Новый метод исследования лесовозобновительных сукцессий с использованием геоинформационных технологий Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

УДК 630.231 И.Н. Павлов СибГТУ, Красноярск

НОВЫЙ МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ ЛЕСОВОЗОБНОВИТЕЛЬНЫХ СУКЦЕССИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

I.N. Pavlov

Siberian state technological university (SibSTU) 82 Mira, Krasnoyarsk, 660049, Russian Federation

NEW METHOD RESEARCH OF FOREST REGENERATION WITH USED GIS-TECHNOLOGY

The model of dark coniferous taiga's reforestation succession in the period of 50 years after an outbreak of Dendrolimus sibiricus is based upon the retrospective analysis of vegetation and the current reforestation records. It is revealed that the dominant factor, defining forest structure and the composition of tree species in the area of study, is intensity and frequency of outer effects (such as Dendrolimus sibiricus epidemics). The new procedure of inventory's use with geoinformatic technologies is presented. In the result of several "strata" overlapping (inventories in 1965, 1976, 1987, 2002) the "Transparent strata" (new closed testing grounds) are formed. They are the basis for studying all the changes of estimation and forestry data. The factors, defining the succession's rate and direction are: degree of damage made by Dendrolimus sibiricus (further Black firry Capricorn beetle), hydrological regime, soil granulometric composition, fire regime, relief features, seed tree retention.

Проведение периодических работ по инвентаризации лесов за прошедший многолетний период позволил сформировать огромный запас информации, включающий комплекс геодезических, картографических и таксационных материалов по конкретным выделам и кварталам. К сожалению, материалы мало используются в исследовании динамических процессов непрерывно происходящих в лесу.

Основной проблемой при использовании материалов лесоустройства для изучения динамики изменения таксационных и лесоводственных показателей следует считать изменение при последующем лесоустройстве границ выделов, а иногда и квартальной сети. Для положительного решения этой проблемы нами с использованием геоинформационных технологий (программа ESRI ArcGis) предложено использование «сквозных выделов». «Сквозные выдела» (новые замкнутые полигоны или выдела) образуются при наложении нескольких слоев выделов (например, для Тегульдетского лесхоза материалы лесоинвентаризации 1953, 1968, 1980, 1996 гг.) (рис. 1). База данных формируется на основе таксационных описаний. Дополнительно в базу включается информация о рельефе, почве. Разумеется, учитываются по лесоустроительным инструкциям и все изменения в подходах к таксации за данный период.

Сибирский шелкопряд - наиболее опасный хвоегрызущий вредитель лесов Северной Азии (Коломиец, 1962; Фуряев, 1966; Савченко, 1970; Куликов, 1971; Кузьмичев и др., 2001; Исаев и др., 2001; Гниненко, 2003). В 1952 -1957 гг. в

Сибири имела место панзональная вспышка размножения этого вредителя, в результате которой погибло свыше 4 млн. га темнохвойных, в основном пихтовых лесов (Огиевский, Медведева, 1979).

Рис. 1. Фрагмент образования «сквозных выделов» путем наложения нескольких планов лесонасаждений (Тегульдетский лесхоз, Средне-Чулымское лесничество, лесоинвентаризация 1953, 1968, 1980, 1996 гг.) в программе

АгсМар

Закладка постоянных пробных площадей производилась на ключевых участках, выбранных по результатам анализа лесоустроительных материалов. На пробных площадях осуществлялись картирование, таксация древостоя, описание почвенных разрезов, оценка лесовозобновления, определение возраста пней, валежа и пр.

Изучаемые в подзоне южной тайги и подтайги (Западно-Сибирский континентальный сектор) площади шелкопрядников значительно отличаются по почвообразующим породам. В районе р. Чичка-Юл (Томская область) широко представлены песчаные, супесчаные и легкосуглинистые почвенные разности. Для шелкопрядников Большемуртинского и Пировского лесхозов характерны более тяжелые по гранулометрическому составу почвы. Это различие во многом определяет и отличие циклов восстановительной сукцессии.

Исследованная территория (р. Чичка-Юл) представляет собой некоторую мозаику: открытые пространства (очаги 1953-1957 гг.) чередуются с березово-осиновыми (очаги 1910-х и 1880-х годов) и темнохвойными лесами (более ранние вспышки или еще не тронутые сибирским шелкопрядом в обозримом прошлом леса). Вследствие непрерывной циклической сукцессии закономерные последовательные смены лесного покрова проходят через весь ландшафт. В любой момент времени здесь бывают представлены все стадии сукцессии темнохвойных древостоев.

На первой и второй стадиях возобновительной сукцессии (до 20 (25) лет), осуществляется заселение пораженных деревьев ксилофагами, усыхание деревьев, разложение экскрементов гусениц, интенсивный рост живого напочвенного покрова и повторяющиеся пожары (до сгорания или частичного разложения древесины).

На следующей стадии, от 20(25) до 40(50) лет, территорию начинает активно заселять самосев березы, осины и сосны. При этом соотношение пионерных видов древесных растений определяется не столько конкретными лесорастительными условиями (в пределах указанной почвенной разности), сколько наличием обсеменителей. Появление сосны в ряде случаев более растянуто по времени. Далее, с 40(50) до 120(150) лет под пологом сосны, березы и начинающей выпадать осины формируется второй ярус из ели, пихты и кедра. На последующей стадии сукцессии из древостоя почти полностью выпадают осина и береза. Темнохвойные породы вместе с сосной образуют первый ярус. В дальнейшем (>250 лет) из насаждения, достигая критического возраста в данных лесорастительных условиях, выпадают сосна, пихта и ель. В итоге, в идеальном случае, при отсутствии новых вспышек массового размножения шелкопряда, пожаров, на территории может восстановиться тайга с преобладанием в составе кедра в случае сохранения оптимального для такого лесовосстановления климата (с небольшими отклонениями от тренда XVII в. - первая половина XX века).

На рис. 2 показана динамика изменения растительности после вспышки массового размножения сибирского шелкопряда на почвах более тяжелого гранулометрического состава. Основное отличие от предыдущей модели заключается в отсутствии в составе возобновления сосны обыкновенной Описание 2002 г. выполнено по результатам исследований на ППП. Слои 1965, 1976 гг. созданы по материалам лесоинвентаризации. Характеристика фитоценоза до вспышки массового размножения шелкопряда (1953 г.) составлена по результатам изучения на ППП пней, валежа, анализа прилегающей к очагам древесной растительности не тронутой насекомыми, пожарами, а также с учетом литературных источников и свидетельств местных жителей.

После дефолиации хвойных и следующих за этим серии повальных и валежных пожаров древесная растительность сохранилась только, как правило, в поймах ручьев и рек (ППП 10). В дальнейшем именно с этих участков осуществляется процесс расселения пихты, ели, кедра и др. на выгоревшую территорию после образования под пологом пионерных пород благоприятных условий для произрастания темнохвойных видов (ППП 5-8). При значительном удалении от источника семян снижается вероятность их появления, вплоть до

полного отсутствия (ППП 1-4; 9). Другим фактором, ограничивающим возобновление хвойных деревьев, является нарушение гидрологического режима. Фации с избыточным увлажнением почвы и интенсивным развитием вейника наземного (ППП 3-4) также характеризуются полным отсутствием возобновления хвойных растений под пологом березового древостоя.

1111111

ю 5 ю О

последовательные стадии 'смены доминантных видов будут осуществляться до тех пор, пока не установится определенное сообщество, сохраняющее постоянство распределения видов в течение неограниченно

долгого времени при отсутствии внешних возмущений (климаксовое сообщество). Так, например, в исследованном районе таковыми сообществами являются смешанные темнохвойные леса. Климаксовые сообщества могут поддерживать наиболее благоприятные для себя локальные условия окружающей среды в устойчивом состоянии, компенсируя любые возникающие случайные возмущения, сохраняя равновесие между биотическими и абиотическими компонентами до следующего нарушения.

В целом, сочетание исследования материалов лесоинвентаризации по технологии сквозных выделов (на площади более 60 тыс. га.) с закладкой пробных площадей на ключевых участках позволило установить ряд закономерностей естественной динамики возобновления коренных лесов. Так, при полном уничтожении древостоя, включая подрост, возобновление идет через смену пород (за исключением песчаных почв). На скорость и направление сукцессии оказывают значительное влияние степень повреждения шелкопрядом (позднее черным пихтовым усачом), гидрологический режим, гранулометрический состав почвы, пожары, рельеф, предшествующий состав леса, наличие семенных деревьев. Пожары в «шелкопрядниках» способствуют освобождению территории от захламленности и в то же время являются основным препятствием лесовозобновлению. На гарях на длительное время формируются исключительно лиственные низкополнотные насаждения без подроста хвойных пород. В целом, даже при самых благоприятных условиях, естественное восстановление кедровых насаждений затягивается более чем на сто пятьдесят лет.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Исаев, А.С. Популяционная динамика лесных насекомых [текст] / А.С. Исаев, [и др.]. - М.: Наука, 2001. - 374 с.

2. Коломиец, Н.Г. Сибирский шелкопряд и его роль в хвойных лесах Западной Сибири / Н.Г. Коломиец // Труды по лесному хозяйству Сибири. - Новосибирск: Издательство СО АН СССР, 1962. - Вып. 7. - С. 137 - 161.

3. Кузьмичев, В.В. Формирование лесов на шелкопрядниках и вырубках в верховьях реки Большая Кеть / В.В. Кузьмичев [и др.] // Лесоведение. - 2001. - №4. - С. 8 - 14.

4. Огиевский, В.В. Динамика отпада и рост культур хвойных пород на гарях и шелкопрядниках / В.В. Огиевский, А.А. Медведева //Лесная геоботаника и биология древесных растений. - Тула: Тульский политехнический институт, 1979. - Вып. 5. - С. 78-81.

5. Савченко, А.М. Возобновление пихтовых лесов [текст] / А.М. Савченко. - М.: Лесная промышленность, 1970. - 97с.

6. Фуряев, В.В. Шелкопрядники тайги и их выжигание [текст] / В.В. Фуряев. - М.: Наука, 1966. - 92 с.

© И.Н. Павлов, 2009