Изменение биоразнообразия и массы растений напочвенного покрова ельников средней тайги после сплошнолесосечной рубки
Автор: Лиханова Надежда Владимировна
Журнал: Известия Самарского научного центра Российской академии наук @izvestiya-ssc
Рубрика: Структура и динамика растительных сообществ
Статья в выпуске: 1-5 т.14, 2012 года.
Бесплатный доступ
В статье рассматриваются изменения общего проективного покрытия, биоразнообразия и продуктивности растений напочвенного покрова на вырубках после сплошнолесосечной рубки ельников
Север России, средняя тайга, ельник, биоразнообразие растений, фитомасса, сплошнолесосечные рубки
Короткий адрес: https://sciup.org/148200812
IDR: 148200812
Текст научной статьи Изменение биоразнообразия и массы растений напочвенного покрова ельников средней тайги после сплошнолесосечной рубки
В ходе сплошной рубки спелых и перестойных древостоев происходит разрушение структурных образований насаждений, нарушаются и частично уничтожаются нижние ярусы лесного фитоценоза и разрываются ценотические связи между сохранившимися компонентами экосистем [7]. На начальном этапе формирования вторичных фитоценозов после рубки особое внимание следует обращать на развитие нижнего яруса и создаваемый им «фито-генный» климат, который в значительной мере определяет процесс естественного возобновления и темпы сукцессий растительности на вырубке [6, 8]. Целью данной работы является оценка изменений видового состава и продуктивности растений напочвенного покрова в первые годы после сплошнолесосечных рубок ельников.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Исследования проводили в подзоне средней тайги Республики Коми. Экспериментальные работы выполнены на территории Чернамского лесного стационара Института биологии Коми научного центра УрО Р АН (62o01’ с.ш., 52о28’ в.д.). Были заложены постоянные пробные площади (ППП) в коренных ельниках черничном влажном и долго-мошно-сфагновом [1]. Перечет на ППП был проведен 2003 г. В ельнике черничном влажном древостой имеет состав 7Е2Б1С, разновозрастный (70210 лет), с запасом стволовой древесины 266 м3га-1. Общее проективное покрытие (ОПП) травянокустарничкового яруса составляет 40-50, а мохового – 90-95 %. Ельник долгомошно-сфагновый образует разновозрастный (70-200 лет) древостой с составом 6Е3Б1С и запасом древесины 222 м3 га-1. ОПП травяно-кустарничкового покрова 40 %, моховой покров почти сплошной. Рассматриваемые ельники развиваются на слабодренированных торфянисто-подзолисто глееватых супесчаных на суглинках почвах. В зимний период 2006 г. в них проведена сплошнолесосечная рубка с хлыстовой вывозкой древесины. Применен трехпасечный способ разработки лесосек с сохранением подроста. Трелевочные волока занимают около 10 % площади, что отвечает лесохозяйственным требованиям [9,
10]. В 2009 г. начаты исследования на вырубках ельников. Геоботаническое описание составлено по А.П. Шенникову [13], названия растений даны по С.К. Черепанову [11]. На основе полученных результатов рассчитан индекс видового биоразнообразия (индекс Шеннона), широко использующийся при описании сообществ растений, по формуле:

leg Pi,
где Pi - степень обилия, выраженная в доле единицы.
Для оценки флористического сходства растений напочвенного покрова в ельниках до и после рубки использовали коэффициент флористического сходства (индекс Жаккара) вычисляется по формуле:
100 с

где С – число видов, присутствующих на двух участках, А – число видов, найденных на первом участке, но не встречаемых на втором участке, В – число видов, растущих на втором участке, но отсутствующих на первом участке [5] . Надземную массу растений травяно-кустарничкового и моховолишайникового ярусов определяли методом укосов на площадках размером 0.20 х 0.20 м в 20-кратной повторности. Содержание углерода в растениях вычисляли на основании данных работы [2].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЯ
На вырубке ельника черничного влажного на волоке ОПП травяно-кустарничкового яруса составляет 50-60, а мохового – 20-30 %. На пасеке ОПП равно 60, а мохового – 80-90 %. На волоке вырубки ельника долгомошно-сфагнового ОПП травяно-кустарничкового яруса составляет 70, а мохового – 60 %. На пасеке данной вырубки ОПП травяно-кустарничкового покрова равно – 70, а мохового почти сплошное – 95-100 %. По сравнению с ельниками наблюдается снижение ОПП мохового и незначительное повышением ОПП травяно-кустарничкового ярусов растений напочвенного покрова на волоках. Эти изменения в меньшей степени выражены на пасечных участках вырубок исследуемых ельников.
Таблица 1 . Состав и структура растений напочвенного покрова в еловых фитоценозах и на вырубках
Жизненная форма, вид |
Черничный влажный |
Долгомошно-сфагновый |
||||||||||
до рубки *) |
4-х летняя вырубка |
до рубки *) |
4-х летняя вырубка |
|||||||||
волок |
пасека |
волок |
пасека |
|||||||||
обилие, % |
встречаемость, балл |
обилие, % |
встречаемость, балл |
обилие, % |
встречаемость, балл |
обилие, % |
встречаемость, балл |
обилие, % |
встречаемость, балл |
обилие, % |
встречаемость, балл |
|
Кустарнички: |
||||||||||||
Vaccinium myrtillus L. |
5 |
100 |
- |
- |
4 |
80 |
4 |
80 |
- |
- |
5 |
100 |
V. vitis-idaea L. |
2 |
45 |
3 |
75 |
4 |
80 |
2 |
40 |
3 |
75 |
3 |
75 |
Linnea borealis L. |
3 |
75 |
2 |
35 |
2 |
45 |
1 |
20 |
2 |
45 |
2 |
45 |
Травы: |
||||||||||||
Maianthemum bifolium (L.) |
4 |
80 |
3 |
75 |
2 |
45 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
Trientalis europaea L. |
2 |
40 |
- |
- |
- |
- |
2 |
40 |
- |
- |
- |
- |
Oxalis acetosella L. |
3 |
40 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
Gymnocarpium dryopteris (L.) |
3 |
70 |
- |
- |
- |
- |
1 |
20 |
- |
- |
- |
- |
Rubus saxalis L. |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
1 |
20 |
- |
- |
- |
- |
Geranium sylvaticum L. |
+ |
- |
- |
- |
- |
- |
+ |
- |
- |
- |
- |
- |
Luzula pilosa (L.) Willd. |
+ |
- |
3 |
75 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
Deschampsia flexuosa (L.) Trin. |
+ |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
Carex globularis L. |
1 |
18 |
- |
- |
2 |
40 |
1 |
30 |
- |
- |
3 |
75 |
Equisetum sylvaticum L. |
3 |
65 |
2 |
30 |
3 |
75 |
4 |
80 |
2 |
40 |
3 |
60 |
Galium boreale L. |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
+ |
- |
- |
- |
- |
- |
Rubus chamaemorus L. |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
+ |
10 |
- |
- |
- |
- |
Chamaenerion angusti-folium L. |
- |
- |
3 |
75 |
- |
- |
- |
- |
3 |
75 |
- |
- |
Lycopodium clavatum L. |
+ |
- |
- |
- |
- |
- |
+ |
- |
- |
- |
- |
- |
L. annotinum L. |
1 |
6 |
- |
- |
- |
- |
1 |
13 |
- |
- |
- |
- |
Avenella flexuosa (L.) Drei. |
+ |
- |
5 |
80 |
4 |
80 |
2 |
55 |
5 |
100 |
5 |
100 |
Мхи: |
||||||||||||
Polytrichum commune Hedw. |
2 |
40 |
3 |
75 |
3 |
75 |
5 |
100 |
4 |
80 |
4 |
80 |
Pleurozium schreberi (Brid.) |
3 |
75 |
2 |
40 |
5 |
100 |
2 |
30 |
3 |
75 |
3 |
75 |
Dicranum polysetum (Mich.) Sw. |
3 |
60 |
2 |
40 |
2 |
40 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
Hylocomium splendens (Hedw.) |
5 |
100 |
- |
- |
3 |
75 |
2 |
30 |
3 |
75 |
3 |
75 |
Sphagnum wulfianum Girg. |
1 |
8 |
4 |
80 |
4 |
80 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
S. girgensohnii Russ. |
+ |
- |
- |
- |
- |
- |
1 |
15 |
3 |
75 |
5 |
100 |
S. russowi Warnst. |
2 |
40 |
4 |
80 |
5 |
100 |
2 |
40 |
3 |
75 |
5 |
100 |
S. angustiflolium (Russ.) C. Jens. |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
2 |
40 |
3 |
75 |
5 |
100 |
Лишайники: |
||||||||||||
Cladina arbuscula (L.) Rabh. |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
+ |
- |
- |
- |
- |
- |
C. rangiferina (L.) Wed. |
+ |
- |
- |
- |
- |
- |
+ |
- |
- |
- |
- |
- |
Peltigera aphtosa (L.) Willd |
+ |
- |
- |
- |
- |
- |
+ |
- |
- |
- |
- |
- |
Примечание. *) По К.С. Бобковой [1]
После рубки увеличивается обилие мхов, в основном за счет Pleurozium schreberi, Polytrichum commune и Sphagnum wulfianum и Sph. girgensohnii, которые более устойчивы к техногенным воздействиям (табл. 1). Известно, что долгомошно-сфаг-новые ельники после рубки характеризуются заболачиванием [12]. Внешним выражением этого про- цесса является увеличение площади, занятой кукушкиным льном и сфагновыми мхами, что подтверждается и нашими исследованиями. Изучение изменений растительного покрова на вырубках с учетом степени техногенной нарушенности участков показывает, что на 70-75 % площади пасечных участков сохраняются типичные для еловых лесов структуры травяно-кустарничкого яруса. После рубки лесные виды (линнея северная, черника) почти не претерпевают заметного изменения в их обилии. На пространство вырубки вселяются опушечные (иван-чай узколистный), луговые (осока шаровидная, ожика волосистая) виды растений. В моховом покрове доминирующее положение сохраняют долгомошные структуры, сформированные представителями рода Polytrichum commune, которые, согласно [12], лучше переносят переход к интенсивной солнечной радиации и сохраняют свою жизнеспособность в изменившихся экологических условиях. Проективное покрытие зеленых мхов (Pleurozium schreberi, Hylocomium splendens) сокращается в 2 раза вследствие резкого повышения освещенности на разреженных пасечных участках. По [4], разрастание травянистых растений на вырубках происходит в связи создавшимися благоприятными для их развития экологическими условиями. Для исследованных сообществ выявле- но увеличение видового биоразнообразия напочвенного покрова после рубки ельника черничного влажного (индекс Шеннона на волоке равен 2.44, пасеке – 2.51) по сравнению ценоза до рубки (индекс 2.17). На вырубке ельника долгомошно-сфагнового индекс Шеннона равен на волоке 2.30, на пасеке – 2.41, а в фитоценозе ельника до рубки он составлял 2.16. Для ельника брусничнозеленомошного и ельника разнотравного Архангельской области (средняя тайга) на 4-5 летних вырубках индекс Шеннона равен 1.9-2.2, а в ненарушенных фитоценозах 2.7-4.0. Чем больше в составе сообщества видов с равным обилием, тем выше видовое разнообразие и устойчивее сообщество [3]. Следует отметить, что более существенные изменения видового состава отмечены на вырубке ельника долгомошно-сфагнового (индекс Жаккара – 71.4 %), несколько меньше – черничного влажного (индекс Жаккара – 91.6 %).
Таблица 2. Запасы органического вещества (в числителе) и углерода (в знаменателе) растений напочвенного покрова в ельниках и на вырубках, кг га-1 а.с.в.
Тип |
Черника |
Брусника |
Лишайники |
Полукустарнички |
Трава |
Мхи |
Надземная часть |
Корни |
Итого |
|||
зеленые |
политри-ховые |
сфагновые |
||||||||||
Черничный влажный *) |
291 143 |
162 87 |
12 5 |
- |
38 16 |
262 115 |
728 330 |
125 53 |
1618 749 |
1964 961 |
3582 1710 |
|
Та же вырубка |
волок |
98 48 |
53 28 |
- |
- |
16 7 |
55 25 |
5 2 |
281 119 |
508 229 |
668 327 |
1176 556 |
пасека |
423 208 |
228 122 |
- |
- |
377 158 |
1017 460 |
798 349 |
657 278 |
3500 1575 |
4112 2012 |
7612 3587 |
|
Всего |
521 256 |
281 150 |
- |
- |
393 165 |
1072 485 |
803 351 |
938 397 |
4008 1804 |
4780 2339 |
8788 4143 |
|
Долгомошно-сфагновый *) |
211 104 |
26 14 |
30 13 |
40 20 |
204 86 |
183 83 |
454 199 |
820 347 |
1968 866 |
2259 1105 |
4227 1971 |
|
Та же вырубка |
волок |
10 5 |
2 1 |
- |
- |
107 45 |
65 29 |
122 53 |
7 3 |
313 136 |
476 233 |
789 369 |
пасека |
653 320 |
164 88 |
- |
- |
294 123 |
370 168 |
538 235 |
1154 488 |
3173 1422 |
5688 2783 |
8861 4205 |
|
Всего |
663 325 |
166 89 |
- |
- |
401 168 |
435 197 |
660 288 |
1161 491 |
3486 1558 |
6164 3016 |
9650 4574 |
Таким образом, под действием сплошнолесосечной рубки происходит изменение биоразнообразия растений лесного фитоценоза. Это проявляется в динамике ОПП и, главным образом, увеличением видового разнообразия, изменением флористического состава травяно-кустарничкого и мохового ярусов растений. При проведении рубок создаются благоприятные условия для прорастания и развития светолюбивых лесных, опушечных и луговых видов.
В структуре биомассы живого напочвенного покрова приоритетную роль играют растения моховолишайникового яруса, которые по формированию резервуара органического вещества и углерода во многом превосходят растения травянокустарничкового покрова. Как видно из табл. 2, в ельнике черничном влажном до рубки фитомасса растений напочвенного покрова равна 3.58 т га -1 или 1.71 т С га -1. Соотношение массы растений напочвенного покрова, образующих углерод органического вещества, следующее: политриховые занимают 45, зеленые – 16, сфагновые – 8, черники – 18, брусники –10, травы – 2, лишайники – 1 % от общей массы растений напочвенного покрова. В насаждении долгомошно-сфагнового ельника фитомасса растений напочвенного покрова равна 4.23
т га -1 или 1.97 т С га -1. Распределение углерода фитомассы растений следующее: сфагновые – 42 %, политриховые – 23, черника – 11, травы – 10, зеленые мхи – 9, полукустарнички – 2, лишайники – 2, брусника – 1 % от общей массы растений напочвенного покрова.
На 4-х летней вырубке ельника черничного влажного фитомасса растений напочвенного покрова равна 8.79 т га-1 или 4.14 т С га-1, на вырубке ельника долгомошно-сфагнового – 9.65 и 4.57 соответственно, что примерно в два раза больше, чем в ельниках до рубки. В надземных органах растений концентрируется около 45 % органической массы в обеих типах вырубок. Довольно близкие данные по запасам биомассы растений напочвенного покрова на вырубке ельника черничного влажного Архангельской области приведены В.Г. Чертовским [14]. Следует отметить, что запасы органического вещества в растениях напочвенного покрова на вырубках за четыре года после рубки ельников увеличилась в два раза. Изменилась структура фитомассы. Так, в напочвенном покрове вырубки ельника черничного влажного фитомасса мхов составляет 65, а ельника долгомошно-сфагнового 60 % от общей массы растений напочвенного покрова. Запасы органической массы травянистых растений занимают соответственно 10 и 15 %, а кустарничков на вырубках обоих ельников – 25 % от общей массы растений напочвенного покрова.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В еловых сообществах средней тайги после сплошнолесосечных вырубок происходят существенные изменения видового состава и продуктивности растений напочвенного покрова. Изменения биоразнообразия растений более выражены на волоке, чем на пасечных участках. На вырубках наблюдается увеличение в общем проективном покрытии участия кустарничков и травянистых растений и снижение площади, занимаемое зелеными мхами и увеличение сфагновыми. Запасы органической массы и содержание углерода в растениях напочвенного покрова на вырубках почти в два раза больше, чем в старовозрастных ельниках. На 4-х летних вырубках фитомасса напочвенного покрова растений равна 9-10 т га-1, из них кустарники занимают 9, травы – 4 и мхи – 23-32 %.
Работа выполнена под руководством д.б.н., проф. К.С. Бобковой.
Список литературы Изменение биоразнообразия и массы растений напочвенного покрова ельников средней тайги после сплошнолесосечной рубки
- Бобкова К.С. Еловые леса средней подзоны тайги // Коренные еловые леса Севера: биоразнообразие, структура, функции // Санкт-Петербург: Наука, 2006. С. 99-158.
- Бобкова К.С., Тужилкина В.В. Содержание углерода и калорийность органического вещества в лесных экосистемах Севера//Экология. 2001. №1. С. 69-71
- Бурова Н.В., Юшманова М.П. Влияние сплошных рубок на состояние лесных фитоценозов//Экологические проблемы Севера: 80-летию каф. экологии и защиты леса АГТУ посвящается: межвуз.сб. науч. тр./Арханг. науч. центр УрО РАН. Архангельск: АГТУ, 2009. Вып.12. С. 71-74
- Дегтева С.В. К проблеме изучения биологического разнообразия вторичных мелколиственных лесов среднетаежной подзоны Республики Коми//Биологическое разнообразие антропогенной трансформированных ландшафтов европейского Северо-Востока России. Сыктывкар, 1996. С. 90-101. (Тр. Коми науч. Центра УрО Ран; № 149).
- Дедю И.И. Экологический энциклопедический словарь. Кишинев. 1989. 408 с.
- Ельшин С.В. Пространственная неоднородность экологических условий на вырубках ельников южной тайги//Экологические основы рационального использования и воспроизводства лесов Урала. Свердловск, 1986. С. 64-65.
- Колесников Б.Л. Генетический этап в лесной типологии и его задачи//Лесоведение, 1974. № 2. С. 3-20.
- Мелехов И.С. Концентрированные рубки в лесах Севера. М.: Издательство академии наук СССР, 1954. 248 с.
- Правила рубок главного пользования в равнинных лесах европейской части. Российской Федерации. М.: 1994. 32 с.
- Руководство по технологии и организации лесосечных работ при сплошных и не сплошных рубках. Сыктывкар, 2002. 48 с.
- Черепанов С.К. Сосудистые растения России и сопредельных государств. СПб., 1995. 990 с.
- Чертовской В.Г. Долгомошные вырубки, их образование и облесение. Москва, 1963. 134 с.
- Шенников А.П. Введение в геоботанику. Л., 1964. 447 с.