Динамика и состояние еловых насаждений в Удмуртской Республике

Ведерников, К.Е. Динамика и состояние еловых насаждений в Удмуртской Республике / К.Е. Ведерников, И.Л. Бухарина, Е.А.Загребин. – DOI 10.24419/LHI.2304-3083.2020.3.01. – Текст: электронный // Лесохозяйственная информация : электронный сетевой журнал. – 2020. – № 3. – С. 5–16. URL:

В Северном полушарии еловые насаждения формируют вечнозеленые тёмнохвойные леса со значительными запасами древесины. В Российской Федерации основные площади еловых насаждений расположены на севере Русской равнины, где они образуют ландшафт европейской тайги [1].

Существенное ухудшение состояния еловых лесов, которое в ряде случаев сопровождается их усыханием, проявилось во всем Северном полушарии. Этот процесс весьма динамичен и охватывает всю бореальную зону – от Европы до Северной Америки [2, 3]. Причины деградации и усыхания ельников различны. Некоторые авторы связывают повреждение лесов с загрязнением окружающей среды [4], не исключая при этом роль естественных стрессовых факторов [5]. Следует отметить, что причиной усыхания темнохвойных лесов (в том числе еловых) является воздействие комплекса факторов, к основным из них можно отнести неравномерность выпадения атмосферных осадков, заболачивание почв, распространение паразитических грибов и ксилофагов. Немаловажный фактор – эдафиче-ские условия, формирующиеся под воздействием хвойных пород, а именно – увеличение значений рН почвенного раствора [1, 6].

Масштабы деградации бореальных лесов, затрагивающей все лесообразующие породы, позволяют прогнозировать глобальные изменения, которые происходят в биосфере под гнетом антропогенного влияния [3, 7–9].

Массовое усыхание ели на значительной площади европейской части Российской Федерации после аномально высоких температур лета 2010 г. вызвало интерес исследователей к проблеме изучения устойчивости еловых насаждений к неблагоприятным условиям среды, антропогенной нагрузке, вредителям и болезням [10–12]. Эта проблема актуальна и для Удмуртии, где еловые насаждения являются доминирующими.

Цель исследований – изучить особенности динамики площади, занятой еловыми насаждениями, и оценить их состояние в условиях Удмуртской Республики.

Задачи исследования:

• V    проанализировать динамику площади еловых насаждений в период их массового усыхания;

• V    на основании данных о динамике еловых насаждений провести закладку пробных площадей в местах массового усыхания еловых насаждений;

• V    определить таксационные характеристики и санитарное состояние еловых насаждений на пробных площадях.

Объекты и методы исследований

Район исследований расположен в европейской части РФ, в бассейнах рек Камы и Вятки, к западу от Уральских гор, между 56°00' и 58°30' северной широты и 51°15' и 54°30' восточной долготы. Площадь Удмуртской Республики составляет 42,06 тыс. км2. Значительная протяженность территории с севера на юг и неоднородность рельефа обусловливают высокую вариабельность температур, влажности, ветрового режима, количества осадков и продолжительности солнечного сияния в северной и южной частях республики [13]. Согласно лесорастительному районированию на территории республики выделено два лесных района: южно-таежный район европейской части Российской Федерации (северная часть), хвойно-широколиственных (смешанных) лесов европейской части Российской Федерации (южная часть) [14] (рис. 1).

Управление лесами осуществляется Министерством природных ресурсов и охраны окружающей среды Удмуртской Республики. Все леса республики делятся на 25 лесничеств, из них 11 лесничеств располагаются в районе хвойно-широколиственных лесов, 14 – в южно-таёжном районе.

Еловые насаждения преимущественно сосредоточены на севере республики – 587,03 тыс. га, или 74%; на юге – 204 тыс. га.

Динамику площади земель, занятых еловыми насаждениями на территории Удмуртской Республики, изучали с 2009 по 2015 г. Анализ

НАИМЕНОВАНИЕ ЛЕСНИЧЕСТВ

• 1    Алнашское лесничество

• 2    Балезинскоелесничество

• 3    Вавожское лесничество

• 4    Воткинское лесничество

• 5    Глазовское лесничество

• 6    Граховское лесничество

• 7    Дебесское лесничество

• 8    Завьяловскоелесничество

• 9    Игринское лесничество

• 10    Камбарское лесничество

И Каракулинское лесничество

• 12    Кезское лесничество

• 13    Кизнерское лесничество

• 14    Киясовскоелесничество

• 15    Красногорское лесничество

• 16    Можгинское лесничество

• 17    Сарапульское лесничество

• 18    Селтинское лесничество

• 19    Сюмсинское лесничество

• 20    Увинское лесничество

• 21    Шарканское лесничество

• 22    Юкаменское лесничество

• 23    Яганское лесничество

• 24    Якшур-Бодьинское лесничество

• 25    Ярское лесничество

  изнер

  
  

  Вавож

  
  

  Можга.

  
  

  Алнаши"

  
  

  Грахово

  
  

  Малая Пурга

  
  

  ИЖЕВСК

  
  

  ’ мясово

  
  

  Национальный парк «Нечкинский»

  
  

  Сарапул

  
  

  Камбарка

  
  

  Каракулино

  
  

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

граница Удмуртской Республики границы лесничеств, административных районов номера лесничеств расположение пробных площадей

| - южно-таежный район европейской части Российской Федерации

- район хвойно-широколиственных (смешанных) лесов европейской части Российской Федерации

Рис. 1. Картосхема расположения пробных площадей на территории Удмуртской Республики (М 1 : 1 500 000)

базировался на материалах государственного лесного реестра – форма 1.8 (далее – ГЛР), предоставленных Министерством природных ресурсов и охраны окружающей среды Удмуртской Республики и данных лесного плана республики [15].

Для установления таксационных характеристик и состояния еловых насаждений были заложены пробные площади (ПП) 100 x 100 м. Их закладывали в местах активного усыхания еловых насаждений, в кисличном типе леса (Е_кис). Для оценки состояния древостоев использовали перечислительный метод таксации, при котором учитывали деревья всех категорий состояния, в том числе сухостой и валежник. Состояние деревьев определяли по Правилам санитарной безопасности в лесах [16].

Основные таксационные характеристики насаждений (средний диаметр, средняя высота, средний возраст, полнота, состав) определяли по общепринятой методике, запас древесины – по формуле, предложенной проф. Н.П. Анучиным, для теневыносливых пород [17]:

M = 10 x £ G+0,4 £ G(H-21), где:

G – сумма площадей сечения стволов, м2;

Н – средняя высота древостоя, м.

Продуктивность древостоев определяли по методике Б.Д. Жилкина. Данный метод основан на распределении деревьев на классы относительно среднего диаметра насаждения: I класс – 1,46 и выше (очень крупные деревья), II – 1,45–1,16 (крупные), III – 1,15–0,86 (средние), IV – 0,85–0,76 (мелкие), V класс – 0,75 и ниже (очень мелкие) [18].

В качестве объекта исследований выбрана ель сибирская ( Picea obovata Ledeb.), как доминирующий вид в еловых лесах Удмуртской Республики. Для оценки состояния ели на ПП изучали содержание танинов в ее древесине.

Образцы древесины отбирали у деревьев различного жизненного состояния:

V хорошего жизненного состояния - деревья, у которых крона густая или слегка изрежена, хвоя зеленая/светло-зеленая; отдельные ветви сухие;

V удовлетворительного жизненного состояния – крона таких деревьев ажурная, из-реженная, хвоя светло-зеленая, прирост слабый, имеются повреждения ствола;

V неудовлетворительного жизненного состояния – хвоя желтоватая, усыхание ветвей до 2/3 кроны; плодовые тела трутовых грибов, наличие дупел, погибшие особи.

Керны отбирали возрастным буравом Haglof-350 на высоте 0,3 м от корневой шейки дерева. Содержание танинов в образцах (процент абсолютно сухого состояния, % а.с.с.) определяли горячей отгонкой дистиллированной водой в аппарате Сокслета, а затем на спектрофотометре ПЭ-5400УФ [19].

Статистическую обработку данных проводили при помощи пакета статистических программ Statistica 5.5, для их интерпретации применяли кластерный анализ и многофакторный дисперсионный анализ (метод множественного сравнения LSD-test).

Результаты исследований

Анализ данных государственного лесного реестра показал, что площадь еловых насаждений в Удмуртии с 2009 по 2015 г. сократилась на 8%, или на 65,4 тыс. га.

В южно-таёжном районе сокращение еловых лесов в абсолютном выражении составило 35 959 га, тогда как в районе хвойно-широколиственных лесов – 29 728 га, или 15 и 6% соответственно.

На юге республики, в районе хвойно-широколиственных (смешанных) лесов, наиболее значительное сокращение еловых насаждений отмечено в лесничествах: Киясовском (48,1%), Можгинском (29,1%), Вавожском (16,0%), За-вьяловском (13,2%) и Алнашском (12,0%). На севере, в южно-таёжном лесном районе – в Яр-ском (22,6%), Сюмсинском (14,5%), Увинском (20,3%), Игринском (7,3%) и Якшур-Бодьинском (7,8%) (табл. 1).

Таблица 1. Изменение площади еловых насаждений по годам в Удмуртской Республике, % к площади 2009 г.

Лесничество	Год
	2010	2011	2012	2013	2014	2015
Район хвойно-широколиственных (смешанных) лесов
Алнашское	0,0	99,0	98,0	93,0	90,5	88,0
Вавожское	100,3	100,4	85,0	84,8	84,5	84,0
Граховское	101,1	85,6	109,8	109,5	109,4	109,7
Завьяловское	96,5	96,9	96,8	96,7	96,6	86,8
Камбарское	101,8	102,7	103,1	103,5	104,2	104,5
Каракулинское	124,4	124,2	123,8	122,8	94,2	94,0
Кизнерское	91,4	91,2	89,9	89,8	89,8	88,4
Киясовское	50,9	51,0	51,8	51,9	51,2	51,9
Можгинское	98,8	98,4	97,7	97,2	96,7	70,9
Сарапульское	102,1	103,1	102,3	102,8	103,6	87,7
Яганское	100,3	100,0	99,7	99,3	99,0	98,5
Южно-таёжный район
Балезинское	100,4	100,5	100,4	100,5	100,5	100,7
Воткинское	100,1	100,3	98,0	97,6	96,8	96,3
Глазовское	100,1	100,4	99,5	99,2	99,2	98,9
Дебёсское	100,6	100,6	100,4	100,3	98,4	98,6
Игринское	100,1	92,5	92,5	92,7	92,8	92,7
Кезское	100,4	100,7	100,7	100,5	100,3	100,1
Красногорское	100,2	100,5	100,6	100,7	100,8	97,3
Селтинское	100,2	100,4	100,5	100,4	96,5	92,1
Сюмсинское	100,7	98,8	87,9	86,6	87,5	85,5
Увинское	100,5	101,1	92,9	80,6	80,1	79,7
Шарканское	99,9	99,8	99,7	99,3	98,7	98,4
Юкаменское	100,2	100,3	100,5	100,8	100,9	100,9
Якшур-Бодьинское	100,5	101,1	101,2	101,4	95,8	92,2
Ярское	99,7	77,2	77,3	77,0	77,1	77,4
Итого по Удмуртской Республике	99,3	97,7	96,2	95,2	94,5	91,7

В лесничествах с наибольшим сокращением еловых насаждений проанализирована их возрастная структура. В районе хвойно-широколиственных лесов в Алнашском, Вавожском, Завьяловском, Киясовском и Можгинском лесничествах наблюдается сокращение площади насаждений всех групп возраста – от молодняков до спелых и перестойных. Наиболее существенные изменения площади еловых насаждений по всем группам возраста наблюдаются в Киясовском

(от -12,7% в приспевающих до -73,6% в спелых и перестойных) и Можгинском (от -11,6% в спелых и перестойных до -32,0% в приспевающих) лесничествах (табл. 2).

В южно-таежном районе наибольшее сокращение площади наблюдается в группе молодняков (11,26–29,0%), тогда как изменения площади средневозрастных, спелых и перестойных насаждений незначительны в большинстве лесничеств, кроме Увинского и Ярского.

Таблица 2. Изменение площади ельников разных групп возраста в лесничествах с наиболее значительным сокращением их площадей, % площади 2009 г.

Лесничество	Группа возраста
	молодняки	средневозрастные	приспевающие	спелые и перестойные

Район хвойно-широколиственных (смешанных) лесов

Алнашское	1,4	-15,0	-29,0	38,2
Вавожское	-19,1	-11,8	-17,2	-6,8
Завьяловское	-15,2	-3,7	-22,8	-22,9
Киясовское	-51,8	-25,2	-12,7	-73,6
Можгинское	-28,0	-31,2	-32,0	-11,6

Южно-таёжный район

Игринское	-14,6	11,6	-11,5	6,4
Сюмсинское	-22,6	12,9	-2,0	-17,3
Увинское	-27,9	-22,3	-3,2	-13,8
Ярское	-29,0	-17,7	-33,5	-13,8
Якшур-Бодьинское	-11,3	-2,1	-13,8	2,8

Изменение возрастной структуры еловых насаждений может быть связано как с хозяйственными мероприятиями (увеличение объема рубок), так и с актуализацией данных ГЛР (перевод из одной группы возраста в другую).

Согласно лесному плану республики заготовка древесины в целом составила 66% расчетной лесосеки, в том числе по ели около 46%, рубки ухода и санитарные рубки проведены соответственно на 98 и 99% расчетной лесосеки, а рубка спелых и перестойных лесных насаждений – на 54%.

Лесовосстановительные мероприятия на территории Удмуртии выполняются в полном объеме и в среднем составляют 102% планового задания. Таким образом, с высокой вероятностью можно утверждать, что сокращение площади еловых насаждений в меньшей степени связано с хозяйственной деятельностью человека, а объясняется главным образом ухудшением их санитарного состояния. Это подтверждается и специалистами Всероссийского научно-исследовательского института лесоводства и механизации лесного хозяйства, проводившими исследования лесов Удмуртии и отметившими факт смещения лесорастительных условий в результате изменения природно-климатических условий [15].

Неудовлетворительное состояние еловых насаждений обусловлено неблагополучным фи-топатогенным фоном, что, на наш взгляд, тоже связано с изменением природно-климатических условий. Так, согласно данным гидрометеорологических наблюдений с 2006 по 2015 г., количество атмосферных осадков за вегетационный период снизилось, при этом возросла температура воздуха (в среднем на 1,2 °С), что привело к смещению на север границы лесного района хвойно-широколиственных (смешанных) лесов [15]. Уменьшение количества осадков и увеличение температуры положительно влияет на развитие насаждений мягколиственных пород и отрицательно сказывается на хвойных породах, в частности ели.

Для определения состояния еловых насаждений нами были заложены ПП в лесничествах с высокой долей площади ельников. В районе хвойно-широколиственных (смешанных) лесов ПП были заложены в Завьяловском и Яганском лесничествах, в южно-таежном районе – в Як-шур-Бодьинском и Игринском лесничествах (табл. 3).

По продуктивности насаждения в Завья-ловском, Якшур-Бодьинском и Игринском лесничествах относятся к III классу (по Жилкину).

Таблица 3. Таксационные характеристики насаждений на пробных площадях (2019 г.)

Лесничество	№ ПП	Состав	Число деревьев		Средние			∑ G, м2/га		M, м	3/га
			шт. на ПП	доля усыхающих и погибших,%	А, лет	H, м	D1,3, см	s S s a	о о g	s S s a	к о н о

Район хвойно-широколиственных (смешанных) лесов

Завьяловское	1	9Е1П+Б	260	47,7	70±2,3	21±0,6	27,9±0,4	10,7	4,2	107	67
	2	9Е1П+Б	324	38,3	67±3,8	23±0,6	26,0±0,3	11,1	6,8	120	88
Яганское	1	10Е+П	252	50,8	60±1,3	18±0,5	25,9±0,8	6,0	10,6	53	94
	2	10Е	155	56,1	65±,1,6	22±0,3	21,4±0,4	2,9	3,0	31	29

Южно-таёжный лесной район

Яшкур-Бодьинское	1	7Е1П1Б1Ос	312	27,9	77±1,1	18±0,4	22,2±0,4	10,1	3,3	109	29,3
	2	9Е1Ос+П	441	42,6	74±1,6	23±0,4	26,8±0,1	17,7	8,3	191	89,9
Игринское	1	8Е2П	515	13,6	69±0,7	19±0,9	22,9±0,3	19,8	2,9	182	26,0
	2	9Е1П	581	12,6	70±0,7	19±0,9	23,9±0,2	26,0	1,7	28	15,73

Условные обозначения: A – возраст насаждения, лет; H – высота насаждения, м; D_1,3 – диаметр ствола на высоте 1,3 м от корневой шейки, см; ∑ G – сумма площадей сечения на пробной площади, м²/га; M – запас стволовой древесины, м³/га.

На данный класс приходится от 31 до 57% учтенных деревьев. На ПП, заложенных в Яганском лесничестве, насаждения относятся к низкопродуктивным (IV класс); на 1-й ПП к IV–V классам относятся 53% деревьев, на 2-й – 74%, при полном отсутствии деревьев I класса.

При сопоставлении диаметров стволов живых и погибших особей ели выявлено, что у большинства погибших деревьев диаметр выше среднего. Явление усыхания более крупных деревьев отмечено и другими исследователями [6].

Насаждения на ПП в районе хвойно-широколиственных лесов характеризуются низкой густотой деревьев первого яруса, абсолютная полнота варьирует от 2,95 до 11,1 м2/га с большим количеством сухостойных деревьев (абсолютная полнота с учетом сухостоя 5,9–17,9 м2/га).

На всех ПП отмечен большой запас сухостойной древесины – от 31 до 94 м3/га, что обусловливает риск возникновения и распространения лесных пожаров. На пробных площадях в Яган-ском лесничестве запас отмершей древесины превышает запас древесины растущих деревьев, а в Завьяловском лесничестве на сухостойную древесину приходится более 50% запаса древесины растущих деревьев.

Древостои на ПП, заложенных в южно-таёжном районе, тоже характеризуются низкой полнотой. Однако с продвижением на север полнота древостоев повышается. На этих пробных площадях зафиксировано меньше погибших деревьев и, соответственно, ниже запас сухостойной древесины.

Основной причиной ослабления и гибели ели на территории республики является изменение природно-климатических условий, способствующее распространению патогенных организмов, в том числе короеда-типографа ( Ips typographus ) [15]. Это подтверждается и нашими исследованиями. На погибших деревьях выявлены характерные маточные ходы ксилофага.

В районе хвойно-широколиственных лесов на ПП изреживание основного древесного полога, являющегося средообразующим фактором, привело к смене растительного сообщества. Исследуемые пробные площади потеряли основные признаки еловых лесных экосистем. В живом напочвенном покрове лесные неморальные травы (копытень европейский – Аsarum europaеum L., кислица обыкновенная – Оxalis acetosеlla L.) начинают вытесняться полевым разнотравьем (осот полевой – Sоnchus arvеnsis L., ежа сборная – Dаctylis glomerаta L., мятлик луговой – Poa pratеnsis L., клевер гибридный – Trifоlium hybridum L. и др.). Это, в свою очередь, формирует плотную дернину, что затрудняет возобновление ели. Подрост хвойных пород или отсутствует (на пробных площадях в Яганском лесничестве), или есть неблагонадежный подрост (пробные площади в Завьяловском лесничестве) в недостаточном количестве (менее 500 шт./га). Из подлесочных растений встречаются такие виды, как малина обыкновенная (Rubus idaeus L.), рябина обыкновенная (Sоrbus aucuparia L.), жимолость лесная (Lonicera xylosteum L.) и береза повислая (Betula pendula Roth.), последняя начинает формировать основной ярус.

В процессе исследования на ПП выявлены деревья ели, имеющие хорошее жизненное состояние. Лишь у некоторых растений на стволе есть вылетные отверстия насекомых, однако в целом состояние таких растений (по внешним морфологическим признакам) хорошее. В местах повреждения у таких деревьев отмечается обильное смолотечение. Возможно, что повреждаемость и гибель одних особей и хорошее состояние других связаны с их индивидуальными

Рис. 2. Результаты кластерного анализа содержания танинов в древесине ели сибирской Picea obovata Ledeb.

особенностями (физиологические и биохимические свойства древесины) [20].

Биохимические свойства деревьев ели различного жизненного состояния устанавливали по содержанию танинов в древесине. Для интерпретации полученных данных применяли кластерный анализ, который позволяет объединить изучаемые признаки в группы по сходным параметрам (рис. 2).

Анализ показал, что особи ели разного жизненного состояния по содержанию танинов разделились на два кластера. Первый кластер объединил особей, произрастающих в южно-таёжном районе, второй – в районе хвойно-широколиственных (смешанных) лесов.

Далее провели дисперсионный анализ с использованием метода множественного сравнения LSD-test. Результаты LSD-testа представлены в табл. 4.

В результате анализа выявлено, что у деревьев ели в районе хвойно-широколиственных лесов содержание танинов выше (от 3,47 до 6,43% а.с.с., в зависимости от состояния растения), чем у деревьев южно-таёжного района (от 1,2 до 1,89% а.с.с., в зависимости от состояния растения). Это отличие может быть связано с тем, что на ПП в южно-таёжном районе состояние еловых насаждений лучше (небольшое количество сухостойных деревьев) и не выявлено поражений короедом-типографом.

У деревьев различного жизненного состояния в северных районах республики не зафиксировано статистически достоверных различий по содержанию танинов (Р>0,05). В южных районах у деревьев неудовлетворительного состояния отмечено достоверно низкое содержание танинов в сравнении с деревьями хорошего и удовлетворительного состояния (Р<0,05) (см. табл. 4).

По нашему мнению, повышение содержания танинов в древесине является одним из признаков противодействия вредителям. Более высокая концентрация танинов у деревьев ели в южной части республики (место активного размножения короеда-типографа) помогает деревьям противостоять ксилофагам.

Таблица 4. Содержание танинов в древесине в зависимости от состояния деревьев (результаты LSD-теста)

Лесной район	Состояние деревьев	Лесной район
		хвойно-широколиственных лесов			южно-таежный
		Состояние деревьев
		хорошее	удовлетворительное	неудовлетворительное	хорошее	удовлетворительное	неудовлетворительное
Среднее содержание танинов, % а.с.с.		6,08	6,43	3,47	1,2	1,89	1,38

Уровень значимости (Р)

Хвойно широколиственных лесов	Хорошее	-	0,42	<0,05	<0,05	<0,05	<0,05
	Удовлетворительное	0,42	-	<0,05	<0,05	<0,05	<0,05
	Неудовлетворительное	<0,05	<0,05	-	<0,05	<0,05	<0,05
Южно-таёжный	Хорошее	<0,05	<0,05	<0,05	-	0,11	0,68
	Удовлетворительное	<0,05	<0,05	<0,05	0,11	-	0,24
	Неудовлетворительное	<0,05	<0,05	<0,05	0,68	0,24	-

Выводы

В среднем снижение площади еловых насаждений в Удмуртии с 2009 по 2015 г. составило 8% (65,4 тыс. га). Однако наибольшее сокращение произошло в районе хвойно-широколиственных лесов (15%), а в южно-таежном районе составило 6%.

Отсутствие современных натурных и дистанционных обследований насаждений Удмуртии не позволяет получать о них достоверную информацию.

По результатам таксационных описаний ПП еловые насаждения относятся к III и IV классам бонитета. Установлено, что большинство погибших деревьев относилось к высокопродуктивным (класс бонитета от I до III). Исследованные насаждения характеризуются низкой полнотой, значительным количеством сухостойных деревьев, запас древесины которых может достигать 94 м3/га.

Изреживание ельников приводит к смене растительного сообщества и интенсификации сукцессионных процессов.

Исследования на пробных площадях позволили выявить деревья ели, имеющие хорошее жизненное состояние, что свидетельствует об индивидуальных особенностях выживших растений. В зоне активного распространения ксилофагов у исследуемых растений отмечается повышение содержание танинов в древесине.

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ № 19-04-00353 А.