CC BY
6
УДК 630
DOI: 10.24412/1728-323X-2023-5-11-15
ВЛИЯНИЕ НЕКОТОРЫХ КЛИМАТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ЖИВОЙ НАПОЧВЕННЫЙ ПОКРОВ ПОСЛЕ СПЛОШНОЛЕСОСЕЧНЫХ РУБОК ВОЛОГОДСКОЙ ОБЛАСТИ
Е. Н. Пилипко, доцент кафедры лесного хозяйства, к. б. н., Вологодская ГМХА имени Н. В. Верещагина, elena_pilipko@inbox.ru, г. Вологда, Россия,
A. С. Трапезников, магистрант 2-го года обучения кафедры лесного хозяйства, Вологодская ГМХА имени Н. В. Верещагина, trapeznikow89@mail.ru, г. Вологда, Россия,
Н. А. Гребелкин, магистрант 2-го года обучения кафедры лесного хозяйства, Вологодская ГМХА имени Н. В. Верещагина, Nikolay.grebelkin7@icloud.com, г. Вологда, Россия,
B. К. Демичев, магистрант 2-го года обучения кафедры лесного хозяйства, Вологодская ГМХА имени Н. В. Верещагина, demichev.1997@inbox.ru, г. Вологда, Россия
Аннотация. Рассмотрено влияние изменения некоторых климатических факторов (температурный режим и количество осадков) на динамику живого напочвенного покрова вырубок. Исследования проводились на вырубках и в расположенных рядом лесных биогеоценозах ельника кисличного (контроль). Применялись классические методы исследований: при измерении температуры применялся ртутный термометр, погодные условия характеризовались по данным Вологодской гидрометеорологической станции (п. Семенково). При описании живого напочвенного покрова применялась шкала Друде.
В результате исследований было выявлено, что жизнедеятельность фитоценоза максимально зависит от климатических факторов и определяет в дальнейшем экологическую обстановку на вырубках. Сплошнолесосечные рубки леса вызывают резкое повышение температуры и влажности как верхних горизонтов почвы, так и разных слоев воздуха, что является причиной сукцессионных изменений, вызывающих смену древесной и кустарниковой растительности на травянистую.
Таким образом, исходный тип леса определяет флористический состав вырубок, но под влиянием резко измененных абиотических факторов происходят сукцессионные изменения видового разнообразия живого напочвенного покрова в сторону увеличения большого количества светолюбивых видов. Степень нарушенности напочвенного покрова определяет сроки восстановления будущего фитоценоза, то есть чем интенсивнее нарушение живого напочвенного покрова в ходе сплошной рубки, тем медленнее восстанавливается исходный флористический состав. По мере зарастания вырубки древесной и кустарниковой растительностью (10 лет и более) постепенно возвращается фитоценоз таежных биогеоценозов.
Abstract. The influence of changes in some climatic factors (temperature regime and precipitation) on the dynamics of the living ground cover of cuttings is considered. The studies were carried out in the cuttings and in the nearby forest biogeocenoses of the wood sorrel spruce forest (control). Classical research methods were used: a mercury thermometer was used to measure temperature, weather conditions were characterized according to the data of the Vologda Hydrometeorological Station (Semenkovo village). When describing the living ground cover, the Drude scale was used.
As a result of the research, it was revealed that the vital activity of the phytocenosis depends as much as possible on climatic factors and determines the ecological situation in the cuttings in the future. Continuous cutting of forests causes a sharp increase in temperature and humidity of both the upper horizons of the soil and different layers of air, which is the cause of successional changes that cause the change of woody and shrubby vegetation to grassy.
Thus, the initial type of forest determines the floral composition of deforestation, but under the influence of sharply altered abiotic factors, successional changes in the species diversity of living ground cover occur in the direction of increasing a large number of light-loving species. The degree of disturbance of the ground cover determines the timing of the restoration of the future phytocenosis, i.e., the more intense the disturbance of the living ground cover during continuous logging, the slower the original floral composition is restored. As the deforestation with woody and shrubby vegetation grows (10 years or more), the phytocenosis of the taiga biogeocenoses gradually returns.
Ключевые слова: климатические факторы, живой напочвенный покров, температура, осадки, флористический состав.
Keywords: climatic factors, living ground cover, temperature, precipitation, floral composition.
Введение
Антропогенное воздействие на таежные биогеоценозы, как правило, вызывает различные экологические последствия — от изменения микроклиматических условий до трансформации флористических и фаунистических комплексов [1].
В результате рубки л еса характерные для него микроклиматические условия на лесосеке резко меняются. Температурный режим воздуха на вырубленных площадях по своему характеру приближается к термическому режиму открытых безлесных пространств. Однако характер и степень изменения температурного режима воздуха на вырубках, по сравнению с древостоями, в каж-
дом отдельном случае определяется рядом факторов, главные из них — размер вырубки, ширина и возраст лесосеки, характер покрытия вырубки древесной и травяной растительностью, ее видовой состав, фенологическое состояние, макро- и микрорельефные условия местности и пр. С учетом влияния вышеперечисленных факторов на температурный режим вырубок, особенно на концентрированных, возможны самые разнообразные варианты климатических показателей [2].
Жизнедеятельность фитоценоза максимально зависит от метеорологических факторов и определяет в дальнейшем экологическую обстановку на вырубках. Сплошнолесосечные рубки леса вы-
зывают резкое изменение температуры и влажности не только приземного слоя воздуха, но и верхних горизонтов почвы, что является причиной ослабления и отмирания древесных и кустарниковых видов таежной зоны Вологодчины [3].
В ходе исследований опираясь на опыт Н. Г. Улановой, можно заключить, что 1) чем меньше нарушение травяно-кустарничкового яруса и почв в процессе рубки, тем больше процент сохраненной лесной растительности. Из-за отсутствия характерного для леса древесного яруса, а зачастую и подроста с подлеском после лесозаготовок, на вырубках могут формироваться наряду с фитоценозами, состоящими из лесных видов кустарничков, трав и мхов, близких к исходным, пионерные виды травянистой растительности, характерные для открытых экосистем. При этом, в зависимости от условий, возможно лишь изменение доминирования видов; 2) ход сукцессии зависит от степени начального нарушения экосистемы и экологических условий на вырубке. Масштаб нарушения исходного лесного биогеоценоза определяет степень отличия в дальнейшем образовавшегося фитоценоза [4, 5].
Объекты и методы исследования
Исследования проводились на вырубках после сплошнолесосечных рубок разной давности в подзоне средней тайги Диковского лесничества Вологодского района. Примыкающий к вырубке участок древостоя ельника кисличного был обозначен как контроль.
Пробные площади подбирались согласно типологии В. Н. Сукачева (1964), с применением схемы типов л еса, принятой с учетом условий Европейского Севера [6]. Закладка пробных площадей осуществлялась по ОСТ 56-69—83 [7].
Температурный режим воздуха отслеживался с помощью ртутного лабораторного термометра (ГОСТ 215—73) на высоте 1 м от поверхности почвы. При замерах температуры воздуха у поверхности почвы применялся ртутный термометр с цилиндрическим резервуаром. Данные по осадкам запрашивались у Вологодской гидрометеорологической станции, расположенной в п. Се-менково.
Живой напочвенный покров описывался по шкале Друде. На территории вырубок и контрольных площадях (лесной биогеоценоз) закладывались учетные площадки, площадью 1 м2, на которых определялись встречаемость видов и процент видового проективного покрытия [8].
Результаты исследований
Нами рассматривалось влияния динамики температурного режима и количества осадков на
вырубках после ельника кисличного в теплый период года (с мая по октябрь включительно) на сукцессионный процесс живого напочвенного покрова.
Максимальные температурные колебания были зафиксированы в сентябре (3 °С), минимальные в мае (0,2 °С) (рис. 1). Разница температур -ного режима воздуха в средней части вырубки и возле стены л еса составляет +1—2 °С, что связано с более интенсивной инсоляцией почвы и воздуха средней части вырубки.
Также температура воздуха на вырубке выше, чем на территории лесного биогеоценоза ельника кисличного в среднем на 1,6 °С. В мае под пологом леса максимальный температурный показатель составляет +23,6 °С. На вырубке после ельника кисличного температурный максимум составляет 25,4 °С, минимум — 3,6 °С в течение исследуемого периода (май—октябрь).
В конце вегетационного периода, в октябре на вырубке наблюдается снижение температуры на 0,5 °С. В лесу процесс испарения происходит менее интенсивно, чем на вырубке, степень сомкнутости этих площадей разная.
Анализ построенных графиков установил, что температурный режим в приземном слое воздуха на вырубке имеет некоторое отличие от контрольных показателей (рис. 2). В летние месяцы почва
и
0
«г
ni 8-
1
30 25 ■ 20 15 ■ 10 5 ■ 0
24,2
23,1
16,3 20,' ■с-.*
18,5 20,6 ___11 18Д5 5,7 15,1
ш 14,2 суу 9,3
XX. 75
/X?- IXly
г VI VII VIII IX X Месяцы Вырубка Контроль
Рис. 1. Температурный режим воздуха на вырубке и контроле
(ельник кисличный). Примечание: здесь и далее показаны средние значения температуры, замеры сделаны в начале, середине и в конце месяца
VII VIII IX Месяцы esa Вырубка —Контроль
Рис. 2. Температурный режим поверхности почвы на вырубке и контроле
Апрель Май Июнь Икшь Август Сентябрь Октябрь
Температура, °С
Осадки, мм
Рис. 3. Омбротермическая диаграмма вегетационного периода
на вырубке прогревается быстрее, а осенью, наоборот, быстрее охлаждается.
Несущественная разница (1 °С) была зафиксировано в октябре, скорее всего, из-за травянистой растительности на вырубке, которая предотвращает интенсивное испарение и снижает воздействие прямых солнечных лучей на верхние горизонты почвы.
Температурные колебания сглаживаются по сравнению с вырубленными площадями и затронутым напочвенным покровом.
По мере зарастания вырубки происходит понижение температурных показателей и степени освещенности у поверхности почвы [6]. Но после полного смыкания крон древесного молодняка (15—20 лет) под влиянием древесно-кустарни-ковой растительности и живого напочвенного покрова, температурный режим приземного слоя воздуха и почвы может меняться.
Весь лесовосстановительный период характеризуется формированием определенного микроклимата, результатом чего стало появление и развитие живого напочвенного покрова из лесных видов травянистой растительности, кустарничков, мхов и лишайников. Обязательными условиями восстановительных процессов живого напочвенного покрова является отсутствие сплошного задернения, резкого колебания температур воздуха в приземных слоях вырубки и наличие оптимальной для роста и развития растительности влажности воздуха.
В первые годы после рубки леса зафиксирована существенная разница температурных показателей воздуха и у поверхности почвы. Так, на территории вырубки после ельника кисличного разница температур воздуха и у приземного слоя почвы составляет 4,1°, а на контрольных лесных площадях — 1,5 °С. Наибольшие амплитудные различия (4,6 °С) были зафиксированы 17 июля. Уже к концу м есяца температура постепенно стала снижаться.
Анализ обмбротермической диаграммы (рис. 3) позволяет объяснить это переходом с засушли-
вого периода на влажный. По данным метеостанции Вологда — Семенково, за м есяц выпало 54,3 мм осадков, что значительно меньше среднемесячной нормы. Согласно наблюдениям, влажный период начался со второй половины месяца.
Количество выпавших осадков в л етний период 2014 года составляло в июне — 41,3 мм; июле — 27,1 мм; в августе — 44,5 мм, что являлось умеренным для климатических условий Северо-Западного региона. Влажный период в основном был в начале и конце вегетационного периода.
На вырубках, как правило, предшествует фаза травяно-кустарничковых ассоциаций, которые поселяются на лесосеке в первые десять лет после вырубки спелого леса. Характер и интенсивность зарастания вырубок травянистой растительностью зависит от типологической характеристики насаждений до рубок леса, сезона года, когда проводилась рубка и экологических условий на вырубке [8].
Сравнительный анализ динамики структур -ных изменений и видового состава живого напочвенного покрова дает возможность проследить, как происходят изменения процессов на вырубках и под пологом леса.
Известно, что в связи с резким увеличением интенсивности освещенности на территориях после рубок повышается видовое разнообразие живого напочвенного покрова за счет появления большого количества светолюбивых видов [7]. Формирование состава и структуры растительно -го покрова вырубок, в первую очередь, определяется первоначальными условиями лесного биогеоценоза. Следовательно, каждый отдельный таежный биогеоценоз характеризуется индивидуальной неоднородностью строения живого напочвенного покрова в пределах каждого типа леса (рис. 4).
В исследуемом нами биогеоценозе ельника кисличного характерно преобладание травяно-кустарничкового яруса над мохово-лишайнико-вым. Эта же тенденция наблюдается на территориях свежих вырубок, затем соотношение может
Виды фитоценоза
Рис. 4. Динамика травянистых видов фитоценоза на подзолистых почвах на вырубках разной давности (2003, 2008—2010 гг.).
Коренной тип леса — Ельник кисличный
меняться в пользу злаков или сфагновых мхов, в зависимости от климатических и почвенных условий.
Большинство растений на рассмотренных вырубках относятся к мезофитам (Maianthemum bifolium, Rubus saxatilis, Melampyrum sylvaticum, Urtica dioica, Aegopodium podagraria, Dryópteris fílix-mas, Asarum europaéum) и мезотрофам (Óxalis aceto-sé lla, Equisétum sylváticum, Equisétum palústre).
С течением времени, по мере зарастания вырубок, из травяно-кустарничкового покрова почти исчезли характерные для темнохвойных насаждений виды, такие как Maianthemum bifolium и Equisetum sylvaticum. Появляются растения — гигрофиты (Equisetum palustre). Восстановление первичного флористического состава лесных фито-ценозов после удаления древостоя возможно за 20—30 и более лет [5].
Выявлено, что вновь образованные «открытые» фитоценозы характеризуются значительным преобладанием флористического богатства по сравнению с исходными лесными биогеоценозами [9]. На открытых территориях вырубок основными представителями травяно-кустарнико-вого яруса являются крупнотравные и разнотравные виды. На территории вырубки, давностью 2—5 лет, типичные для лесных экосистем растения — Vaccínium myrtíllus, Vaccínium vítis-idaéa, Óxalis acetosélla, Pteridium и т. д., имеют незначительный процент проективного покрытия — не более 15 %.
По мере зарастания вырубки с течением времени флористический состав постепенно возвращается с исходному л есному. Нами было выявле-
но, что после удаления древостоя видовои состав живого напочвенного в течение первых 1—2 лет меняется кардинально. Происходит полная замена лесных фитоценозов на светолюбивые, характерные для открытых экосистем. Исходный фитоценоз живого напочвенного покрова возвращается через 30 и более лет, после сукцессионных процессов, результатом которых является преобладание елового древостоя. При этом замечено, что демутации происходят только под влиянием сплошной рубки в ельниках черничных, кисличных, кислично-зеленчуковых, а также в некоторых типах сложных таежных биогеоценозов.
Заключение
В результате проведенных исследований можно сделать следующие выводы.
В первые 1—2 года после вырубки изменяются микроклиматические условия, связанные с повышением в летний период и понижением в зимний, температурного режима воздуха и поверхности почвы по сравнению с контролем на всех исследуемых площадях. По мере зарастания вырубки, в зависимости от степени покрытия древесной и травянистой растительности, под их пологом происходит постепенное уменьшение солнечной инсоляции летом и промерзания зимой, что приближает значение температурного режима и количество осадков на вырубке к контрольным.
Прежде всего, именно исходный тип леса определяет флористический состав вырубок, но под влиянием резко измененных абиотических факторов происходят сукцессионные изменения ви-
дового разнообразия живого напочвенного покрова в сторону увеличения большого количества светолюбивых видов. По мере зарастания вырубки древесным фитоценозом (через 14 лет) происходит постепенная смена флористического состава на лесной — доля мхов увеличилась, а травянистой растительности снизилась на 35 % по сравнению с контролем. Масштаб начального
нарушения экосистемы определяет отличие образующегося фитоценоза от исходного, а степень нарушенности напочвенного покрова определяет сроки восстановления будущего фитоценоза. При небольших нарушениях травяно-кустарнич-кового яруса и напочвенного покрова в ходе сплошной рубки исходный флористический состав восстанавливается гораздо быстрее.
Библиографический список
1. Громцев А. Н. Основы ландшафтной экологии европейских таежных лесов России. — Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2008. — 238 с.
2. Протопопов В. В. Особенности температурного режима воздуха в елово-лиственных насаждениях и на лесосеках различного возраста // Сб. тр. Ин-та леса и древесины СО АН СССР. — М.: МГУ, 1962. — Вып. 52. — С. 119—142.
3. Иванов В. В. Экологические последствия механизированных лесозаготовок в южной тайге Красноярского края // Лесоведение. — 2005. — № 2. — С. 3—8.
4. Уланова Н. Г. Восстановительная динамика растительности сплошных вырубок и массовых ветровалов в ельниках южной тайги (на примере европейской части России): автореф. дис. ... доктора биол. наук. — М., 2006 б. — 46 с.
5. Уланова Н. Г. Механизмы сукцессий растительности сплошных вырубок в ельниках южной тайги // Актуальные проблемы геоботаники. Материалы III Всероссийской ш колы-конференции. — Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2007. — С. 198—211.
6. Сукачев, В. Н. Основные понятия лесной биогеоценологии. — М.: Наука, 1964. — С. 3—49.
7. ОСТ 56—69—83. Площади пробные лесоустроительные. Издание официальное. — М., 1983. — 59 с.
8. Методология исследований лесных экосистем: Методическое пособие / Сост. Е. Н. Пилипко. — Вологда—Молочное: ИЦ ВГМХА, 2013. — 100 с.
9. Крышень А. М. Структура и динамика растительности сообществ вейниковой вырубки в Южной Карелии. Видовой состав // Ботан. журн. — 2003. — Т. 88, № 4. — С. 48—62.
INFLUENCE OF SOME CLIMATIC FACTORS ON THE LIVING GROUND COVER AFTER CONTINUOUS LOGGING IN THE VOLOGDA REGION
E. N. Pilipko, Ph. D. (Ecology), Associate Professor of the Department of Forestry, N. V. Vereshchagin Vologda State Agricultural Academy, elena_pilipko@inbox.ru, Vologda, Russia,
A. S. Trapeznikov, Master student of the 2nd year of study of the Department of Forestry, N. V. Vereshchagin Vologda State Agricultural Academy, trapeznikow89@mail.ru, Vologda, Russia,
N. A. Grebelkin, Master student of the 2nd year of study of the Department of Forestry, N. V. Vereshchagin Vologda State Agricultural Academy, Nikolay.grebelkin7@icloud.com, Vologda, Russia,
V. K. Demichev, Master student of the 2nd year of study of the Department of Forestry, N. V. Vereshchagin Vologda State Agricultural Academy, demichev.1997@inbox.ru, Vologda, Russia
References
1. Gromtsev A. N. Osnovy landshaftnoj ekologii evropejskih taezhnyh lesov Rossii [Fundamentals of landscape ecology of European taiga forests of Russia]. Petrozavodsk. Karel'skij nauchnyj centr RAN. 2008. 238 p. [in Russia].
2. Protopopov V. V. Osobennosti temperaturnogo rezhima vozduha v elovo-listvennyh nasazhdeniyah i na lesosekah razlichnogo vozrasta [Features of the air temperature regime in spruce-deciduous plantations and in cutting areas of various ages]. Sb. tr. In-t lesa i drevesiny SO AN SSSR. Moscow, MGU, 1962. Vol. 52. P. 119-142 [in Russia].
3. Ivanov V. V. Ekologicheskie posledstviya mekhanizirovannyh lesozagotovok v yuzhnoj tajge Krasnoyarskogo kraya [Ecological consequences of mechanized logging in the southern taiga of the Krasnoyarsk Territory]. Lesovedenie [Forest science]. 2005. No. 2. P. 3—8 [in Russia].
4. Ulanova N. G. Vosstanovitel'naya dinamika rastitel'nosti sploshnyh vyrubok i massovyh vetrovalov v el'nikah yuzhnoj tajgi (na primere evropejskoj chasti Rossii) [Restoration dynamics of vegetation of continuous felling and massive windfalls in the spruce forests of the southern taiga: a case study of the European part of Russia)]. Avtoref. dis. ... doktora biol. nauk. Moscow, 2006 b. 46 p. [in Russia].
5. Ulanova N. G. Mekhanizmy sukcessij rastitel'nosti sploshnyh vyrubok v el'nikah yuzhnoj tajgi [Mechanisms of succession of vegetation of continuous deforestation in the spruce forests of the southern taiga]. Aktual'nye problemy geobotaniki. Materialy III Vserossijskoj shkoly-konferencii. Petrozavodsk, Karel'skij nauchnyj centr RAN. 2007. P. 198—211 [in Russia].
6. Sukachev V. N. Osnovnye ponyatiya lesnoj biogeocenology [Basic concepts of forest biogeocenology]. Moscow, Nauka, 1964. P. 3—49 [in Russia].
7. OST 56—69—83 — Ploshchadi probnye lesoustroitel'nye [OST 56-69—83 — Trial forest management areas]. Izdanie ofi-cial'noe. 1983. 59 p. [in Russia].
8. Metodologiya issledovanij lesnyh ekosistem: Metodicheskoe posobie [Methodology of forest ecosystem research: A methodological guide] / Sost. E. N. Pilipko. Vologda—Molochnoe, IC VGMHA, 2013. 100 p. [in Russia].
9. Kryshen' A. M. Struktura i dinamika rastitel'nosti soobshchestv vejnikovoj vyrubki v YUzhnoj Karelii. Vidovoj sostav [Structure and dynamics of vegetation of communities of glacial felling in South Karelia. Species composition]. Botan. zhurn. 2003. Vol. 88. No. 4. P. 48—62 [in Russia].
