Введение к работе
Актуальность темы. В условиях интенсивной антропогенной трансформации лесов все более острой становится проблема сохранения биологического разнообразия, устойчивости лесных экосистем и почвенного плодородия. Практика лесного хозяйства и научные исследования последних десятилетий показывают, что наиболее устойчивыми к любому воздействию являются биогеоценозы (БГЦ) естественного происхождения. Однако неразумное ведение хозяйства приводит к разрушению лесных БГЦ, нежелательной смене пород. Масштабы такой смены тем значительней, чем ниже культура производства, несовершеннее технология и техника, формальнее подходы к проводимым в лесу мероприятиям. Решение этих центральных для настоящего исследования вопросов требует системного рассмотрения других, связанных с ними общих и частных проблем.
Опыт, восстановления ельников, с учетом естественно-исторических и экономических условий в таежной зоне европейской части России изучен недостаточно, поэтому исследования в этом направлении имеют важное научное и практическое значение. Создание лесных культур (ЛК), как способ предупреждения смены пород, в условиях таежной зоны по многим причинам оказывается не самым эффективным. Изучение достоинств и недостатков применяемых способов рубок и обусловленных ими способов лесовосстановления позволит ускорить решение указанной проблемы.
Цель и задачи исследований. Целью настоящего исследования является выявление потенциала естественного возобновления (ЕВ) таежных ельников в условиях интенсивного антропогенного воздействия для предупреждения смены пород, сохранения почвенного плодородия, естественного биологического разнообразия и повышения устойчивости лесных экосистем. Для достижения поставленной цели исследования необходимо решить следующие основные задачи.
-
Изучить влияние биотических и абиотических факторов на ЕВ.
-
Изучить особенности ЕВ по лесорастительным зонам в преобладающих типах леса под пологом древостоев и на вырубках.
-
Изучить влияние рубок главного аол ы>. (РГП), рубок ухода (РУ), комплексного ухода и других хозяйственных мероприятий на успешность ЕВ.
-
Изучить влияние элементов методики на точность и достоверность результатов при проведении учетных работ.
3"
Решение поставленных задач позволит создать надежную базу для ведения хозяйства на принципах неистощительного и рационального пользования лесом, с учетом местных условий и особенностей. При этом способы лесовосстановления и их эффективность увязывается со способами и качеством проведения РГП, РУ и других хозяйственных мероприятий.
Организация исследований. Основная часть работ осуществлялась в порядке личной инициативы в рамках международной программы "Глобальный цикл углерода", государственной программы "Российский лес" и комплексных исследований лесохозяйственного факультета Санкт-Петербургской Лесотехнической Академии (ЛТА) с 1981 года. Кроме этого исследования в рамках темы диссертации проводились по гранту: "Влияние хозяйственных мероприятий на структурные элементы лесных биогеоценозов" и единому заказ-наряду 1.1.94 "Устойчивость лесной экосистемы". В состав творческих коллективов входили специалисты нескольких кафедр как лесохозяйственного, так и других факультетов ЛТА. Основной экспериментальный материал получен на стационарных объектах с длительным сроком наблюдений (с 1929-1932 годов). Опыты были заложены под руководством профессора В.В. Тумана и в дальнейшем изучались сотрудниками СПбНИИЛХ и кафедры лесоводства ЛТА под руководством профессоров А.В. Давыдова и позднее С.Н. Сеннова.
Личный вклад. Полевые работы, статистический анализ, обобщение и интерпретация представленных в диссертации материалов выполнены под руководством и при непосредственном участии соискателя. Большую помощь в сборе, обработке и оформлении представленных материалов оказывали преподаватели, аспиранты и дипломники кафедры лесоводства. Всем им автор выражает свою глубокую признательность. Особую благодарность выражаю своему наставнику — Заслуженному деятелю науки, доктору сельскохозяйственных наук, профессору С.Н. Сеннову.
Научная новизна. На примере крупного региона проведено комплексное изучение закономерностей и особенностей процесса ЕВ ели в условиях интенсивного антропогенного воздействия, с учетом влияния комплекса биотических и абиотических факторов. При этом разработана и использована методика комплексных исследований и оригинальная шкала для оценки успешности ЕВ в преобладающих типах леса. На этой теоретической базе разработаны принципиальные положения по воспроизводству ельников с сохранением их биосферных функций и естественного разнообразия в условиях европейской тайги.
На массовом материале, полученном на временных и постоянных ПП при маршрутном обследовании и на стационарных объектах с длительным сроком наблюдений, выявлены и оценены критерии состояния подроста и возобновительный потенциал ельников. Установлены закономерности, отражающие связь параметров ЕВ с составом, возрастом и полнотой древостоев. Полученные зависимости использованы для разработки программы оптимизации РГП и лесовосстано-вительных работ.
Изучены особенности вертикальной структуры субклимаксовых ельников и изменчивость показателей микроклимата по горизонтам полога. Выявлена связь этих характеристик с ЕВ ели.
Впервые рассматривается влияние парцеллярной структуры лесных БГЦ, генетической неоднородности популяции ели и микроместообитаний на формирование подроста под пологом древостоев и на вырубках. Детально проанализирована изменчивость состава, состояния и структуры молодняков на разных этапах их формирования. Дана дифференцированная по направлениям лесообразовательного процесса количественная и качественная характеристика молодняков.
Выявлены закономерности изменения численности подроста, его состава и состояния после комплексного ухода. Проанализирована динамика численности и встречаемости подроста ели под пологом ельников, выращенных в режиме регулярных РУ. Установлено положительное влияние интенсивных РУ на состояние и структуру молодняков естественного и искусственного происхождения. Установлено, что осушение в сочетании с рубками является эффективной мерой содействия естественному возобновлению. (СЕВ).
В рамках системных исследований дана оценка влияния элементов методики на точность и достоверность результатов при проведении учета и оценке успешности ЕВ. Обосновано целесообразное время проведения таких работ. Получен патент на способ учета подроста.
Предмет защиты. На основе стационарных и полевых исследований в диссертации рассмотрены, сформулированы и обоснованы следующие научные положения и рекомендации.
-
Закономерности ЕВ ели в зависимости от комплекса абиотических факторов и интенсивности антропогенного воздействия.
-
Состояние ЕВ под пологом древостоев в зависимости от их состава, строения и возраста в преобладающих типах леса.
-
Закономерности и особенности формирования подроста под пологом ельников и лиственно-еловых древостоев.
5"
-
Значение парцеллярной структуры лесных БГЦ, микроместообитаний и генетической неоднородности популяции ели в формировании условий для ЕВ ели под пологом древостоев и на вырубках.
-
Закономерности изменения состава, состояния и структуры подроста под влиянием РГП и других видов хозяйственной деятельности.
-
Методика комплексных учетных работ при оценке успешности ЕВ.
7. Региональные нормативы по оценке успешности ЕВ.
Практическая ценность и реализация результатов. Полученные
материалы послужили основой для разработки практических рекомендаций по учету подроста и оценке успешности ЕВ. Предложен комплекс мер, направленных на воспроизводство высокопродуктивных и устойчивых ельников с минимальными затратами труда и средств. Предложены уточнения и дополнения к "Правилам рубок главного пользования...", "Наставлению порубкам ухода...", "Инструкции по сохранению подроста..." и ГОСТу. Результаты исследования могут быть использованы при сертификации лесной продукции и реализации концепции устойчивого развития лесного хозяйства России.
Уточнены правила постепенных рубок и сроки ухода за лиственно-еловыми молодняками. Разработана шкала оценки успешности ЕВ для условий южной тайги. Обоснованы нормативы учета подроста и время проведения учета. Установлена очередность назначения спелых древостоев в РГП с учетом способа лесовосстановления по типам леса.
Полученные данные являются важным вкладом в теорию и практику восстановления и повышения устойчивости ельников. Предупреждение нежелательной смены пород, сокращение сроков воспроизводства и уменьшение затрат на лесовосстановление имеет первостепенное значение в сложившихся экономических условиях.
Апробация работы. Результаты исследований представлялись на межвузовских, региональных и международных конференциях, семинарах и совещаниях: "Пути повышения научно-технического прогресса в лесном хозяйстве" (Саласпилс, 1983); "Совершенствование ведения хозяйства в лесах Украины и Молдавии" (Киев, 1990); "Леса, окружающая среда и новые технологии в Северной Европе" (Петрозаводск — Йоенсу, Финляндия, 1993); "Проблемы динамической типологии леса" (Архангельск, 1995); "Лесоводство и экология: современные проблемы и пути их решения" (Брянск, 1996); "The comparison of carbon dinamics in two coniferdominanted forested regions: theNortwest of Russia and the Pacific Nortwest, USA" (Corvallis, Oregon, USA, 1996); "Строение, свойства и качество древесины-96" (Москва, 1996); "The
Youth Ecology Forum of the Baltic Region countries - Ecobaltica -XXI century" (С. Петербург, 1996); "Проблемы динамической типологии и экологии преобразованных и деградированных лесов (Брянск, 1996); "Modelling Regeneration Success and Early Growth of Forest Stands" (Copenhagen, Дания, 1996); "Эколого-зкономические проблемы охраны окружающей среды" (Сыктывкар, 1998); "Проблемы ботаники на рубеже ХХ-ХХ1 веков" (С. Петербург, 1998).
Кроме этого о результатах исследований сообщалось на ежегодных научных конференциях преподавателей ЛТА и других вузов, начиная с 1981 года. Основные положения и результаты исследования получили положительную оценку.
Публикации. Основные материалы диссертации опубликованы в научных работах общим объемом более 20 печатных листов. Они включают две монографии, практические рекомендации, методические указания, серию статей в центральных изданиях и несколько статей в зарубежных научных журналах, всего 50 публикаций. Кроме этого опубликовано 12 учебно-методических работ и учебник.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, выводов и рекомендаций. Общий объем работы — 268 страниц, в том числе 166 страниц основного текста, 65 таблиц, 35 рисунков и 5 приложений. Список литературы включает 387 наименований.