Введение к работе
-
-..*.:!
Актуальность. В Западной Сибири сосновые леса являются щи-іко раслространенной~(2б/5) и особо ценной формацией. Коренные юокопродуктивные сосняки" наибольшие площади занимают в Южном іиобье - регионе климатического оптимума произрастания сосны шкновенной. В географическом аспекте Южное Приобье охватывает істично ботанико-географические зоны южной тайги, лесостепи и сепи. Распространение сосновых лесов носит здесь массивный,ост-эвной и ленточный характер.
Вследствие интенсивного хозяйственного освоения этой части ападной Сибири, а в последние годы и урбанизации, сосновые ле-а, как наиболее доступные подверглись интенсивной эксплуатации -3-х кратной рубке главного пользования), а спелые насакдения казались почти полностью вырубленными. Поэтому в последнее вре-я весьма остро, встал вопрос о восстановлении былой, экономиче-кой и хозяйственной роли этой формации Южного Приобья, главным аправлением в котором является формирование высокопродуктивных основых лесов будущего.
Восстановление коренных типов сосновых лесов максимальной іродуктивности невозможно без знания их исходной фактической и югенииальной производительности, связей различных экологических іакторов и биологических особенностей сосны обыкновенной, взаи-ювлияния между ростовыми процессами и ыатериально-энергетиче-:киы обменом структурных частей лесной экосистемы. Поэтому перед гесной экологией и лесоведением встала задача изучить роль каабой составной части биогеоценоза в продукционном и в восстановительном процессах.
Цели и задачи исследования. Перечисленные нерешенные задачи определили' главную цель работы - изучить эколого-фитоценоги-ческие факторы формирования продуктивности и восстановления сосновых лесов Южного Приобья. В решение её, как нам представляется, основными являются следующие вопросы: I. Определить в сосновых лесах естественного и искусственного происхождения влияние эколого-фитопенотических факторов на продуктивность и структуру фитомассы (запас, прирост, опад, отпад и депонирование) в' возрастном, экологическом и зональном аспектах. 2. Определить содержание азота и зольных элеыен-тов в различных органах сосны, выяснить степень обеспеченности ими в различных экологических
условиях. 3. Изучить круговорот азота, и зольных элементов в основных типах леса и лесных культурах"и выяснить их роль в формировании продуктивности. 4. На основе анализа биологических особенностей сосны, экологических условий в форынровашш его лесов, их состояния и продуктивности, специальных экспериментальных работ разработать лёсокультурное районирование. 5. исследовать процессы естественного возобновления сосны под полого;,) материнских древостоев и'на вырубках,.дать оценку состоянию подроста, выявить механизмы, обуславливающие направление лесовосстановления и разработать рекомендации по восстановлению вырубок.
Научная новизна. На основе комплексного и всестороннего изучения всех аспектов статического и динамического, состояния сосновых насаждений получены количественные параметры, раскрывающие механизмы их функционирования.
Впервые для крупного региона в возрастном ряду в 'различных экологичекскх условиях изучена фитомасса сосновых лесов, в том числе и в искусственных насаждениях. На уровне всех компонентов фитоценозов (древостоя, подроста, подлеска, кустарничков, травостоя и мхов) детально определены запасы и структура фитомассы.её текущий прирост, опад, отпад и депонирование (в том числе и репродуктивных органов), выявлены специфические особенности биопродукционного процесса в возрастной динамике сосновых древостоев в' различных зонах. В этом же аспекте изучены запасы и структура фи-тоыассы подстилки и сезонная динамика древесного спада.
Получены новые данные по сезонной динамике нивого напочвенного покрова в возрастном ряду .естественных и искусственных насаждений сосны.
Определено содержание 26 химических элементов в хвое, ветвях, стволах, корнях сосны в возрастном, зональном к экологическом аспектах, изучена их сезонная динамика, выявлены пределы их изменчивости, "содержание некоторых элементов в хвое и других органах сосны в Сибири определено впервые. Полученные материалы дали основание для важного вывода о том, что именно большая изменчивость содержания элементов в различных органах сосны является одним из факторов, обеспечивающих этой древесной породе широкую адаптационную амплитуду к естественным экологическим условиям и усиливающимся антропогенным нагрузкам.
Проведены широкие исследования круговорота II макро- и мик-
роэлементов. В регионе впервые он изучен в основных типах леса и лесных культурах в возрастном ряду. Выявлены интенсивность биологического круговорота азота и зольных элементов, типы химиза и емкость. Сделан вывод о том, что в ыертвопокрозный период сукцессии (с 12 до 40-45 лет) в искусственных насаждениях' затормо-нен круговорот веществ, в связи с чем они недостаточно устойчивы в экстремальные (засушливые) годы.
Составлены таблицы массы стволов, крон, хвои на уровне дерева по двум входам - высоте и диаметру и древостоев, выявлены уравнения связи их с таксационными признаками.
Проведены многолетние комплексные стационарные исследования в естественных и искусственных насаждениях сосны, микроклимата, распределения осадков, влажности почв, устойчивости сосны к недостатку влаги в почве и нарушения корне-листового баланса, особенностей ростовых процессов в течение вегетационного периода, особенностей формирования корневой системы в возрастной динамике и влияние различных климатических факторов- на размер годичного кольца-и линейного прироста сосны. Установлено, что сосна обыкновенная в регионе обладает чрезвычайно высокой адаптационной амплитудой к экологическим условиям.
Разработано лесокультурное районирование лесостепной зоны Западной Сибири. Впервые выделены районы гарантированного и рискованного выращивания сосновых насаждений, выявлен индикационный признак (коэффициент изменчивости осадков в течение гидрологического года) для их установления.
Получены новые данные по естественному возобновлению сосны под пологом леса и на вырубках. Здесь впервые прогедены. широкие экспериментальные работы по выявлению-механизмов, регулирующих возобновительный процесс. Установлено, что на разных этапах формирования сосновых лесов с момента начала их плодоношения в качестве элиминирующих факторов возобновительного процесса выступают подстилка, айвой напочвенный покров, древостой и световой режим. Разработана шкала оценки усдешности естественного возобновления сосны и дана биологическая оценка подросту под пологом материнского древостоя разной полноты.
Указанные новые- научные полонения, касающиеся формирования и функционирования сосновых насаждений и основанные на них практические рекомендации выносятся на защиту.
Практическая ценность диссертации. По результатам исследований разработано "Руководство по лесовосстановлению в лесах Западной Сибири"- (1985), которое утверждено Минлесхозом РСФСР и издано в качестве основного документа по проведению всех лесовосста-новительных мероприятий в лесах Новосибирской, Кемеровской, Томской, Тюменской, Омской областей и Алтайского края. Материалы диссертации использованы при составлении проекта "Наставления по рубкам ухода в лесах Западной Сибири". Таблицы хода роста естественных сосняков и лесных культур, а такке фитомассы стволов,крон и хвои на уровне дерева по двум входам - высоте и диаметру приняты к внедрению Западно-Сибирским лесоустроительным предприятием В/о "Леспроект".
Содержащиеся в диссертации материалы и изложенные в ней рекомендации могут быть использованы работниками лесного хозяйства и лесной промышленности, учеными экологами, озеленителями-архитекторами, специалистами высших учебных заведений в практических и учебных целях.
Личный вклад автора. Материал собран лично соискателем или под его руководством и при непосредственном участии в маршрутных и стационарных исследованиях в период 1959-1986 гг.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на союзных (Всесоюзном совещании по вопросам питания древесных растений и повышения продуктивности насаждений, Петрозаводск (1969), Всесоюзной конференции по развитию производительных сил Сибири, Новосибирск (1980), Всесоюзных конференциях "Актуальные вопросы исследования лесов Сибири", Красноярск (1981), "Интродукция древесных растений и вопросы семеноводства в лесной хозяйстве", Новосибирск (1981), "Проблемы физиологии и биохимии древесных растений", Красноярск (1982), "Средоулучшающая роль леса", Новосибирск (1984) и региональных (Научно-практической конференции по развитию.производительных сил Томской области", (Томск, 1969), конференциях "Эффективность использования лесных ресурсов и их восстановление в Западной Сибири, Новосибирск (19'71), "Оценка природных ресурсов в Новосибирской области", Новосибирск (1972), "Лесоразведение в гослесфонде и на целинных землях Западной Сибири", Новосибирск' (1974), "Особо ценные лесные объекты", Новосибирск (1979), "Развитие производительных сил Сибири и- задачи научно-технического прогресса", Красноярск,
1985), конференциях и совещания и международном симпозиуме. "Продуктивность и стабильность лесных экосистем", Красноярск 1982).
Публикация. Основное содержание диссертации опубликовано в 2 научных работах, среди которых 2 монографии и "Руководство to проведению лесовосстановительных работ в гослесфонде Запад-[ой Сибири". Кроме того соискатель является соавтором Наставле-!ия по рубкам ухода в лесах Западной Сибири, проект которого со-тавлен коллективом научных сотрудников Института леса и древе-ины им. В.Н. Сукачева СО АН СССР. Общий объем .опубликованных іабот - 57 п.л.
Объем работы. В основу работы положены результаты лродолии-ельных стационарных и маршрутных исследований, проведенных ав-ором на постоянных и временных пробных площадях в 1959-1986 гг. ни проведены в подзоне южной'тайги и в лесостепи. Кроме того спользованы материалы временных проб, заложенных в степной зо-е (в ленточных борах Алтая) и в средней тайге. В процессе об-уждения отдельных вопросов привлечены данные других исследова-елей.
В естественных сосняках и лесных культурах было заложено оответс.твенно 53- и 86 пробных площадей, из которых фитомасса лределена в первых в 30-ти и в искусственных насаждениях - в 8 пробах. Приросты в высоту и по диаметру измерены более чем у 00 деревьев. Фитомасса стволов, ветвей, хвои, корней деревьев
живого напочвенного покрова определялись путем взвешивания, о общепринятым методикам (Молчанов, Смирнов, 1967; Поздняков, 968; Родин и др., 1968). Модельные деревья з количестве от. 9 о 30 шт. брались с учетом их представленности по ступеням тол-ины. На всех пробах с 9-25 площадок размером 0,25-1,0 м2) соб-ана и разобрана по фракциям подстилка, опад учитывался также в лощадках такого не количества. В течение 8 лет на постоянных робах изучались рост сосны в высоту и по диаметру, а также и е хвои.. Гидротермический и радиационный режим насаждений, провес опада и отпада в годичной динамике и элементный химический остав ЭХС) сосны и других растений в возрастном, экологическом зональном аспектах и в сезонной динамике. ЭХС сосны азот и 25 ольных элементов) определен в общей сложности в более чем 2,6 ыс. образцах. Азот определился калориметрическим методом. Ос-
тальные элементы определялись в сухой золе, калий - на пламен* фотометре, Р и Na - на ФЭКе, Са, Mg, Fe, Al, Мп и др. - кванте метрическим методом (Арнаутов, Зеркалова, Киреев,. 1968). Объел выполненных исследований, методика работы, а также характернее ка объектов приводятся в соотве\Тсвующих главах диссертации,час систематизированного материала (в виде таблиц или рисунков) і несена во второй-том. Диссертация изложена в 2 томах. Первый а состоит из 497 страницы машинописи-, из них 297 страниц текста, содержит 131 таблиц, 30 рис., схем и фотографий и 569 (в том числе 32 иностранных) источника использованной литературы. Втс рой том имеет объем 220 страниц, в него включены только таблиі (72 шт.) и.рис. и фотографии (49 шт.).