7,4
Моховой ярус			29,2
Зеленые мхи	Bryophyta sensu stricto	65,5	25,8
Сфагнум Гиргензона	Sphagnum Girgensonum Russ.	10,1	3,4

Рассмотрим структуру живого напочвенного покрова и его видовой состав на участках, пройденных проходными рубками.

Как видно из данных табл. 5, на всех пробных площадях суммарное проективное покрытие превышает 100%, что связано с отсутствием в исследуемых насаждениях мертвопокровных зон и хорошо выраженной ярусностью: под пологом кустарничков, как правило, находятся травы и мхи. Велика также доля папоротников.

Таблица 5

Структура живого напочвенного покрова на объектах исследования, %

Номер пробной площади	Вариант опыта	Травяно-кустарничковый ярус			мхи, %	итого, %
Номер пробной площади	Вариант опыта	кустарнички, %	травы, %	итого, %	мхи, %	итого, %
ПП 15А	Контроль	28,5	98,5	127,0	27,7	154,7
ПП 15В	Проходная рубка 10%	27,3	121,1	148,4	21,5	169,9
ПП 15С	Проходная рубка 30%	21,2	149,7	170,9	29,2	200,1

Наименьшее суммарное проективное покрытие живого напочвенного покрова зафиксировано на контрольном участке (ПП 15А), что объясняется большей сомкнутостью полога по сравнению с другими вариантами опыта, подлеска рябины высотой 1,7 м и численностью около 9000 экз./га. В результате указанных причин усиливается конкуренция за свет, влагу и элементы питания, и, как следствие, снижается вероятность появления светолюбивых трав.

На всех участках, пройденных проходными, отмечается разрастание живого напочвенного покрова. Кроме того, как показывают наши исследования, чем выше интенсивность рубки ухода, тем больше процент суммарного проективного покрытия, что связано, в первую очередь, с увеличением освещенности под пологом леса в результате хозяйственных мероприятий и как следствие, появление луговика извилистого. Кроме того, хозяйственные мероприятия привели к появлению сфагнума. При этом, чем выше интенсивность проходной рубки, тем больше проективное покрытие сфагновых мхов. Это свидетельствует о том, что любое воздействие извне изменяет экологическую ситуацию в лесных фитоценозах и может привести к нежелательным последствиям, например заболачиванию вырубок.

Не менее интересен, на наш взгляд, вопрос о влиянии рубок ухода на структуру живого напочвенного покрова, поскольку позволяет судить об устойчивости лесного фитоценоза к хозяйственным мероприятиям.

Проблема устойчивости насаждений в условиях антропогенного воздействия является одной из центральных проблем в лесоводстве. Обычно имеют в виду устойчивость при конкретных воздействиях, предполагая, что система должна быть устойчивой к одному виду воздействия и неустойчивой – к другому (Беляева, 2006). В нашем исследовании мы рассмотрели устойчивость лесного биогеоценоза рубкам ухода разной интенсивности.

Устойчивость лесного фитоценоза к воздействию извне в целом определяется устойчивостью всех его компонентов [1], в том числе устойчивостью нижних ярусов растительности.

Остановимся на этом аспекте исследования более подробно. Результаты исследования показаны в табл. 5.

На всех опытных участках независимо от варианта опыта присутствуют все компоненты живого напочвенного покрова: кустарнички, травы и мхи. Указанная закономерность свидетельствует о том, что если рубки ухода за лесом и выводят лесную экосистему из состояния устойчивого равновесия, то ненамного и ненадолго.

Как показывают данные табл. 5, на всех участках, пройденных проходными рубками, наблюдается снижение доли кустарничков по сравнению с контрольным вариантом. При этом чем выше интенсивность проходных рубок, тем меньше суммарное проектирование кустарничков. Объясняется это тем, что кустарнички как элемент «консервативной» растительности вытесняются более динамичными видами, в основном травами, и, прежде всего, злаками.

Кроме того, рубки ухода за лесом слабой и средней интенсивности приводят к увеличению доли трав на 20 и 40% соответственно по сравнению с контрольным вариантом, что свидетельствует с одной стороны о положительной роли данного вида ухода за лесом, а с другой об отрицательной.

Известно, что увеличение доли трав свидетельствует о повышении интенсивности биокруговорота [1]. По-нашему мнению, слабые и средние рубки ухода вызывают благоприятные для фитоценоза изменения экологического режима: снижение конкуренции со стороны древостоя, высвобождение части почвенных ресурсов и, следовательно, активное разрастание напочвенной растительности. В результате в лесном фитоценозе происходит структурная перестройка, направленная на закрепление дополнительных ресурсов в биокруговороте с максимально возможным предотвращением их потерь. Большую роль в этом процессе выполняют представители злаков и осок. Для них характерен быстрый захват, связывание и возврат элементов питания в почву с опадом. Кроме того, они способны к образованию дернины, в которой также могут аккумулироваться связанные элементы питания. Вследствие этого дополнительные ресурсы вовлекаются в систему малого биокруговорота, повышая его интенсивность, и тем самым, устойчивость лесной экосистемы, приближая ее к естественному развитию. Это, в свою очередь, свидетельствует о более значительном экологическом эффекте рубок ухода слабой и средней интенсивности по сравнению с остальными вариантами опыта. Однако слишком большое разрастание доли злаков может привести к задернению вырубки и ухудшить условия для естественного лесовозобновления.

Кроме того, по нашим наблюдениям, слабые и средние рубки ухода за лесом приводят к равновесию между кустарничками и мхами, что также указывает на возвращение системы к устойчивому равновесию.

Однако в связи с этим возникает закономерный вопрос, какие компоненты травяно-кустарничкового яруса в первую очередь влияют на ослабление позиций мохового. В связи с этим рассмотрим более подробно структурные изменения, происходящие в травяно-кустарничковом ярусе на объектах рубок ухода за лесом в зависимости от их интенсивности.

Все растения травяно-кустарничкового яруса распределялись на 3 группы: 1 – кустарнички; 2 – разнотравье; 3 – осоковые и злаковые (табл. 6).

Таблица 6

Проективное покрытие травяно-кустарничкового яруса

Номер пробной площади	Вариант опыта	Кустарнички	Проективное покрытие трав по группам, %
Номер пробной площади	Вариант опыта	Кустарнички	злаковые	разнотравье	итого
ПП 15А	Контроль	28,5	60,4	38,1	98,5
ПП 15В	Проходная рубка 10%	27,3	75,2	45,9	121,1
ПП 15С	Проходная рубка 30%	21,2	84,5	65,2	149,7

Из данных табл. 6 видно, что на участках, пройденных рубками ухода, прослеживается увеличение доли злаковых растений прямопропорционально увеличению интенсивности рубки ухода. Биологической особенностью вышеназванных семейств является способность образовывать дернину, что может значительно ухудшить возобновление хвойных пород.

Анализ данных табл. 6 также показывает после проведения рубок ухода слабой и средней интенсивности доля проективного покрытия разнотравья увеличилась в среднем в 1,5-2 раза. Это способствовало уменьшению проективного покрытия злаков в результате усиления конкуренции между ними и разнотравьем за свет и элементы питания.

Помимо структурных изменений в живом напочвенном покрове нами была исследована динамика видового состава растительности нижних ярусов в зависимости от интенсивности рубок ухода.

Как показывают наши исследования, после проведения рубок ухода за лесом видовое разнообразие живого напочвенного покрова увеличивается, но незначительно. Появились только 2 новых вида: луговик извилистый и сфагновые мхи. Причиной появления луговика извилистого можно считать увеличение освещенности под пологом древостоя. Сфагнумы явились вследствие уменьшения количества деревьев на пробных площадях и изменения степени увлажения почвы. В целом количество видов живого напочвенного покрова на контрольном участке составило 14 видов, а на объектах проходных рубок – 16.

Кроме исследований структурных изменений в живом напочвенном покрове и его видового состава большое внимание было уделено распределению напочвенной растительности на экологические группы под влиянием рубок ухода за лесом разной интенсивности.

По отношению к почвенному плодородию и степени увлажнения почвы в сосново-еловых древостоях черничного типа леса большинство растений принадлежат к мезотрофам и мезофитам. После проходных рубок появились растения гигрофиты.

Таким образом, как показали наши исследования, применение рубок ухода за лесом изменяет баланс между составляющими живого напочвенного покрова, что неизбежно приводит к выходу и компонентов, и системы из состояния подвижного устойчивого равновесия. Однако слабые и средние рубки ухода вызывают благоприятные для фитоценоза изменения экологического режима: снижение конкуренции со стороны древостоя, высвобождение части почвенных ресурсов, активное разрастание травяно-кустарничкового яруса, в отличие от сильных и очень сильных рубок, увеличивающих долю мхов. В результате в лесном фитоценозе происходит структурная перестройка, направленная на закрепление дополнительных ресурсов в биокруговороте с максимально возможным предотвращением их потерь, интенсифицируются восстановительные процессы, укрепляется структура и повышается устойчивость фитоценоза. Происходит возврат к «норме», хотя уже на несколько ином уровне функционирования и с измененной структурой. Такое положение характерно практически для всех ярусов лесной растительности и фитоценоза в целом, которые изучались в экспериментах с рубками ухода [1].

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Беляева Н.В. Закономерности функционирования сосновых и еловых фитоценозов южной тайги на объектах комплексного ухода за лесом: автореф. дисс. …к.c.-х. наук. – СПб.: СПбГЛТА, 2006. – 20 c.