CC BY
89
УДК 630.231.324
В. Г. Сергиенко, О.И. Соколова
Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт лесного хозяйства
Сергиенко Валерий Гаврилович родился в 1947 г., окончил в 1974 г. Ленинградский государственный университет
кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории лесоводства
С -Петербургского научно-исследовательского института лесного хозяйства. Имеет более 65 печатных
работ по вопросам экологии, охраны природы, биоразнообразия лесных и тундровых биогеоценозов,
флористики, лесоводства и лесовосстановления.
Е^П: [email protected]
Соколова Ольга Ивановна родилась в 1978 г., окончила в 2004 г. С.-Петербургскую лесотехническую академию инженер лаборатории лесоводства С.-Петербургского научно-исследовательского института лесного хозяйства. Имеет 2 печатные работы по вопросам лесоводства. Е-mail: [email protected]
ДИНАМИКА ЖИВОГО НАПОЧВЕННОГО ПОКРОВА И ЕСТЕСТВЕННОЕ ЛЕСОВОЗОБНОВЛЕНИЕ НА ВЫРУБКАХ
Исследована динамика живого напочвенного покрова на уровне парцеллярной структуры, естественное возобновление хвойных пород и зарастание лиственными породами свежих вырубок в черничных лесорастительных условиях в первые годы после рубки материнского древостоя.
Ключевые слова: вырубка, фитоценоз, живой напочвенный покров, парцелла, естественное лесовозобновление, ель, сосна, береза.
Появление всходов ели и сосны на вырубках при естественном лесовозобновлении зависит от наличия семеносящих деревьев главной породы в стенах леса и обсеменителей, оставленных на вырубке, а также от структуры и динамики живого напочвенного покрова (ЖНП) и зарастания мелколиственными породами в первые годы после рубки. Изучение динамики ЖНП и зарастания вырубок нежелательными древесными породами позволяют определить благоприятные условия для прорастания налетевших семян и роста всходов хвойных.
Актуальность исследований тесно связана с одним из важных вопросов лесоводства - необходимостью восстановления коренных лесных фитоценозов на вырубках.
Целью исследований было изучение начального этапа лесовозобновления на вырубках - динамика парцеллярной структуры ЖНП, особенности и оптимальные условия естественного возобновления хвойных и зарастания мелколиственными породами. Объектами исследований являлись вырубки ОЛХ «Сиверский лес» Гатчинского р-на Ленинградской обл.
Экспериментальный материал собирался в течение 10 лет на постоянных пробных площадях (Ш1Ш), заложенных в 1997 г. Рубки проводились в черничных лесорастительных условиях с долей участия хвойных в составе от 6 до 9 единиц, с примесью березы. Для учета ЖНП в первый год после рубки древостоя были выделены парцеллы с однородным составом доминирующих видов. В первые 4 года и через 10 лет после рубки в каждой из парцелл проводились учеты наличия сосудистых растений и лесных мхов (видовой состав и встречаемость). Выявлялось
© Сергиенко В.Г., Соколова О.И., 2012 общее проективное покрытие почвы травяно-кустарничковым и моховым ярусами. Учеты количества всходов древесных пород проводились осенью на постоянных и временных учетных площадках в 1 м2 В разные годы было обследовано естественное лесовозобновление на 37 вырубках. При изучении динамики ЖНП и естественного возобновления хвойных и лиственных пород использовались общепринятые методики [2, 3, 11].
До рубки древостоя ЖНП был сравнительно однородным. Доминировали черника, брусника, марьянник, вереск, сфагновые и зеленые мхи (политрихум, хило-комиум, птилиум, ритидиадельфус, плеуроциум и виды дикранума) с общим проективным покрытием 60-80%. Проективное покрытие травянистыми растениями после сплошной рубки и повреждений при трелевке леса уменьшилось в среднем
О
йкМ
до 10-30%, а на отдельных участках (волоках, кострищах и минерализованной почве) образовался мертвый покров с порубочными остатками.
С давностью рубки в ЖНП произошли изменения. Проективное покрытие почвы травянистыми растениями увеличилось с 10-20% в первый год до 70-90% на четвертый год. В табл. 1 приведена динамика ЖНП и общее проективное покрытие в первые 4 года после рубки на ППП 1. В первый год после рубки напочвенный покров был представлен черникой, брусникой, небольшими куртинами осок, ситников, пушицы, мятлика, седмичника, вереска, ландыша, марьянника. Проективное покрытие почвы не превышало 30%, а в осоково-моховой парцелле доля сфагновых мхов преобладала.
На второй год появились иван-чай, вейники, мятлики, щучка дернистая, луговик извилистый, а на более дренированных парцеллах (кипрейная и злаково-ландышевая) - малина, костяника, лютик, вероника, золотарник. На переувлажненных парцеллах (осоково-моховая, моховая и злаково-хвощевая) доминировали сфагнум, хвощ, осоки и ситники. Проективное покрытие ЖНП увеличилось до 50-70%.
В третий вегетационный период после рубки в состав травостоя входило уже 28 видов растений. Еще более обозначилась роль злаков (щучки дернистой и вейников) в качестве доминантов, а их доля в травостое злаковых и злаково-кустарничковых парцелл достигла 20%. Это привело к упрощению структуры фи-тоценозов.
На четвертый год после рубки отмечено исчезновение участков с минерализованной поверхностью почвы и мертвопокровных. На их месте в результате разрастания травяного покрова и мхов образовались злаково-травяные и травяно-кустарничковые парцеллы со средней густотой мохового яруса из долгомошных, зеленомошных синузий. В отличие от вырубки первого года, образовался хорошо развитый травяно-кустарничковый ярус с обилием злаков. На большинстве парцелл совместно со злаками в травостое стали преобладать виды вегетативного размножения (малина, костяника, ландыш и др.), возрос удельный вес видов семенного происхождения (иван-чай, вейники, фиалка и др.). Преобладающими видами на вырубке стали щучка, вейники, иван-чай. Задернение злаками усилилось. Их доля в проективном покрытии увеличилась до 35%. В злаковых и злаково-травяных парцеллах биомасса злаков составила 40-50% от общей биомассы ЖНП на этих парцеллах. По истечению четырех лет после рубки можно было укрупнить пар -целлы, уменьшив их количество. В результате сукцессий ЖНП площадь злаковых и злаково-травяных парцелл с преобладанием вейников, щучки и иван-чая увеличилась за счет уменьшения площади других парцелл.
Таким образом, в первые годы после рубки из ЖНП на месте постоянных спутников древостоя (черника, брусника, грушанки, лесные мхи и др.), важных с
Таблица 1
Динамика живого напочвенного покрова на ППП 1 в первые 4 года после рубки
Парцеллы, Площадь. Гол после ру£ >ки древостоя
зафиксированные на вырубке 1-го года Первый Второй Третий Четвертый
% А Б А Б А Б А Б
Осоко во-моховая 16 Сфагнум, осоки, ситники 30 Сфагнум, осоки, майник, черника, ситники 60 Сфагнум, черника, пушица, осоки, ситники 70 Осоки, сфагнум, ситники. черника 80
Злаково -хвоще вая 8 Черника, осоки, хвощ, зеленые, мхи. ситники 10 Черника, хвощ, осоки, шучка, ситники 55 Щучка, хвощ, черника, осоки, ситники 75 Хвощ, иван-чай, осоки, черника, ситники 80
Моховая 7 Зеленые мхи. осоки, сфагнум, черника, СИТНИКИ 30 Зеленые мхи, осоки, ситники,хвощ, сфагнум, черника, майник 50 Зеленые мхи, осоки, сфагнум, хвощ, майник, черника 55 Мхи, хвощ, осоки, ситник, черника, майник 70
Злаково-чериичная 4 Черника, вейники, седмичник 30 Вейники. черника, щучка, седмичник 60 Вейники, щучка, иван-чай, черника 80 Щучка, иван-чай, вейники, ситник 90
Чернично-бруснич- 8 Щутка. черника, 20 1_Ц\-чка, черника, брусни- 70 Щучка, иван-чай, ве- 80 Щучка, иван-чай, 90
ная брусника, вереск ка. иван-чай реск, брусника брусника
Злаково-бруснич- 10 Брусника, вейники. 20 Брусника, вейники, щуч- 70 Вейники. брусника, ма- 80 Вейники, щучка. 80
ная черника ка. марьянник рьянник, щучка. брусника
Кисличная 4 Кислица, вейники, ветреница 15 Вейники. иван-чай, кислица. дудник 70 Вейники, иван-чай, ветреница, дудник 75 Иван-чай. вейники. ландыш 80
Злаково-ландыше- 13 Ландыш, майник. 10 Ландыш, вейники, ветре- 60 Вейники, ландыш, золо- 75 Вейники, иван-чай. 90
вая костяника, кислица ница. вероника тарник, малина малина
Кипрейная л Иван-чай, вейники 10 Иван-чай, щучка, вейники. малина 70 Иван-чай, щучка, вейники. малина 70 Иван-чай, щучка, вейники, малина 80
Злаковая 27 Вейники, шучка. черника, иван-чай, марьянник 15 Вейники. ш^чка, иван-чай, марьянник, черника. золотарник, малина, дудник 60 Вейники, иван-чай, марьянник, калган, черника. малина, золотарник, дудник 75 Вейники, щучка, дудник, иван-чай, золотарник, малина, калган, дудник 90
-о
Примечание. А - основные виды напочвенного покрова. Б - проективное покрытие.%.
точки зрения сохранения стабильности лесных фитоценозов, появляются вейни-ки, мятлики, щучка, полевицы и другие злаки с примесью заносных видов.
После рубки формируются различные типы вырубок, для каждой из которых характерен ЖНП определенного, более или менее сходного состава, строения и примерно одинаково изменяющийся с давностью рубки [1, 3, 7, 9]. Парцеллярный уровень организации растительных сообществ на вырубках хорошо проявляется на начальных этапах образования ценоза из разных групп растений. Каждая из таких групп - фрагмент с плотным вейниковым и травяно-кустарничковым ярусом, или с доминированием молодой порослевой осины и семенной березы на участках с различными нарушениями почвы и ЖНП при механизированных лесозаготовках [8, Ю].
Процесс формирования вторичных древостоев после рубки зависит не только от нарушенное™ ЖНП и почвы в результате валки леса и трелевки, приводящих к той или иной степени минерализации почвы, но и от прорастания налетевших семян от стены леса, появления всходов и последующего выживания подроста, сохранившего жизнеспособность на вырубке [4].
При наличии семеносящих деревьев в стенах леса на вырубке появляется достаточное количество самосева березы и хвойных пород разного возраста. В табл. 2 приведено среднее количество самосева березы на ППП 2 в течение первых трех лет после рубки. В конце вегетационного сезона, на третий год после рубки, на всей площади вырубки с учетом доли каждой парцеллы имеется 60-70 тыс. экз./га самосева березы, среди которого половина представлена одно- и двухлетними сеянцами. Наименьшее количество самосева отмечено на травяно-кустарничковых и зеленомошно-травяно-кустарничковых парцеллах
Таблица 2
Семенное возобновление березы на ППП 2 в первые 3 годя после рубки
Парцеллы, зафиксированные на вырубке 1-го года Площадь, % Среднее количество самосева на вырубке, экз./м: (х±15;)
1-го года (1 -летнего) 2-го года (1-й 2-летнего) 3-го года (1-, 2- и 3-лстнего)
Сфагновые 7 11,9±2,9 8.1±2,0 8,1±2,0
С минерализованной по- 10 5,010,« 6,4±],| 7,0± 1.1
верхностью почвы
Мсртвопокро вн ы С 30 3,7±0,4 5,5±0,6 6,5±0,7
С ф агново-травяно- ку стар - 40 13,3±1,4 8.8±0,9 7,8±0,8
ничковыс
Травяно-кустарничковые 10 6,1 ±1,0 1:4±0,2 1,7±0.3
Зслсномошно-травяно- 3 3,0±0,7 1.1±0,3 0,9±0,2
кустарничковые
На вссй вырубке 100 8,5±0,6 6,5±0,4 6,5±0,4
С давностью рубки ухудшаются условия для возобновления хвойных пород. Это связано с быстрым зарастанием вырубки в первые годы лиственными породами и возрастанием отрицательного влияния биомассы ЖНП на выживаемость
хвойных .
На всхожесть семян и сохранность всходов хвойных на вырубках в черничных лесорастительных условиях влияет не только степень развития ЖНП, но и состав субстрата, на который попали семена. Наиболее благоприятные условия для прорастания семян ели и сосны наблюдались в первые годы после рубки в па-
секах, где напочвенный покров был максимально нарушен, а почва перемешана с подстилкой и минерализована. Количество самосева, сохранившегося на таких парцеллах, было в несколько раз больше, чем на парцеллах с участием в травостое кустарничков и зеленых мхов
С увеличением возраста вырубки на естественное лесовозобновление влияют изменение горизонтальной структуры, видовой состав и плотность ЖНП в разных парцеллах. Если судить исключительно по состоянию ЖНП, более или менее благоприятные условия для прорастания семян, появления и выживания всходов хвойных пород на вырубках сохраняются лишь в течение первого и второго года после рубки древостоя. В дальнейшем возможность появления и выживания всходов существенно снижается. Одной из основных причин неудовлетворительного семенного возобновления хвойных пород на третий и следующие годы после рубки является быстрое и обильное развитие ЖНП и возобновление лиственных пород, которые препятствуют прорастанию семян и вызывают гибель части самосева ели и сосны. Всходы хвойных пород не выдерживают конкуренции с их стороны и погибают [7, 8].
По методике АН Мартынова [5,6] для учета встречаемости выжившего подроста на вырубках в черничных лесорастительных условиях было обследовано 37 производственных вариантов рубок в возрасте 6-7 лет. Данные табл. 3 показывают, что среднее количество подроста лиственных пород на вырубках больше в 8,7 раза, чем хвойных. Среди лиственных березы и осины почти одинаковое количество.
Таблица 3
Характеристика подроста на 6-7-летних вырубках в черничных лесорастительных условиях
Показатель Порода
Сосна Ель Береза Осина Прочие листвснныс
Количество, тыс. экз,/га 0.74 1.25 6,83 6,65 3,90
Возраст, лет 7 6 6 7 7
Высота, м 0,70 0.60 1,50 2,70 2.00
Таким образом, после рубки древостоя на вырубках изменяются микроклиматические условия, которые вызывают усиленное развитие ЖНП особенно злаков, семенное возобновление березы и других мелколиственных пород. Достаточно благоприятные условия для роста всходов хвойных создаются на участках парцелл с органо-минеральной почвой, где еще нет конкуренции со стороны растений и мелколиственных пород за влагу и элементы почвенного питания. Эти участки заселяются травянистыми растениями позднее и поэтому снижается конкуренция с их стороны, а также снижается вероятность гибели самосева хвойных.
Через 10 лет после рубки материнского древостоя на опытном объекте (ППП 1) были проведены учеты ЖНП и естественного возобновления древесных пород. За этот период в парцеллярной структуре произошли существенные изменения. В результате обильного разрастания травяной растительности с преобладанием злаков и иван-чая и удовлетворительно развившегося подроста лиственных пород на вырубке количество парцелл уменьшилось с 10 до 5. Наибольшую площадь занимают злаковые парцеллы с интенсивно развитым подростом лиственных и в меньшей степени хвойных пород.
В табл. 4 приведена характеристика подроста хвойных и лиственных на объединенных парцеллах. Площадь вырубки между ними распределилась следую-
щим образом. Наибольшую часть вырубки заняли лиственная злаковая и сосновая брусничная парцеллы (соответственно, 35 и 20% от всей площади вырубки) Сосновая моховая и сосновая злаково-моховая - по 16% каждая, а на сосновую осоково-хвощевую приходится 13%.
Таблица 4
Характеристика подроста хвойных и лиственных на ППП 1 через 10 лет после рубки
Парцелла Площадь, % Сосна Ель Береза Осина
А Б А Б А Б А Б
Злаковая 35 1.2 1,3 0,5 1.1 8.2 2,2 4,1 1,8
Злаково-моховая 16 5.0 1,4 2.3 0.9 3.0 1.9 - -
Брусничная 20 8.2 1,3 1,2 0,6 0,9 2.0 - -
Моховая 16 2.0 1,4 2,7 1.1 7,0 2.3 - -
Осоково-.чвощсвая 13 2,1 1,2 1,5 0,8 5,2 2,0 - -
Примечание. А - численность, тыс. экз./га; Б - средняя высота, м; прочерк означает отсутствие осины на данных парцеллах.
Успешное возобновление хвойных пород отмечено на сосновых брусничной и злаково-моховой парцеллах (соответственно 9,4 и 7,3 тыс. экз./га). Наименьшее количество хвойного подроста наблюдалось на злаковой и осоково-хвощевой парцеллах (соответственно 1,7 и 3,6 тыс. экз./га). Проективное покрытие злаками здесь составило около 80%. Наибольшее количество подроста сосны сохранилось на брусничной и злаково-моховой парцеллах, ели - на моховой и злаково-моховой. Максимальное количество березы отмечено на злаковой и наименьшее на брусничной, а возобновление порослевой осины только на злаковой парцелле.
Выявленные различия в естественном лесовозобновлении на ППП 1 связаны с неоднородностью почвенных условий. Выделены две почвенные разности: плодородная почва - дерново-слабоподзолистая глееватая среднесуглинистая на моренных глинах (лиственная злаковая парцелла) и менее плодородная — дерново-слабоподзолистая супесчаная на супесчано-песчаных моренных наносах (парцеллы с сосной).
Различия в численности подроста хвойных пород в злаково-моховой парцелле, в сравнении со злаковой, характеризуются достаточно высоким критерием достоверности различия средних значений (/-критерий) для сосны и ели, соответственно 6,7 и 3,2. Условия на брусничной парцелле более благоприятны для возобновления сосны, чем на злаковой (/-критерий равен 6,8).
Выводы
В течение 10 лет после рубки древостоя произошли существенные изменения парцеллярной структуры ЖНП. Увеличение доли злаковых растений привело к объединению и увеличению площади злаковых парцелл. Упрощение структуры ЖНП повлияло на естественное лесовозобновление.
Наиболее благоприятные условия для естественного возобновления хвойных создаются на участках (в пределах парцелл) с отсутствующим или нарушенным ЖНП и с взрыхленной минерализованной почвой. Это обеспечивает относительно успешное прорастание семян и появление всходов.
Быстрое развитие ЖНП практически исключает, начиная с третьего и четвертого года после рубки древостоя, возможность появления новых всходов
хвойных пород и приводит к гибели части самосева, появившегося в первые два года.
Наиболее успешное возобновление ели и сосны отмечено в брусничной и злаково-моховой парцеллах, наименьшее - в злаковой.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Воронова В.С. Появление всходов хвойных пород на вырубках при различном составе наземного покрова / В.С. Воронова // Изв. Карельского и Кольского филиалов АН. 1958. № 5. С. 97-102.
2. Грязькин А.В. Значение метода и элементов методики при проведении геоботанических исследований / А.В. Грязькин // Изв. С.-Петерб. лесотехн. академии. СПб.: СПбГЛТА, 1999. Вып. 7 (165). С. 12-20.
3. Ермолова Л.С. Динамика травяного покрова в связи с лесоводственными процессами / Л.С. Ермолова. М.: Наука, 1981. 137 с.
4. Иванов А.М. Содействие естественному лесовозобновлению на сплошных вырубках / А.М. Иванов // Труды СПбНИИЛХ. СПб.: СПбНИИЛХ, 2004. Вып. 2 (12). С. 45-57.
5. МартыновА.Н. Оценка успешности естественного возобновления ели / А.Н. Мартынов // Лесн. хоз-во, 1991. № 10. С. 21-23.
6. Мартынов А.Н. Рекомендации по комплексной оценке естественного лесовозобновления / А.Н. Мартынов. СПб.: СПбНИИЛХ, 1996. 18 с.
7. Мельников Е.С. Закономерности восстановительных процессов в лесных экосистемах на объектах хозяйственного воздействия / Е.С. Мельников, С.Н. Сеннов, А.В. Грязькин, А.Н. Мартынов, А.П. Смирнов // Изв. С.-Петерб. лесотехн. академии. СПб.: СПбГЛТА, 2003. Вып. 169. С. 191-205.
8. Побединский А.В. Рубки главного пользования / А.В. Побединский. М., 1990. 192 с.
9. ТихоновА.С. Лесоводственные основы различных способов рубки леса для возобновления ели / А.С. Тихонов. Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1979. 246 с.
10. ТкаченкоМ.Е. Общее лесоводство / М.Е. Ткаченко. М.-Л.: Гослесбумиздат, 1952. 600 с.
11. Ценопопуляция растений. М.: Наука, 1976. 216 с.
Поступила 30.03.09
V.G. Sergiyenko, O.I. Sokolova Saint-Petersburg Forestry Research Institute
Dynamics of ground vegetation cover and natural reforestation in the cut-over areas
Dynamics of ground vegetation cover at a parcel structure level has been studied. Natural reforestation of coniferous species and substitution of stands by the deciduous trees in clear-cut areas of whortleberry forest areas were considered.
Key words: cut-over land, phytocenosis, ground vegetation cover, parcel, natural reforestation, spruce, pine, birch.
