Научное обоснование организации хозяйства в лесах на основе их состояния в Южном Зауралье (110

Рисунок 1 - Схема хозяйственно-лесорастительного районирования

повышенными равнинными участками. Преобладают солонцеватые комплексы, солоди, а также сочетание солодей с солонцеватыми комплексами. Эволюция солодей имеет тенденцию олуговения и заболачивания. Последние 15…20 лет заметно прогрессирует заболачивание мелколиственных лесов, происходит вымокание древесной растительности на значительных территориях. Негативными условиями произрастания являются повышенное увлажнение, полное рассоление почвенного профиля, кислая реакция верхних горизонтов, наличие необходимых макро… и микроэлементов. Для лесов характерно колочное расположение. Древостои в основном березовые или с небольшими участками осины и сосны (состав -7,7Б1,6Ос0,7С+Е,Ив,Кл). Почвенные особенности обусловливают очень низкую лесистость района - 12,6% (9,9...18,3%). Распространены следующие типы леса: свежий и влажный на солодях, злаковый, разнотравный, осоковый. Основная часть (80%) насаждений района произрастает в типе леса - свежий и влажный на солодях: практически все березняки, около 40% сосняков и большая часть осинников. Самыми распространенными типами лесорастительных условий являются Е2 (52 %) и Е3 (34 %).

Леса района «Сосновые боры» произрастают на серых лесных оподзоленных почвах. Основу лесных экосистем составляют сосновые леса.

зеленомошниковых и черничниковых типах леса. Этот район характеризуется, в сравнении с предстоящим, более сухими условиями местопроизрастания, тип лесорастительных условий - А2, А3, В1-В3 , оптимальны для роста сосны.

Леса района «Сосново-березовые леса» произрастают на обыкновенных и выщелоченных черноземах. Средний состав насаждений - 5,3С3,7Б1,0Ос +Л,Ив,Е,Т. Лесистость района - 20,9% (13,1…29,5%).Преобладающие типы леса - разнотравный (52%), орляковый (30%), свежий и влажный на солодях (15%). Тип лесорастительных условий С 2 - С 3, В 2 , Е 2 , Е3 . Природные условия наиболее благоприятны для смешанных сосново-березовых лесов.

Район «Пойменная растительность» располагается на аллювиальных почвах в поймах рек Тобола и Исети (площадь 1,5 тыс. га). Здесь произрастают ивы: козья, корзиночная, сизая, трехтычинковая; черемуха обыкновенная; осока низкая и др. Имеются участки без древесной растительности. Ввиду того, что площадь района незначительная, сведения о нем приведены в работе достаточно кратко.

Для обоснования выделения хозяйственно-лесорастительных районов проведен кластерный анализ. Выделенным районам присвоен ранг (номер) по качеству лесорастительных условий (ТЛУ). С увеличением номера качество ТЛУ падает. Ранг района - 1 присвоен району «Сосновые боры», 2 - «Сосново-березовые леса», 3 - «Смешанные леса», 4 - «Березовые колковые леса». Для проведения анализа выделено 7 кластеров (признаков): количество единиц в составе сосны, березы, класс бонитета, относительная полнота, запас, прирост по запасу, возраст.

Диаграмма для 6 переменных и их взаимосвязь представлена на рисунке 2 (по оси Y – степень сродства, по оси X – показатели).

Обоснованы различия в таксационной характеристике по выделенным районам (коэффициенты сосны и березы в составе, бонитеты, приросты по запасу достоверны на 95% доверительном уровне по критерию Стьюдента).

Степень сродства

Береза Сосна Полнота Прирост Кл. бонитета Район

Рисунок 2 - Диаграмма для 6 переменных и их взаимосвязь

12

5 Влияние негативных факторов на состояние лесной среды по хозяйственно-лесорастительным районам

В лесах региона исследований изменение их состояния происходит под воздействием различных факторов: антропогенных, абиотических, биотических. Антропогенными факторами в районе работ являются: лесные пожары, аэротехногенные выбросы, загрязнение лесов радиоактивными веществами, нарушения, связанные с его рубкой. К абиотическим факторам относятся ветры, засухи, периодическое переувлажнение. Повреждения леса грибными болезнями, вредителями и насекомыми-фитофагами входят в группу биотических факторов.

При проведении исследований состояния лесов по районам было установлено, что в хозяйственно - лесорастительном районе «Смешанные леса» основными факторами являются биотические, абиотические и антропогенные, в районе «Березовые колковые леса» - биотические, абиотические, в районах «Сосновые боры» и «Сосново-березовые леса» - антропогенные.

Одним из основных факторов, определяющих состояние лесов района работ, являются лесные пожары. За анализируемый период (1999…2008 гг.) в регионе произошло 10432 лесных пожара на площади 130,0 тыс. га, при этом погибло 56,7 тыс. га. Площадь и количество пожаров значительно различается по годам. Так, экстремальными были 1996, 1998, 1999, 2004 гг. Максимальное количество пожаров (2680) зафиксировано в 2004 г. Они охватили площадь 71,1тыс. га, в том числе верховыми пожарами - 49,4 тыс. га.

Сильные засухи в районе исследований вызываются суховеями из Центральной Азии с температурой воздуха до 35…37°, относительной влажностью менее 30 % и скоростью ветра более 10-15 км/час. Засухи сопровождаются крупномасштабными вспышками верховых пожаров (Санников, 1973, 1992). Таковы, например, катастрофические пожары 1947, 1955, 1967, 1975, 1982, 1992…1994 и 2004 гг.

Максимальное количество пожаров - в районе «Смешанные леса» - 3914 случаев (37,5%), по площади - в районе «Сосновые боры» - 63,1 тыс. га (48,5%) при минимальном количестве пожаров (1153 шт. или 11,0%). По площади, охваченной лесными пожарами, районы по степени убывания распределились следующим образом: «Сосновые боры» - 48,5%, «Сосновоберезовые леса» - 21,3, «Смешанные леса» - 19,5, «Березовые колковые леса» -

(район «Смешанные леса») до 134,4 (район «Сосновые боры»), при среднем

13

значении - 69,6. Относительная горимость по числу пожаров на 1 млн. га в год (334 шт.) - «чрезвычайная», по площади на 1 тыс. га (1,2 га) - «выше средней».

Причины возникновения пожаров не установлены для районов «Смешанные леса» - 46,4%, «Березовые колковые леса» - 39,5%, «Сосновоберезовые леса» - 11,6%, «Сосновые боры» - 7,4%. В подавляющем большинстве случаев лесные пожары возникают по вине человека (55%): в районе «Сосново-березовые леса» - 82,8%, «Сосновые боры» - 77,1, «Смешанные леса» - 40,5, «Березовые колковые леса» - 32,0%.

Источниками негативного воздействия на атмосферный воздух в исследуемом регионе являются 1673 предприятия и наличие большого количества мобильной техники. Совокупный объем аэротехногенных выбросов в 2009 году составил 179.2 тыс. т, в т.ч. от стационарных источников - 58,8 тыс. т, от мобильных средств - 120,5 тыс. т. В общем объеме выбросов загрязняющих веществ 55,2% составляет окись углерода, 15,1% - окись азота. В составе вредных веществ, выбрасываемых всеми источниками, 95,5% составляют газообразные и жидкие, 4,5% - твердые. Наибольшую нагрузку принимают на себя леса сосново-березового района (на 1 га лесной площади составляет 0,20 т), наименьшую - «Березовые колковые леса» (0,057 т).

Загрязнение природной среды северо-западной части Курганской области радиоактивными веществами связано с работой производственного объединения «Маяк», которое обусловлено тремя аварийными ситуациями. Произошло загрязнение пойменных и припойменных лесов вдоль рек Теча и Исеть и части лесного фонда на территории Восточно - Уральского радиационного следа на площади 69,7 тыс. га, что составляет 4,0% от общей площади фонда. Вся площадь имеет плотность загрязнения более 1 Ки/км2, и распределилась по зонам загрязнения - IV зона (1…5 Ки/км2) - 69,6 тыс. га и III зона (5…15 Ки/км2) - 0,1 тыс. га. Радиоактивному загрязнению подверглась территория 6 лесничеств в районах «Смешанные леса» и «Сосновые боры» на площади 42,4 тыс. га и 27,2 тыс. га соответственно.

Рубка леса оказывает негативное воздействие на почвы, водные объекты, растительный и животный мир. Промышленная заготовка древесины при несоблюдении эколого-лесоводственных требований может привести к потере устойчивости экосистем района исследований.

Анализ динамики очагов хвое - листогрызущих вредителей леса за 2001…2010гг. дает возможность прогнозирования развития лесопатологической ситуации на последующие пять лет. В случае благоприятных погодных условий и отсутствия истребительных мероприятий существует высокая вероятность сохранения и увеличения площадей, вновь возникших очагов непарного шелкопряда. В 2007 г. зафиксировано 70,7 тыс. га очагов хвое - листогрызущих вредителей, однако в 2008 году площадь очагов снизилась и составила 6,7 тыс. га, в свою очередь в 2009 году их площадь увеличилась до 24,9 тыс. га. При этом основными видами вредителей являлись: шелкопряд монашенка, сосновая пяденица, непарный шелкопряд.

Повреждение лесов насекомыми и болезнями, приводящее к их гибели, с

14

2000 по 2006, 2009 не наблюдалось, в 2007 году погибло всего 9 га, в 2008 – 54,9 га.

Периодическое переувлажнение («вымочки») является второй по значимости проблемой в районе исследований. Гибель лесов вследствие вымокания произошла на больших площадях - 33,3 тыс. га. Наиболее подверженными подтоплению оказались леса в хозяйственнолесорастительных районах «Березовые колковые леса» и «Смешанные леса». По данным исследований вымокание происходит в березовых, осиновых насаждениях и редко в сосновых. Основными признаками повреждения насаждений являются: ажурность кроны, появление водяных побегов, дехромация листвы и хвои до 50%. Периодическое переувлажнение, изменения уровня грунтовых вод, возможно связанны с тектоническими колебаниями в земной коре.

Гибель насаждений под воздействием неблагоприятных погодных условий: засуха, ураганные ветра, заморозки наблюдается ежегодно. Наиболее опасным метеорологическим явлением для региона является сильный ветер, вызывающий вывал деревьев. Общая площадь насаждений погибших от этого фактора составляет 137,5 га (2 % от всех погибших древостоев).

Для обоснования влияния негативных факторов на состояние лесов был проведен кластерный анализ. Выделенным хозяйственно-лесорастительным районам присвоен ранг (номер), а также выделено 6 кластеров: лесистость, %, площадь пожаров, гари, «вымочки», очаги непарного шелкопряда, загрязнение атмосферного воздуха. Проведенный анализ доказал влияние негативных факторов на состояние лесов по районам.

Площадь пожаров и выделенные хозяйственно-лесорастительные районы имеют тесную зависимость и выражаются уравнением прямой:

где Р - ранг района, Сп - площадь пожаров, га на 1 тыс. га лесного фонда, R - коэффициент корреляции.

Все учтенные факторы имеют влияние на выделенные районы. Связь выражается множественным уравнением регрессии вида:

где Р - ранг района, В – «вымочки», га на 1 тыс. га , Атм. – загрязнение атмосферного воздуха, т на 1 тыс.га, Неп.- очаги непарного шелкопряда, га на 1 тыс. га.

6 Состояние исследуемых лесов по хозяйственно-лесорастительным районам

Район «Смешанные леса»

Проведенные исследования влияния периодического переувлажнения на леса выявили различную деградацию мелколиственных насаждений.

Деградация отсутствует - коэффициент изменения состояния 0,95±0,1. Усыхание деревьев отсутствует или незначительное, здоровые - составляют

15

90,0±3,1% по запасу. Отпад не превышает естественный и идет за счет деревьев худшего роста. Общий фон насаждения темно-зеленый.

Слабая деградация. Коэффициент изменения состояния - 0,74±0,2. Запас погибшей части древостоя составляет 18% доли здоровых деревьев. Общий фон насаждения зеленый. Крона типичная, но прирост укорочен у четверти деревьев насаждения. Почва не имеет внешних признаков засоления. Травянистая растительность представлена видами, характерными для березовых злаково-разнотравных лесов.

Средняя деградация. Коэффициент изменения состояния находится в пределах 0,50±0,1. Степень усыхания насаждения значительная, нижний предел диапазона по доле здоровых деревьев составляет 49,5±1,9% от запаса древостоя. Усыхание деревьев снижает относительную полноту и степень выполнения насаждением своего функционального назначения. Отпад превышает естественный в 1,9 раза. Он образуется за счет деревьев основного полога и составляет 52,9% от запаса здоровых деревьев. Насекомые заселяют деревья утратившие энтомоустойчивость. Начинается отмирание ассимиляционного аппарата. Цветовой фон светло-зеленый, крона изрежена. В почвенном профиле в результате подъема грунтовых вод возникает осолоделый слой, что говорит о начале засоления почв. В травяном покрове появляются виды, характерные для влажных лесов и болотистых мест (лабазник вязолистный).

Сильная деградация. Коэффициент изменения состояния - 0,21±0,1. Отпад составляют деревья ступеней толщины средних и более по насаждению. Ксилофаги повреждают все деревья насаждения. Общий фон желто-зеленый, крона редкая. Проявляются признаки заболачивания. В травяном покрове преобладают виды, характерные для влажных лугов и болот (осока береговая). Идут процессы засоления почв, в результате чего в почве появляется осолоделый слой, имеющий характерную белесую окраску.

Полная деградация леса характеризуется катастрофической нагрузкой на лесные экосистемы, доза воздействия сублетальная и летальная. Коэффициент изменения состояния равен 0,00. Здоровые деревья отсутствуют, насаждение полностью погибло. Отпад заселен ксилофагами. Происходит замена одной экосистемы на другую. Травяной покров составляют виды, характерные для болот (осока береговая, рогоз, тростник). В почвенном профиле образуется, мощный слой солоди. На месте леса возникают заболоченные территории.

Беглый низовой пожар в сосновых насаждениях и средневозрастных березовых насаждениях приводит к слабой деградации. На этом уровне деградации леса отмечаются незначительные этапы изменения состояния. Коэффициент изменения состояния равен 0,72±0,3…0,70±0,1. Степень усыхания невелика, идет снижение доли здоровых деревьев в насаждениях, которая составляет в сосновых - 74,0±2,3%, березовых - 59,9±2,6% по запасу. Отпад превышает естественный в 0…0,6 раза. Запас погибшей части древостоя 35,1…10,4% доли здоровых деревьев. Общий фон насаждения зеленый. Крона типичная, но прирост укорочен у четверти деревьев насаждения.

16

Беглый низовой пожар в березовых молодняках, устойчивый низовой пожар низкой интенсивности в березовых насаждениях приводит к средней деградации. При этом уровне деградации коэффициент изменения состояния находится в пределах 0,40±0,2. Степень усыхания насаждения значительная, доля здоровых деревьев составляет 53,3±1,8% от запаса древостоя. Усыхание деревьев снижает относительную полноту и степень выполнения насаждением своего функционального назначения. Наряду с увеличением доли ослабленных деревьев значительно возрастает размер отпада. Он превышает в 1,9 раза естественный, идет за счет деревьев основного полога и составляет 37,0…55,5% от запаса здоровых деревьев. Насекомые заселяют деревья утратившие энтомоустойчивость. Начинается отмирание ассимиляционного аппарата. Цветовой фон светло-зеленый, крона изрежена.

Устойчивый низовой пожар средней и высокой интенсивности в березовых насаждениях приводит к сильной деградации. При сильной деградации насаждения распадаются, коэффициент изменения состояния равен 0,22±0,1…0,30±0,2. Доля здоровых деревьев в древостое 12,5±0,9…32,5±2,5% по запасу. Отпад в 4,0…7,8 раза превышает естественный, его основу составляют деревья ступеней толщины средних и более по насаждению. Ксилофаги повреждают ослабленные деревья насаждения. Общий фон желтозеленый, крона редкая.

деградации. Коэффициент, характеризующий этот показатель, равен 0,00…0,10±0,1. Здоровые деревья отсутствуют, насаждения полностью погибли и не способны выполнять свое целевое назначение. Основу древостоя составляет отпад, образовавшийся за период гибели насаждения, который более чем в 9,1…10 раз превышает естественный. Отпад заселен ксилофагами.

Район «Березовые колковые леса»

Устойчивые низовые пожары средней интенсивности в березовых насаждениях приводят к средней деградации. Коэффициент изменения состояния равен 0,44±0,3. Степень усыхания насаждения значительная, доля здоровых деревьев составляет 42,3±4,3 % запаса древостоя. Усыхание деревьев снижает относительную полноту и степень выполнения насаждением своего функционального назначения. Наряду с увеличением доли ослабленных деревьев значительно возрастает размер отпада. Он превышает в 1,9 раза естественный. Насекомые заселяют деревья, утратившие энтомоустойчивость. Цветовой фон светло - зеленый.

Повреждения березовых насаждений непарным шелкопрядом приводят к слабой деградации. КИС составляет 0,74±0,6. Степень усыхания невелика, идет снижение доли здоровых деревьев в насаждении - 84,9±3,0 % по запасу. Отпад не превышает естественный. Крона остается типичной, но прирост укорочен у четверти деревьев насаждения.

17

Район «Сосновые боры»

Беглый низовой пожар в 10…20 - летних сосновых насаждениях приводит к полной, в 30…50 - летних - к слабой деградации. При полной деградации коэффициент изменения состояния составляет 0,00. Здоровые деревья в насаждении отсутствуют. Деревья отпада повреждены стволовыми вредителями. При слабой деградации коэффициент изменения состояния составляет 0,64±0,1. Степень усыхания невелика, доля здоровых деревьев в насаждении - 62,2±3,2% по запасу. Отпад превышает естественный в 0,5 раза. Запас погибшей части древостоя - 8,2 % доли здоровых деревьев. Насекомыексилофаги повреждают естественный отпад и утратившие энтомоустойчивость деревья основного полога.

Беглый низовой пожар в березовых насаждениях приводит к средней деградации. Коэффициент изменения состояния составляет 0,51±0,2. Доля здоровых деревьев в насаждении 57,0±3,8 % по запасу. Отпад превышает естественный в 1,5 раза. Запас погибшей части древостоя 62,6% доли здоровых деревьев. Насекомые заселяют деревья утратившие энтомоустойчивость.

Устойчивый низовой пожар низкой интенсивности в сосновых и березовых насаждениях приводит к средней деградации. Коэффициент изменения состояния составляет 0,48±0,1…0,54±0,3. Доля здоровых деревьев в насаждении 42,5±3,4…46,7±2,7% по запасу. Отпад превышает таковой для нормальных насаждений в 2 раза. Запас погибшей части древостоя 81,5…101,0% доли здоровых деревьев.

Устойчивый низовой пожар средней интенсивности в сосновых насаждениях и высокой интенсивности в березовых и сосновых насаждениях, верховой пожар в сосновых и березовых насаждениях приводят к полной деградации. Коэффициент изменения состояния (КИС) составляет 0,00. Здоровые деревья в насаждении отсутствуют. Отпад превышает естественный в

8,8 раз.

Устойчивый низовой пожар низкой интенсивности через 5 лет в 50летних сосновых насаждениях приводит к слабой деградации (КИС - 0,70±0,5), березовых и осиновых - к средней (КИС - 0,40±0,1…0,52±0,4).

Устойчивый низовой пожар средней и высокой интенсивности через 5 лет во всех насаждениях приводит к полной деградации. Коэффициент изменения состояния составляет 0,00. Здоровые деревья в насаждении отсутствуют. Отпад превышает естественный в 6…10 раз.

Бурелом в березовых насаждениях приводит к сильной (КИС - 0,25±0,1), в осиновых - к полной деградации (КИС - 0,00). Ветровал, как в березовых, так и в осиновых насаждениях - к слабой деградации (КИС - 0,72±0,4).

Район «Сосново-березовые леса»

Беглый низовой пожар в сосновых, березовых насаждениях приводит к слабой деградации (КИС - 0,60±0,3…0,74±0,3, доля здоровых деревьев по запасу 57,5±2,9…97,5±3,9%, процент отпада от здоровых деревьев - 2,4…10,1%, превышение отпада над естественным - незначительное); в средневозрастных березовых насаждениях - к средней деградации (КИС -

18

0,40±0,1…0,46±0,1, доля здоровых деревьев по запасу 28,7±4,1…54,0±3,7%, процент отпада от здоровых деревьев - 24,3… 30,9%, превышение отпада над естественным - в 0,7…1,5 раза).

Устойчивый низовой пожар средней интенсивности в сосновых и березовых насаждениях не зависимо от возраста приводит к средней деградации. Коэффициент изменения состояния составляет 0,40±0,4… 0,50±0,1. Доля здоровых деревьев в насаждении 27,0±2,3…60,0±2,3% по запасу. Отпад превышает естественный в 1,2…1,9 раза.

Устойчивый низовой пожар высокой интенсивности в молодняках сосны, в березовых насаждениях разного возраста, верховые пожары в сосновых и березовых древостоях и устойчивый низовой пожар средней и высокой интенсивности в сосновых насаждениях через 5 лет приводят к полной деградации. Коэффициент изменения состояния составляет 0,00. Здоровые деревья в насаждении отсутствуют. Насекомые заселяют деревья утратившие энтомоустойчивость. Деревья отпада повреждены стволовыми вредителями.

Вберезовых насаждениях, поврежденных ложным трутовиком, уровень деградации отсутствует. Коэффициент изменения состояния 0,97±0,6. Усыхание отсутствует или незначительное, здоровые деревья составляют 90

±2,9% по запасу. Отпад не превышает естественный и идет за счет деревьев худшего роста. Общий фон насаждения - темно-зеленый.

Восиновых насаждениях, поврежденных ложным трутовиком, наблюдается слабая деградация. Коэффициент изменения состояния составляет 0,74. Степень усыхания невелика, доля здоровых деревьев в насаждении 82±3,6% по запасу. Отпад не превышает естественный. Насекомые-ксилофаги повреждают отпад и утратившие энтомоустойчивость деревья основного полога.

Периодическое переувлажнение в березовых и осиновых насаждениях приводит к полной деградации (КИС - 0,00) и сильной (КИС - 0,30±0,1, доля здоровых деревьев по запасу 15,3±1,2%, процент отпада от здоровых деревьев –

278%.

Воздействие негативных факторов и оценка состояния насаждений по хозяйственно - лесорастительным районам приведены в таблице 1.

7 Система организации хозяйства на основе фактического состояния лесов

Результаты проведенных исследований выявили влияние негативных факторов, определяющих состояние лесных экосистем, характеризующихся различными уровнями воздействия. Лесостепные леса неоднородны по природным условиям, целевому назначению, таксационным показателям, воздействующим негативным факторам, уровню изменения состояния, а значит, требуют различного режима хозяйства и лесопользования.

19

Таблица 1 – Состояние лесов в хозяйственно-лесорастительных районах