Главная‎ > ‎

От истоков до современного исследования

Текст воспроизводится по публикации:

E.S. Zolotova, N.S. Ivanova, I.V. Petrova. From the sources of forest typology to the modern research
// Scientific enquiry in the contemporary world: theoretical basiсs and innovative approach. FL, USA, L&L Publishing, 2012. P. 52-56.

We carried out the analysis of formation and development of forest typology and its new modern directions. Results of own complex geobotanical researches on studying of ecotopological features of structure and dynamics of forest vegetation, their interrelations with soil and hydrological characteristics in heterogeneous mountain conditions of the Zauralsky hilly piedmont province (the Middle Urals, Russia) are presented.

 Keywords: forest typology, type of forest, boreal forest, diversity, forest soil, prediction

Решение крупнейшей проблемы современного естествознания, создание общей теории структурно-функциональной организации природных систем, напрямую связано с классифицированием биохорологических единиц. Эта задача всегда была узловой в отечественной науке. В качестве наиболее надежной базы для разработки теоретических положений и методов классификации природных комплексов для разных стран и континентов выступает лесная типология [4]. Ее главная задача – создание теории организации экосистем на локальном, региональном и глобальном уровнях, как основы для управления состоянием окружающей среды и ее возобновляемых ресурсов [4]. Основополагающее понятие в лесной типологии –  тип леса.

Первоначально тип леса отождествлялся с типом насаждений. Первым, кто ввел данное понятие, принято считать Г.Ф. Морозова. В статье «О типах насаждений и их значение в лесоустройстве» [14] он определил тип насаждений как классификационную лесоводственную единицу, представляющую собой «совокупность насаждений, объединенных в одну обширную группу общностью условий местопроизрастания или почвенно-грунтовых условий», но лишь тех, «которые влекут за собой иную возобновляемость насаждений, вызывая поэтому назначение иного способа возобновления…» [15]. Подобные мысли высказывались также А.А. Крюденером [13].

Взгляды Г.Ф. Морозова и А.А. Крюденера на объём и содержание понятия «тип насаждений» послужили основой для оформления в СССР нескольких лесотипологических направлений, которые продолжают развиваться и в настоящее время. Первое – биоценологическое (фитоценологическое), обоснованное В.Н. Сукачевым по результатам изучения преимущественно лесов таежной зоны и горных районов. Второе – эколого-лесоводственное, разрабатываемое П.С. Погребняком и Д.В. Воробьёвым. Данное направление сформировалось в результате разностороннего изучения лесов южных лесостепных и степных районов СССР, где они произрастают в специфических лесорастительных условиях и испытывают сильное антропогенное воздействие либо созданы заново на нелесных землях. Третье – генетическое, или географо-генетическое, сформировавшееся к 1950-м годам, благодаря работам Б.А. Ивашкевича [7] и Б.П. Колесникова [8, 10]. Оно развивалось в процессе изучения исключительно сложных и динамичных кедровых лесов Дальнего Востока. Молодым современным направлением наиболее близким к генетической типологии является ландшафтная экология – наука, изучающая взаимодействие биогеоценозов в пространстве [3, 22].

Все указанные направления лесной типологии представляют тип леса как явление системное и биогеоценотическое, продолжают развиваться и совершенствоваться [19].

В биоценологическом направлении тип леса – элементарная (низшая) единица классификации лесного покрова. Она также отождествляется с типом насаждений. Тип леса объединяет участки (отдельные лесные биогеоценозы), однородные по составу древесных пород, по общему характеру других ярусов растительности, по фауне, по комплексу лесорастительных условий (климатических, почвенно-грунтовых и гидрологических), по взаимоотношениям между растениями и средой, по восстановительным процессам и по направлению смен на этих участках леса, а, следовательно, требующих при одинаковых экономических условиях одинаковых лесохозяйственных мероприятий [20]. 
В эколого-лесоводственном направлении типом леса называют участки, объединенные общностью почвы, но это уже не элементарная, а основная единица классификации. Абстрактное понятие, которому можно дать только обобщенную, модальную характеристику. В пределах типа леса выделяют элементарные единицы – типы насаждений, различающиеся составом растительности. Если следовать определению понятия «лес», то лучше эту основную единицу называть типом лесорастительных условий [18].

В генетической классификации тип леса – этап (или звено) лесообразовательного (биогеоценотического, эволюционного) процесса,  протекающего в границах некоторого экотопа на территории определенного лесорастительного (физико-географического) региона, за отрезок времени, равный продолжительности жизни хотя бы одного поколения лесообразующей древесной породы. В формулировку понятия тип леса введены фактор пространства и фактор времени, т.е. историзм и географизм лесного покрова [9]. Здесь тип леса также абстрактное понятие, которому можно дать только обобщенную, модальную характеристику.

Необходимость оценки последствий непрерывно усиливающегося антропогенного воздействия на лесные экосистемы и прогнозирования дигрессивно-демутационных смен с целью разработки оптимальных сценариев устойчивого лесопользования стимулировали использование математического моделирования [4, 21]. Оказалось, что ввиду чрезвычайного разнообразия, динамичности и поливариантности развития экосистем, сложно предложить общетеоретический подход для их описания и анализа [12]. Современная наука попала в методологический  тупик, выражающийся в огромном разрыве между экспериментальной (полевой) и математической экологией [21]. Использование традиционного системного подхода, сформированного в прошлом веке и понимающего систему, как иерархию взаимосвязанных блоков, выстроенных исследователем "вручную", ограничивается высокой гибкостью и поливариантностью процессов развития экосистем.  Парадигма линейной причинности неприменима в связи с нелинейностью свойств природных систем [12]. Кроме того, при современном понимании биосферной роли лесов традиционная для генетической типологии направленность на сохранение и увеличение продуктивности древостоев для хозяйственных целей оказывается недостаточной. В настоящее время приоритеты смещаются в сторону сохранения и поддержания природного биоразнообразия лесной растительности и прогноза его динамики. Следовательно, необходимо дальнейшее развитие генетической типологии, как основы для сближения экспериментальной (полевой) и математической экологии, а также как теоретико-методологической основы для описания биоразнообразия наземных экосистем, прогнозирования их динамики в прикладных целях. Это является целью нашей работы.

На основе подходов генетической типологии и современных математических методов нами проводятся комплексные исследования по изучению экотопологических особенностей структуры и динамики лесной растительности, их взаимосвязей с почвенно-гидрологическими характеристиками в гетерогенных горных условиях Зауральской холмисто-предгорной провинции.

Исследования проводятся в южно-таежном округе на территории планируемого историко-природного парка «Истоки реки Исети» (57°00ґ–57°05ґ с.ш. и 60°15ґ–60°25ґ в.д.). Район изучения – расчлененное предгорье, образованное чередованием меридиональных возвышенностей и гряд с широкими межгорными вытянутыми понижениями. Абсолютные высоты 200–500 м над ур. м. [11]. Эти территории характеризуются многообразием природных ландшафтов, типов лесорастительных условий и соответственно повышенным разнообразием растительности и почвенного покрова.

Изучено 13 основных типов леса, выделенных Б.П. Колесниковым и др. [11],  расположенных в топоэкологическом профиле от сухих верхних частей крутых склонов (табл. 1) до заболоченных бессточных котловин (табл. 2). Первый этап исследований заключался в изучении условно-коренных, старовозрастных лесов, сохранившихся в данном регионе на крайне незначительной площади и находящихся под угрозой полного уничтожения. Проведены комплексные лесогеоботанические исследования. Выполнены таксация древостоя, учет подроста древесных растений, общие геоботанические описания, определено проективное покрытие и продуктивность видов травяно-кустарничкового яруса, заложены почвенные разрезы, описана морфология (названия даны в соответствии с Б.П. Колесниковым и др. [11] и В.П. Фирсовой [24] (табл. 1, 2), взяты образцы для определения основных физико-химических характеристик почв.

 

Таблица 1

Лесорастительные условия и основные условно-коренные типы леса дренированных местообитаний южно-таежных лесов Зауральской холмисто-предгорной провинции [11]

Положение в рельефе

Тип леса

Характеристика почв: мощность профиля (аккум. гор.-та), см; сложение

Свежие, периодически сухие местообитания

вершины и верхние половины склонов возвышенностей

сосняк брусничнико-вый,

С бр.

менее 40 (10); горно-лесные примитивно-аккумулятивные хрящеватые суглинки с рыхлым сложением

Устойчиво свежие местообитания

вершины спокойных возвышенностей, пологие склоны

сосняк ягодниковый,

С яг.

менее 30 (7); неполноразвитые бурые горнолесные грубогумусовые супесчаные с рыхлым сложением

верхние части придолинных склонов и вершины невысоких холмов

сосняк ягодниково-липняковый,

С яг. лп.

50 (12); бурые горнолесные грубогумусовые супесчаные с рыхлым сложением

придолинные склоны со щебнем горных пород

ельник-сосняк зеленомошниково-ягодниковый,

Е-С зм. яг.

50–60 (8); неполноразвитые бурые горнолесные грубогумусовые с преимущественно рыхлым сложением (ВС – плотное)

средние и нижние части пологих склонов

сосняк орляковый,

С орл.

70–80 (10); бурые горнолесные суглинистые грунтово-оглеенные с преимущественно плотным сложением (ВС - рассыпчатое)

невысокие водораздельные возвышенности

сосняк травяно-липняковый,

С тр. лп.

50–60 (10); бурые горнолесные с плотным сложением

Свежие, периодически влажные местообитания

ровные приподнятые участки водоразделов, пологие склоны

сосняк разнотравный,

С ртр.

90 (8); бурые горнолесные суглинистые с преимущественно плотным сложением

приподнятые участки ровных водоразделов и депрессий

сосняк мшисто-черничниковый,

С-Тх мш. чер.

60 (9); неполноразвитые бурые горнолесные супесчаные поверхностно-оглеенные с рыхлым сложением

дренированные нижние части придолинных склонов

ельник травяно-зеленомошнико-вый, Е тр. зм.

120 (11); бурые лесные тяжело суглинистые почвы с плотным сложением

Таблица 2

Лесорастительные условия и основные условно-коренные типы леса слабодренированных и заболоченных местообитаний южно-таежных лесов Зауральской холмисто-предгорной провинции [11]

 

Положение в рельефе

Тип леса

Характеристика почв: мощность профиля (аккум. гор.-та), см; сложение

Влажные, периодически сырые местообитания

дренированные шлейфы придолинных склонов

сосняк-ельник разнотравно-высокотравный,

С-Е втр.

170 (10); супесчаные бурые горнолесные на суглинистом элювии-делювии пород с преимущественно рыхлым сложением (ВС-плотное)

плоские гривы среди болот и слабо дренированных междуречий, окраины болотных массивов

Ельник-кедровник хвощово-мшистый,

Е-К хв. мш.

Более 75 (6) лесные торфянисто-подзолисто-глеевые с рыхлым сложением

Устойчиво-сырые

слабо дренированные участки водоразделов, окраины болот, шлейфы пологих склонов

сосняк сфагново-хвощовый,

С сф. хв.

70 (10); серые лесные суглинистые грунтово-оглеенные с рыхлым сложением (ВС-плотное)

бессточные котловины на плоских водоразделах и межувальные западины

сосняк кустарничково-сфагновый,

С кс. сф.

Более 100 (10); поверхностно-заболоченные торфяно-подзолистые глеевые

 

Анализ экологических особенностей структуры лесной растительности проведен с различным уровнем детальности. Это возможно благодаря выделению нескольких иерархических уровней по режиму увлажнения. Наиболее крупные группы (классы типов [23]): А – дренированные участки, Б – слабодренированные и заболоченные (табл. 1). В пределах дренированных местообитаний выделены три группы лесорастительных условий: периодически сухие с неустойчивым режимом увлажнения, устойчиво-свежие и свежие с кратковременным переувлажнением в весенний период.

Изменение структуры растительности старовозрастных лесов в топоэкологическом профиле достаточно закономерно (табл. 3).

Таблица 3

Характеристика на стадиях спелости растительности условно-коренных лесов

Шифр типа леса

Древостой

Травяно-кустарничковый ярус

Моховой ярус

Состав

Проективное покрытие, %

Средняя высота, см

Число видов на 1 м2

Проективное покрытие, %

Дренированные местообитания

С бр.

10С+Б, Л

20–40

20–30

4–9

3–10

С яг.

10С+Б, Л

30–50

20–30

6–10

5–20

Е-С зл. яг.

8С1Л1Б+Е

20–30

20–30

15–20

10–20

С орл.

10С+Б, Лп, Е

70–90

70–80

14–16

5–10

С тр. лп.

7С1Л1Б1Лп+ Е, П

20–30

25–30

11–13

1–5

С ртр.

10С+Б, Лп, Е, Л

80–100

40–50

27–30

1–2

С-Тх мш. чер.

10С+Б, Л, Е

60–70

40–50

10–12

70–90

Е тр. зм.

6Е4Б

15–25

6–8

1–10

2–4

Слабо дренированные и заболоченные местообитания

С-Е втр.

5Е3С2Б+П,Ос

50–60

40–50

15–22

30–40

Е-К хв. мш.

9Е1Б

50–60

55–65

10–15

60–70

С кс. сф.

10С+Б

30–50

30–50

3–5

50–60

 

Наименьшее видовое разнообразие, как древесного, так и травяно-кустарничкового ярусов характерно для крайних условий (наиболее сухих и наиболее переувлажненных). В этих условиях отмечается 2–3 вида в древесном ярусе и 3–9 видов (на 1 м2) в травяно-кустарничковом покрове. Наибольшее видовое разнообразие, как древесного яруса, так и травяно-кустарничкового наблюдается в богатых лесорастительных условиях при устойчивом увлажнении почвогрунтов. Здесь формируются сосновые леса с хорошо развитым многовидовым травянистым ярусом. Исключения составляют ельники травяно-зеленомошниковые, где ель сибирская (мощный эдификатор) контролирует видовой состав и интенсивность развития подпологовой растительности.

Лесотипологический анализ позволил выявить особенности естественного возобновления видов-эдификаторов после сплошных вырубок [5] и структурную организацию старовозрастных лесов Зауральской холмисто-предгорной провинции, оценить влияние на видовое разнообразие различных факторов среды (режим увлажнения, мощность и кислотность почв) [6].

Изучена экологическая особенность сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) формировать типы леса в контрастных лесорастительных условиях (болото­ – суходол). Проведен сравнительный анализ главнейших факторов эдафоэкотопов – гидротермического режима и элементов почвенного питания, а также микроклимата, детерминирующих различия в структуре и функциях популяций Pinus sylvestris L. [16, 17].

Привлечение методов нелинейной динамики дало уникальную возможность перейти от качественного прогнозирования состояния лесных экосистем к количественному [1, 5].

С целью объединения разобщенных в пространстве типологических групп и распространения идей генетической типологии создан Интернет-ресурс «Генетическая типология и динамика леса» [2]. На этом сайте размещены основные результаты наших исследований.

В настоящее время идет дальнейшая работа по составлению детального кадастра условно-коренных и производных типов леса с количественными характеристиками всех ярусов растительности и почвенного покрова, который существенно дополняет имеющуюся информацию о типологической структуре лесов изучаемого региона [11] и послужит надежной базой для лесохозяйственных и природоохранных мероприятий.

Работа выполнена при поддержке Программы Президиума РАН No. 12-П-4-1060

Список литературы:

1.     Быстрай Г.П., Иванова Н.С. Подходы к моделированию динамики лесной растительности на основе теории катастроф // Аграрный вестник Урала. 2010. №2 (68). С. 75-79.

2.     Генетическая типология и динамика леса [Электронный ресурс]. URL: http://www.dynfor.ru (дата обращения: 05.09.2012).

3.     Громцев А.Н. Ландшафтная экология таежных лесов: теоретические и прикладные аспекты. Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2000. 144 с.

4.     Дыренков С.А. К созданию классификации наземных экосистем – обобщение перекрестного метода // Динамическая типология леса. М.: Агропромиздат, 1989. С. 4-14.

5.     Иванова Н.С., Быстрай Г.П. Модель формирования структуры древесного яруса на вырубках. Часть 1. Управляющие параметры // Аграрный вестник Урала. 2010. №5. С. 85-89.

6.     Иванова Н.С., Золотова Е.С. Факторы типологического и видового разнообразия лесов Зауральской холмисто-предгорной провинции // Фундаментальные исследования. 2011. №12. С. 275-280.

7.     Ивашкевич Б.А. Дальневосточные леса и их промышленное будущее. Хабаровск: ДВОГИЗ, 1933. 168 с.

8.     Колесников Б.П. Кедровые леса Дальнего Востока. М.–Л.: Изд-во АН СССР, 1956. 261с.

9.     Колесников Б.П. Г.Ф. Морозов – основоположник лесоведения и научного лесоводства // Лесообразовательные процессы на Урале. Труды ИЭРиЖ. Свердловск: Изд-во АН СССР, 1970. Вып. 67. С. 5-14.

10.  Колесников Б.П. Генетический этап в лесной типологии и его задачи // Лесоведение, 1974. № 2. С. 3-19.

11.  Колесников Б.П., Зубарева Р.С., Смолоногов Е.П. Лесорастительные условия и типы лесов Свердловской области. Практическое руководство. Свердловск: УНЦ АН СССР, 1974. ­176 с.

12.  Ланкин Ю.П., Иванова Н.С. Общий подход к моделированию разнообразия экосистем биосферы на основе фундаментальных свойств живых систем // Современные проблемы науки и образования. 2011.  № 6. URL: www.science-education.ru/100-4883

13.  Мигунова Е.С. Лесоводство и почвоведение (исторические очерки). М.: Экология, 1994. 248 с.

14.  Морозов Г. Ф. О типах насаждений и их значение в лесоустройстве // Лесн. Ж., 1904. Вып. 1. С. 14-94.

15.  Морозов Г. Ф. Учение о типах насаждений. М.; Л.: Сельколхозгиз, 1931. 421с.

16.  Петрова И.В., Санников С.Н. Изоляция и дифференциация популяций сосны обыкновенной. Екатеринбург: УрО РАН, 1996. 141 с.

17.  Санников С.Н., Черепанова О.Е., Ефремова Т.Т., Петрова И.В. Градиенты среды смежных суходольных и болотных популяций Pinus Sylvestris L // Генетика, экология и география дендропопуляций и ценоэкосистем. Сборник научных трудов. Екатеринбург: УрО РАН, 2010. С. 74-83.

18.  Сенов С.Н., Грязькин А.В. Лесоведение: Учебное пособие. СПб.: СПбГЛТА, 2006. 70 с.

19.  Смолоногов Е. П. Эколого-географическая дифференциация и динамика кедровых лесов Урала и Западно-Сибирской равнины (эколого-лесоводственные основы оптимизации хозяйства). Свердловск: УрО АН СССР, 1990. 288 с.

20.  Сукачев В.Н., Зонн С.В. Методические указания к изучению типов леса. М.: Изд-во АН СССР, 1961. 143 с.

21.  Суховольский В.Г. Моделирование экологических систем: проблемы и возможные решения // Материалы второй Национальной конференции с международным участием "Математическое моделирование в экологии" ЭкоМатМод-2011. Пущино: ИФХиБПП РАН, 2011. С. 259-261.

22.  Трушкин В.В. Геоэкологические основы устойчивого лесопользования на территории Восточного Прибайкалья: На примере бассейна реки Турки: автореферат дис. ... канд. геогр. наук: Улан-Удэ, 2004. 22 c.

23.  Фильрозе Е.М., Рябчинский А.Е., Гладушко Г.М., Конашов А.В. Экология лесов Западной Башкирии. Свердловск: УрО РАН СССР, 1990. 200 с.

24.  Фирсова В.П. Почвы таежной зоны Урала и Зауралья. М.: Наука, 1977. 176 с.