Оценка уровня трансформации лесной растительности геоботаническими методами

Текст воспроизводится по публикации:

Иванова Н.С. Оценка уровня трансформации лесной растительности в связи с рубками геоботаническими методами // Лесная таксация и  лесоустройство:  Межвузовский сборник научных работ. Красноярск: СибГТУ, 2000. С. 208-214

В связи с возрастанием темпов трансформации экосистем биосферы остро актуальной становится проблема детального изучения закономерностей динамики растительных сообществ, разработка методов оценки уровня антропогенной дигрессии растительности [5]. Несмотря на обилие публикаций по данной теме [2, 3, 4, 5, 6, 7, 9, 15, 16, 17, 18 и др.], не существует разработанной системы диагностических признаков для оценки трансформации естественных экосистем [5]. Проблема значительно осложняется отсутствием строгих критериев для определения элементарных биохорологических единиц и понятий для построения их классификационных систем [13, 14]. Необходима дальнейшая разработка теоретических и методических основ изучения структуры биогеоценозов и протекающих в них процессов на основе детальных количественных исследований. Целью настоящей статьи является оценка диагностической значимости геоботанических признаков для выявления уровня антропогенной трансформации лесной растительности в связи с рубками на примере горных темнохвойных лесов Южного Урала.

Исследования проводились (1991-1996 гг.) в составе южно-уральского типологического отряда Института леса УрО РАН под руководством Е.М. Фильрозе на территории лесов Катав-Ивановского лесхоза Челябинской области, которые типичны для западных низкогорий Южного Урала: Уральская лесная область, Юрюзанско-Верхнеайская провинция горных южнотаежных и смешанных лесов, по Б.П. Колесникову [10]. Нами подобраны пробные площади в пределах одного (преобладающего) типа лесорастительных условий (в нижнем высотном поясе, на пологих склонах с дренированными серыми и бурыми горно-лесными почвами), то есть в пределах одного типа субкоренных ельников (ельников чернично-зеленомошных). Выделены эколого-динамические ряды возобновления и развития биогеоценозов: коротко‑, длительно-производные березняки и устойчиво-производные осинники. Каждый ряд представлен серией пробных площадей (0.5 га), заложенных в производных лесах различного возраста : от 5-7 до 100-110 лет. Структура субкоренных ельников изучена на 5 пробных площадях (0.5 га). Таксационные характеристики древесного яруса получены Г.В. Андреевым [1, 8] и приведены в таблице 1.

Таблица 1

Таксационные характеристики древостоя

Эколого-

Номер

Состав

Возраст, лет

Полнота

Запас

динамический

пробной

по запасу

темнохвойных

лиственных

абсолютная

относительная

м3 /га

ряд

площади

 

 

 

м2 /га

 

 

Субкоренные

107

8Е1П1Б

160

130

32.7

1.0

335.9

ельники

22

3Е5П2Б

140

80

23.4

0.9

214.0

 

8

7Е3П

100

-

27.2

0.88

271.6

Коротко-

72

-

30

5

-

-

-

производные

36

3П1С6Б+Е

50

20

16.1

0.98

73.8

березняки

20

3Е2П1С4Б

110

80

28.2

1.2

330.7

 

49

5Е1П4Б

130

100

35.7

1.3

330.2

Устойчиво-

108

-

40

7-9

-

-

-

производные

102

1П1Б8Ос+Е

50

20

-

-

-

осинники

61

1П1Б8Ос

100

65

28.3

0.94

245.1

 

103

1Б9Ос+Е,П

160

110

28.4

0.81

316.0

Для оценки нижних ярусов выполнены общие геоботанические описания по общепринятым методикам [11]. Проективное покрытие травяно-кустарничкового и мохового ярусов, а также отдельных видов определяли с помощью сетки Раменского [12]. Всего закладывали по 50 учетных площадок (1х1 м) на пробной площади. Для учета запаса фитомассы травяно-кустарничкового покрова на каждой пробной площади взяты укосы с 25 учетных площадок размером 0.5х0.5 м.

Нами выявлено, что под воздействием сплошных рубок в структуре лесов происходят значительные изменения: как в древостое, так и в подчиненных ярусах. На вырубках и под пологом молодых, вновь формирующихся березняков и осинников наблюдается (табл. 2) увеличение общего количества видов растений нижних ярусов с 33-40 в субкоренных ельниках до 45-67 на вырубках, увеличение количества видов злаковых с 3-4 до 8-14 соответственно, относительного количества злаковых с 9.1-10.0 %  до 12.0-25.6 %, количества луговых видов с 10-15 до 16-34 при уменьшении числа лесных с 23-25 до 17-20, увеличение доли луговых видов с 30.3-37.5 до 39.0-61.8 %, увеличение проективного покрытия трав с 20 % до 70-98 % при одновременном уменьшении проективного покрытия мхов с 70-80 до 1-0.1 %, увеличение фитомассы трав с 38 г/м2 в абсолютно сухом состоянии до 80-117 г/м2. Наиболее резко (более чем в 1000 раз) изменяется отношение проективного покрытия мхов к проективному покрытию трав: с 3.5-4.0 до 0.001.

Таблица 2.

Структура нижних ярусов субкоренных и производных лесов нижних частей дренированных склонов западных низкогорий Южного Урала

Эколого-динамический ряд

Субкоренные ельники

Коротко-производные березняки

Длительно-производные березняки

Устойчиво-производные осинники

Возраст древостоя, лет

160

140

5

20

80

100

20

35

100

8

20

65

110

Всего видов

33

40

55

67

60

54

47

36

22

41

45

46

36

Из них: злаковых

3

4

14

8

6

3

8

5

3

8

6

4

3

                осоковых

-

5

2

3

1

5

2

4

3

5

1

1

-

      лесных

23

25

18

36

36

35

17

17

14

20

29

33

20

      луговых

10

15

34

29

23

17

28

18

8

16

16

12

14

      синантропных

-

-

-

1

-

-

1

-

-

-

-

-

1

      болотных

-

-

3

1

1

2

1

1

-

5

5

1

1

Процент от общего количества видов: злаковых

9.1

10.0

25.6

11.9

10.0

5.5

17.0

13.9

13.6

19.5

13.3

8.7

8.3

             осоковых

-

12.5

3.6

4.5

1.7

9.1

4.3

11.1

13.6

12.2

2.2

2.2

-

      лесных

69.7

62.5

32.7

53.7

60.0

63.6

36.2

47.2

63.6

48.8

64.4

71.7

55.6

      луговых

30.3

37.5

61.8

43.2

38.3

30.9

59.6

50.0

36.4

39.0

34.8

26.1

38.9

Проективное покрытие мхов, %

80

70

1

5

15

30

0.1

0.1

1-2

0.1

0.1

0.1

0.1

Отношение проективного покрытия мхов к проективному покрытию трав

 

4.0

 

3.5

 

0.01

 

0.09

 

0.33

 

1.0

 

0.001

 

0.001

 

0.03

 

0.001

 

0.001

 

0.001

 

0.001

Проективное покрытие трав, %

20

20

90

55

45

30

70

70

45

98

98

95

98

Из них: злаковых и осоковых

5

7

80

35

15

5

38

45

31

60

30

10

20

Фитомасса трав, г/м2 в абсолютно сухом состоянии

33

28

117

55

41

41

107

80

70

80

89

150

333

Из них: злаковых и осоковых, в числителе- фитомасса, г/м2, в знаменатете- %

6

18.2

6

15.8

90

76.9

20

36.4

6

14.6

12

29.3

64

59.6

60

75.0

36

60.0

48

60.0

40

44.9

13

8.7

60

18.0

Из таблицы 2 видно, что различные эколого-динамические ряды возобновления и развития биогеоценозов  различаются направлением и интенсивностью восстановительных процессов. Изменение нижних ярусов идет сопряженно с динамикой древостоя.

Наиболее быстро и полно идет восстановление исходной структуры лесов под пологом коротко-производных березняков по мере увеличения эдификаторного влияния ели и пихты, за счет роста предварительных генераций [8]. Однако даже через 100 лет после рубки при составе древостоя 5Е1П4Б и его абсолютной полноте - 35.7 м2/га проективное покрытие мхов составляет 30 %, а отношение проективного покрытия мхов к проективному покрытию трав - 1.0, что в 3.5-4.0 раза меньше, чем в субкоренных ельниках. Также отмечается повышенная фитомасса злаковых и осоковых: 12 г/м2 в абсолютно сухом состоянии, что в 2 раза превышает фитомассу злаковых и осоковых под пологом субкоренных ельников.

Под пологом длительно-производных березняков восстанавливается общее видовое разнообразие, количество видов злаковых и их доля в сложении нижних ярусов, однако количественные отношения между группами видов остаются нарушенными даже через 100 лет после рубки. Наблюдаются повышенные значения проективного покрытия и фитомассы злаковых и осоковых: 45 % и 60 г/м2 в абсолютно сухом состоянии соответственно, что в 6.4-9 раз для проективного покрытия и в 10 раз для фитомассы больше, чем в субкоренных ельниках. Наиболее медленно восстанавливается структура мохового покрова: под пологом  100-летних длительно-производных березняков проективное покрытие мхов составляет только 1-2 %, что в 40-80 раз меньше, чем в субкоренных ельниках.

В процессе формирования устойчиво-производных осинников состав древостоя остается неизменным долгое время (табл. 1), не наблюдается увеличения участия темнохвойных видов в структуре древостоя и подросте, и соответственно, не отмечено сближения структуры нижних ярусов устойчиво-производных осинников и субкоренных ельников. В структуре нижних ярусов даже к 110 годам после рубки не происходит снижения проективного покрытия травянистого яруса и увеличения проективного покрытия мхов, отношение проективного покрытия мхов к проективному покрытию трав составляет лишь 0.001. Фитомасса трав увеличивается до 333 г/м2 , что в 10 раз превышает фитомассу трав под пологом субкоренных ельников.

Таким образом, под воздействием сплошных рубок темнохвойных древостоев происходят изменения структуры нижних ярусов, которыми нельзя пренебрегать при оценке уровня трансформации лесной растительности. Наиболее информативными показателями дигрессии нижних ярусов ельников чернично-зеленомошных западных низкогорий Южного Урала являются: отношение проективного покрытия мхов к проективному покрытию трав, проективное покрытие мхов, общее проективное покрытие и фитомасса трав, проективное покрытие и фитомасса злаковых и осоковых. Имея достаточный опыт проективное покрытие мхов и трав можно определять глазомерно, что позволяет использовать эти показатели в лесоустройстве, хотя субъективность оценок остается достаточно высокой. Показатели фитомассы, полученные путем взвешивания большого количества образцов, наиболее объективно отражают реальные количественные соотношения между видами и группами видов, но они же и наиболее трудоемкие, что в большинстве случаев не позволяет использовать их в процессе маршрутных исследований. Определение таких параметров структуры нижних ярусов как общее флористическое разнообразие, количество видов злаковых, лесных, луговых, синантропных, болотных и других групп видов, а также их относительных значений требует специальной подготовки и кроме того они не имеют достаточной сопряженности с общим уровнем трансформации лесной растительности, и видимо, их нецелесообразно использовать в лесоустройстве. Однако, следует иметь в виду, что только полные списки видов с отражением их количественных характеристик (обилия, проективного покрытия, фитомассы и др.) могут дать исчерпывающую информацию о уровне трансформации лесной растительности, изменении биоразнообразия лесов, о сопряженности изменений структуры древостоя и подчиненных ярусов.

 ЛИТЕРАТУРА

 1.   Андреев Г.В., Иванова Н.С. Комплексные исследования в субкоренных темнохвойных лесах западных низкогорий Южного Урала (информационный листок).- Екатеринбург: ЦНТИ, 1999.- 4 с.

2.   Василевич В.И. Статистические методы в геоботанике. Л.: Наука, 1969. - 232 с.

3.   Василевич В.И. Доминанты в растительном покрове // Бот. журн.- 1991. - Т.76. - №12. - С. 1674-1681.

4.   Горчаковский П.Л. Тенденции антропогенных изменений растительного покрова Земли // Бот. журн., 1979.- Т. 64.- №12.- С. 1697-1714.

5.   Горчаковский П.Л. Антропогенные изменения растительности: мониторинг, оценка, прогнозирование // Экология, 1984. -№ 5.- С 3-16.

6.   Грейг-Смит П. Количественная экология растений.-М.: Мир, 1967. - 360 с.

7.   Дохман Г.И. О системе диагностических признаков единиц растительности // Бот. журн.- 1960. -  Т.45 -  №5. - С. 637-648.

8.   Иванова Н.С., Андреев Г.В. Фитоценотические особенности естественного возобновления ели и пихты в западных низкогорьях Южного Урала. (Информационный листок).- Екатеринбург: ЦНТИ, 1999.- 4 с.

9.   Ипатов В.С. Отражение динамики растительного покрова в синтаксономических единицах // Бот. журн.,- 1990. - Т. 75. - №10. - С.1380-1388.

10.Колесников Б.П. Леса Челябинской области // Леса СССР. М.: Наука, 1969.-Т. 4.- С. 125-156.

11.Программа и методика биогеоценотических исследований /отв. ред. Н.В. Дылис/.М.: Наука, 1974.- 402 с.

12.Раменский Л.Г. Проблемы и методы изучения растительного покрова. Избр. работы. Л.: Наука, 1971. - 334 с.

13.Тимофеев-Ресовский Н.В., Тюрюканов А.Н. Об элементарных биохорологических подразделениях биосферы // Бюлл. Моск. о-ва исп. природы. Отд. биол., 1966.- Вып. 1.- С.123-132 .

14.Федорчук В.Н. Совещание по динамической типологии лесов // Лесоведение, 1996.- №3.- С.94-95.

15.Фильрозе Е.М. Антропогенная динамика лесных реурсов Челябинской области // Охрана и рациональное использование биологических ресурсов Урала.- Свердловск, 1978. - С. 63-64.

16.Kostroswicki A. Synanthropization as a result of enviromental transformation // Memorabilia Zoologica, 1982.- № 37. - P. 3-10.

17.Legendre L., Legendre P. Numerical Ecology, Amsterdam; Oxford; New York: Elsevir, 1983. - 420 p.

18.Lindenmayer D.B. Future directions for biodiversity conservation in managed forests: indicator species, impact studies and monitoring programs // Forest Ecology And Management, 1999 (115).- № 2-3.- P. 277-287.