3.1.2. Методологические основы лесоведения

В связи со сложной структурой науки «Лесоведение», представляется малоперспективной одновременная разработка единой методологии, охватывающей все разнородные разделы этой науки. Более целесообразной представляется разработка методологической основы каждого крупного раздела лесоведения, после чего, приняв за основу природное единство всех компонентов леса, можно сформулировать единую методологию лесоведения. В табл. 1 приведены методологические основы разделов лесоведения.

Таблица 1

Методологические основы лесоведения

№№ п/п	Разделы лесоведения	Методологическая основа
1.	Лесная типология	Экогеография, лесная биогеоценология, генезис
2.	Лесовозобновительный процесс	Возобновительная способность типов леса
3.	Лесообразовательный процесс и формирование лесов	Типологическая дифференциация лесного покрова, возрастная динамика основных компонентов леса (в т.ч.: древостоя, подроста, подлеска), закономерности морфогенеза (типы и виды симметрии древесных растений, дифференцировка органов, закономерности дендротектоники, алгоритмики, математические модели роста дерева и древостоя)
4.	Лесное ландшафтоведение	Гармония внешнего вида (контура участка леса). Закономерности дендротектоники (скрытое золотое сечение, радиальная симметрия, математические модели роста дерева и древостоя)
		Гармония роста дерева, гармония роста древостоя. Гармония строения древостоя, стохастические модели строения древостоя

Естественной методологией лесной типологии в соответствии с учением проф. Г.Ф. Морозова, являются экогеография и лесная биогеоценология, научные основы которой разработаны отечественной школой геоботаников во главе с акад. В.Н. Сукачевым [33], и генезис типов леса. Наиболее полное выражение эта методология нашла в разработке отечественными учеными лесоводами лесотипологических классификаций: экологической П.С. Погребняка, биогеоценологической В.Н. Сукачева, географо-генетической Б.П. Колесникова, классификационная основа которой в равной мере отражает тип леса и тип лесорастительных условий, и других, в составлении региональных схем типов леса и типов лесорастительных условий.

Геоботанической школой акад. В.Н. Сукачева разработаны принципы эколого-фитоценотического направления классификации лесных сообществ. Основной таксономической единицей при классификации лесных сообществ (фитоценозов) является лесная ассоциация. Она объединяет все лесные сообщества (насаждения), однородные по видовому составу всех их ярусов, по сложению, жизненным свойствам и характеризующиеся однородными условиями местообитания. Синонимом лесной ассоциации является тип лесного фитоценоза. Классификация лесных сообществ нашла выражение в разработанных В.Н. Сукачевым и его учениками схемах эдафо-фитоценотических рядов еловых и сосновых лесов в обобщенной схеме типов леса. При выделении основных классификационных единиц в биогеоценологической типологической классификации В.Н. Сукачева признакам растительных сообществ придается ведущая роль, но при этом учитываются признаки условий местообитания.

Тип леса является более широким понятием, чем тип лесного фитоценоза. Он рассматривается как тип лесного биогеоценоза, включающего, кроме компонентов фитоценоза, компоненты животного происхождения (зооценоз), микробное население (микробоценоз), а так же климатические и почвенно-гидрологичские условия.

Тип леса, по В.Н. Сукачеву [33], это совокупность участков леса (лесных биогеоценозов), однородных по составу древесных пород, по другим ярусам лесной растительности и фауне, по микробному населению, по климатическим, почвенным и гидрологическим условиям по восстановительным процессам и направлениям смен в них. Но при определении типа леса используются, как правило, лишь два компонента биогеоценоза – растительное сообщество (покров из древесных, травянистых и мхово-лишайниковых растений) и эдафотоп (рельеф местности и почвенно-гидрологические условия).

Применительно к лесорастительным условиям Урала Н.А. Коновалов [11, 12], используя методические подходы В.Н. Сукачева, предложил классификации типов леса и типов лесорастительных условий; последние соответствуют группам типов леса. В частности, им выделены типы лесорастительных условий сосняков сухих, зеленомошниковых, сложных, разнотравных, влажнотравных, долгомошниковых и сфагновых; число типов лесорастительных условий ельников меньше на 1 тип (отсутствуют сухие ельники).

В географо-генетической типологической классификации лесов Б.П. Колесникова получила дальнейшее развитие сформулированная В.Н. Сукачевым идея динамики типов леса. В географо-генетической классификации учитывают возрастные, восстановительные и вековые смены типов леса. В свою очередь восстановительные смены делятся на кратковременные, длительные и устойчивые. Низшей классификационной единицей здесь является тип насаждений, соответствующий типу леса по В.Н. Сукачеву. В состав типа леса в географо-генетической классификации включают насаждения всех стадий одного цикла возрастных или кратковосстановительных смен (ряд типов насаждений).

При наличии смен типов леса в течение многих поколений речь идет о серии (генетическом ряде) типов леса. Комплекс природных условий, соответствующих одному генетическому ряду, принимается за тип лесорастительных условий. Естественный ход смен типов леса (серия типов леса), может быть нарушен стихиогенными факторами (смыв почвы, лесные пожары, обедняющие почву гумусом и вымываемыми из почвы минеральными питательными веществами, образующимися при горении).

Б.П. Колесниковым и его учениками введен также принцип географизма в лесной типологии, заключающейся в учете дифференциации лесорастительных условий и разделение больших лесных территорий на более мелкие, однообразные по комплексу растительных условий [10, 30].

В динамической типологической классификации лесов И.С. Мелехов выделил этапы, предшествующие формированию леса (типы вырубок, типы гарей) – этапы формирующегося типа леса. Типы леса имеют своим начальным этапом определенные типы вырубок. Тип вырубок часто формируется при воздействии лесного пожара. Различают паловые (пирогенные) и беспаловые (апирогенные) вырубки. И.С. Мелехов разработал принципы и схему классификации вырубок применительно к лесорастительным условиям Северо-Запада Европейской части России.

Экологическая типологическая классификация лесов П.С. Погребняка, в отличие от классификации В.Н. Сукачева, придает определяющее значение почвенно-грунтовым условиям. В основе эдафической сетки типов леса П.С. Погребняка заложены два классификационных ряда – трофности (плодородия) и увлажнения почвы. Засоленные почвы в эдафическую сетку не включают, их рассматривают особо. Понятие тип леса в этой классификации охватывает как лесопокрытые, так и лесонепокрытые земли [40].

Методологической основой изучения лесовозобновительного процесса служит возобновительная способность типов леса. Способом научного выражения результатов исследований являются разработка региональных схем районирования территории по условиям лесовосстановления (схем лесокультурного районирования) и региональных шкал соотношения способов естественного возобновления леса, применения мер содействия ему и искусственного лесовосстановления по лесорастительным районам в соответствии со схемой лесокультурного районирования территории, определение экологических ареалов естественных и искусственных дендроценозов основных лесообразующих древесных пород.

Методологической основой изучения лесообразовательных процессов являются:

• типологическая дифференциация лесного покрова;

• возрастная динамика основных компонентов леса,

• закономерности формирования древостоев, подроста и подлеска:

• закономерности морфогенеза древесных растений: дендротектоники (роста, симметрии) и алгоритмики формирования (дифференцировки);

– математические модели роста дерева и роста древостоя.

Наиболее полное научное выражение методология лесообразовательного процесса нашла в разработке положений классификации лесообразовательных процессов Е.П. Смолоноговым на основе географо-генетической лесотипологической классификации.

«Лесообразовательный процесс в элементарной форме проходит в виде повторяющихся во времени смен лесообразующих видов. Такие смены происходят в процессе естественного восстановления сообществ, их формирования, возрастного развития биокомпонентов из-за различий в биолого-экологических свойствах лесообразователей, в том числе теневыносливости, интенсивности роста, продолжительности жизненного цикла, а также под воздействием комплекса биогеоценотических факторов, меняющих структуру сообществ и интенсивность роста лесообразователей. Смены происходят также под воздействием сильных разрушительных факторов» [26, 28, 29].

По истории образования или восстановления современных лесных биогеоценозов и их изменений во времени Е.П. Смолоногов выделил следующие наиболее распространенные категории динамики и соответствующие изменения лесообразовательного процесса:

1. Восстановительно-возрастная динамика лесных сообществ после сплошных пожаров, полностью разрушающих древостой на больших площадях; лесообразовательный процесс прерывается и, трансформированный, начинается вновь.

2. Восстановительно-возрастная динамика после сплошных рубок; Древостой вырубается полностью за исключением специально оставленных обсеменителей, случайных недорубов или участков неспелого леса, иногда сохраняется подрост предварительного возобновления; Процесс образования лесных сообществ начинается вновь: лесообразовательный процесс прерывается и, измененный, начинается вновь с участием ценотических компонентов прежних сообществ и элементов целенаправленного хозяйственного воздействия.

3. Возрастная динамика, характерная для процессов естественного функционирования лесных сообществ во времени с постепенной или слабо прерывистой заменой старших поколений особями младших без воздействия сильных разрушительных факторов. Специфика лесообразовательного процесса существенно не меняется, хотя сообщества становятся все более сложными по пространственно-парцеллярной морфо- и возрастной структуре.

4. Возрастная динамика при воздействии факторов, не полностью разрушающих древостой (слабые ветровалы, беглые пожары, несплошные рубки и т.п.). Такое нерегулярное воздействие нарушает нормальный ход возрастной динамики, усиливает мозаичность пространственной и возрастной структуры лесных сообществ, а при регулярном воздействии, например, при хозяйственно направленных выборочных рубках приводит к заранее спланированной структуре лесного покрова.

5. Возникновение и динамика лесных сообществ в долинах рек; Лесообразовательный процесс начинается заново, его специфика связана не только с характером биогеоценотического процесса, но и с эволюцией структуры речных долин, масштабы которой и интенсивность определяются геоморфологией, крупностью реки и ее гидрологическим режимом.

6. Возникновение и динамика лесных биогеоценозов на вулканогенных территориях, после комплексного воздействия пожаров, водной, ветровой эрозии почвогрунтов и отложения нового почвообразующего материала; Лесообразовательный процесс начинается заново либо прерывается и трансформируется. Сходно проявление процесса на техногенно загрязненных территориях.

«Перечисленные категории динамики лесных сообществ и лесообразовательного процесса не исчерпывают всех возможных форм, поскольку каждый конкретный участок леса имеет индивидуальные особенности генезиса. Тем не менее, познание закономерностей динамики указанных категорий достаточно для обоснования систем мероприятий по управлению биогеоценотическим процессом.

При рассмотрении аспектов лесообразовательного процесса к категории коренных следует относить сообщества, состав которых соответствует специфике лесорастительных условий, морфоструктурные особенности которых исключают развитие сукцессионных явлений до момента очередного воздействия разрушительных факторов.

Все насаждения сукцессионного и демутационного характера, закономерно естественно возникающие в процессе восстановления и отличающиеся по составу от коренных, следует относить к производным лесным сообществам. Состав и структура таких насаждений всегда отражают либо возможности естественного преобразования в коренные, либо отсутствие таких возможностей. По срокам восстановления коренных различают коротко, длительно и устойчиво производные насаждения. Первые две категории следует классифицировать как потенциально коренные (потенциально кедровые, потенциально еловые и др.). Серия таких насаждений вместе с соответствующими коренными образуют или объединяются в тип леса – основную единицу генетической классификации типов леса. Устойчиво производные насаждения следует относить к сообществам нового, формирующегося типа леса, если в результате изменения условий среды или воздействия других факторов восстановление коренного лесообразователя естественным путем невозможно. В таких случаях изменяется и лесообразовательный процесс» [26].

Е.П. Смолоногов выделил морфоцено- и онтоценогенез лесных сообществ. «Морфоценогенез – изменение морфоструктуры, состава лесных сообществ, а онтоценогенез – онтогенетическое развитие древесных пород и других биокомпонентов лесного сообщества.

Так как за время существования типа леса – этапа лесообразовательного процесса, на каждом этапе специфика морфоценогенеза меняется во времени, то этап расчленяется на периоды. Обычно выделяется три периода: первый – восстановления на обезлесенных площадях и формирования насаждений с преобладанием в составе пионерных видов. Второй период – начала распада коротко живущих пионерных видов и формирования смешанных сообществ; к концу второго периода преобладающим в составе сообщества становится основной эдификатор. Третий период – стабилизации, а к концу начала распада первого возрастного поколения основного эдификаторного вида и формирования нижнего древесного яруса за счет вторых возрастных поколений. В дальнейшем начинается новый этап морфоценогенетических изменений с участием новых поколений тех же древесных пород, либо с иными лесообразователями, формирующими другой тип леса.

Каждый период морфоценогенеза делится на фазы, отражающие качественные изменения в структуре насаждений в более короткие отрезки времени. Первая фаза обычно отражает процесс обсеменения участка, появления всходов и групп подроста, вторая – формирования сомкнутого полога молодняков, третья – интенсивного роста и дифференциации особей по высоте. Последующие фазы отражают дальнейшие изменения в морфоструктуре сообществ.

Возрастное развитие или онтогенетическое состояние особей каждого лесообразователя отражают стадии онтоценогенеза. Стадии позволяют более полно отразить функциональное состояние разных лесообразователей в сообществе на разных периодах или фазах морфоценогенеза. Например, ель, пихта и другие, хвойные в верхнем пологе в возрасте 20 – 30 лет обильно плодоносят, а подрост ели и пихты под пологом в этом же возрасте находится еще на ранней ювенильной стадии. При анализе онтогенетических состояний достаточно выделение шести стадий:

1) возобновления (инфантильная);

2) молодняка или подроста (первая ювенильная);

3) жердняка или большого роста (вторая ювенильная);

4) возмужания (первая адолесцентная);

5) зрелости (вторая адолесцентная);

6) старения и отпада (синильная).

К коренным насаждениям Е.П. Смолоногов относит сообщества, экологически соответствующие специфике лесорастительных условий, видовой состав и морфоструктурные особенности которых исключают развитие сукцессионных явлений до момента очередного воздействия факторов, разрушающих также сообщества.

К производным относятся все насаждения сукцессионного характера, закономерно возникающие в процессе разрушения и восстановления лесных сообществ, отличающиеся по составу от коренных.

Потенциально коренные – когда состав и структура отражают возможности восстановления коренных сообществ естественным путём или за счёт проведения лесохозяйственных мероприятий.

Устойчиво производные – когда отсутствуют возможности естественного восстановления коренных сообществ в короткие сроки.

Изложенные теоретические основы лесообразовательного процесса, не охватывают всех аспектов проблемы, но они подчеркивают важность их использования при изучении лесного покрова, одного из важных и сложных компонентов биосферы и регулятора многих биосферных процессов» [26].

Методологической основой лесного ландшафтоведения являются:

а) гармония внешнего контура участка леса (закономерность дендротектоники – открытое золотое сечение);

б) гармония роста дерева (закономерность дендротектоники – скрытое золотое сечение, математическая модель роста дерева);

в) гармония роста древостоя (закономерность дендротектоники – математическая модель роста древостоя);

г) гармония строения древостоя в статике проявляется через соответствие распределений таксационных показателей древостоя закону Лапласа-Гаусса (в структуре которого содержится Золотое сечение), или его вариациям – распределениям Грама-Шарлье и Пуассона. Для достижение эстетических целей при формировании древостоя важно достигать гармонии не по одному таксационному показателю, а по совокупности показателей, принимающих участие в формировании эстетической гармонии древостоя. Для моделирования строения древостоя в этом случае целесообразно воспользоваться методикой, разработанной М.Н. Егоровым [4] на примере моделирования естественных и искусственных сосновых древостоев.

М.Н. Егоровым дан анализ групповой изменчивости естественных популяций и культур сосны, им разработаны новые математические модели фенотипической структуры природных и искусственных дендроценозов. По его мнению, число различных моделей, использующих самый разнообразный математический аппарат в решении проблемы математического моделирования биологических сообществ, непрерывно возрастает, при этом выделяются два класса моделей – модели природных и искусственных сообществ. Специфические особенности биологических систем, такие как сложность строения каждой особи в отдельности, полифакторность условий среды, незамкнутость и нужность как в энергетическом, так и в структурном смысле и широкий спектр внешних характеристик, при которых сохраняется жизнеспособность систем, создают определенные сложности в их исследовании и моделировании;

д) формирование строения дерева и его основных частей – корневой системы, ствола, кроны, происходящее в процессе роста в соответствии с наследственными свойствами, конкурентными взаимоотношениями и линиями наибольшего напряжения, выражаемое закономерностями алгоритмики, отражающими биологический механизм дифференцировки клеток тканей и органов, наиболее ярко проявляющийся на примере формирования кроны дерева; закономерности дифференцировки распространяются на ствол и корневую систему дерева; важно на научном уровне выявить эти закономерности, выразить их в виде алгоритмической математической модели формирования и использовать на практике в ландшафтном строительстве.