Состояние почвенно-растительного покрова после рубок ухода в сухих сосняках

При проведении лесозаготовительных и лесохозяйственных работ применяют тяжёлую технику массой от 5 до 40 т [1], которая оказывает негативное влияние на почву и растительный покров в местах технологических проездов: сдирание и перемешивание почвы, образование колеи или уплотнение почвы, – что ухудшает физические свойства, прежде всего, корнеобитаемого слоя почвы. Наибольшее уплотняющее воздействие отмечается в 20–30-сантиметровом слое [2, 3]. В то же время именно физические свойства лесных почв определяют их плодородие, а также появление и рост растительности при лесовозобновлении [4].

Безусловно, наибольшее влияние на почву оказывают современные тяжёлые лесозаготовительные комплексы [5]. Однако и при применении относительно лёгкой тракторной техники, например при рубках ухода, повреждение почвы может быть настолько сильным, что почвенный покров не восстанавливается даже за 50 лет [6].

Нарушение почвенного покрова происходит при использовании любой техники, но особенно значительное в случаях, когда масса техники превосходит несущую способность почвы [7], что обусловлено её типом и гранулометрическим составом. Одни почвы уплотняются слабо, другие – сильно, что связано с взаимным расположением частиц, структурностью, содержанием органических веществ и др.

Техника оказывает наибольшее воздействие на глинистые почвы, наименьшее – на песчаные и супесчаные [8, 9]. Так, считается, что на песчаных почвах можно применять любые современные технологии лесозаготовок [10]. При этом несущая способность почв в большой степени зависит от их влажности, связанной с сезоном проведения работ [11]. В период весенней и осенней распутицы несущая способность песчаных и супесчаных почв резко снижается.

Для усовершенствования лесозаготовительных и лесохозяйственных технологий важно иметь информацию по воздействию различной техники в разных почвенно-климатических условиях с учётом того, что почва является важнейшим компонентом лесных экосистем, обеспечивает продуктивность лесов и сохранение биоразнообразия, регулирует циклы воды и питательных веществ [12, 13]. К сожалению, исследований состояния и восстановления почв после рубок ухода значительно меньше, чем после сплошных рубок, которым уделяется повышенное внимание из-за использования тяжёлой техники. Поэтому цель нашего исследования – изучить остаточное влияние тракторной техники при проведении рубок прореживания в сосновых насаждениях на песчаных почвах в северотаёжных лесах.

Методы и объекты исследований

Исследования проводили в Исакогорском участковом лесничестве Архангельского лесничества на выделе площадью 10 га, где в 2006 г. проведены рубки ухода (прореживание) под руководством А.П. Фомина.

До рубки на выделе произрастало сосново-берёзовое насаждение (10С+Б) III класса бонитета с полнотой 0,9 и запасом 222 м3/га (табл. 1). Интенсивность рубки на волоках и пасеках составила 46% по числу деревьев, 33% по запасу. Выбирали в основном ослабленную сосну и берёзу с низкими диаметрами ствола, что привело к увеличению среднего диаметра по сосне с 13 до 16 см. Полнота древостоя после рубки составила 0,7. На выделе представлены два участка – с брусничным и лишайниковым типами леса.

Рубку проводили пасечным способом с шириной пасеки до 30 м, волока – 4–5 м. Использовали трелёвочный трактор ТДТ-55, валку деревьев осуществляли бензопилой. Часть деловой древесины вывозили, часть оставляли на волоках вместе с порубочными остатками. Согласно данным лесничества, объём отходов был достаточно большим – 17,3 пл. м3/га, в основном сосновой древесины.

Сосняк занимает песчаную гриву, узкую, вытянутую в сторону реки Чёрной и окружённую

Таблица 1. Характеристика древостоя на выделе

Состав Порода Высота, м Диаметр, см Класс бонитета Полнота Запас, м3/ га Количество деревьев, шт./га До рубки 10С+Б С 15 13 III 0,9 219 2 005 Б 12 15 3 44 ИТОГО 222 2 049 После рубки 10С+Б С 16 16 III 0,7 145 933 Б 16 16 3 17 ИТОГО 148 950 пониженными участками сосняков черничных свежих и влажных. Такие сосняки на песчаных почвах в подзоне северной тайги встречаются локально и представляют особый интерес. Почвы – мелкоподзолистые иллювиально-железистые песчаные.

Форма и расположение выдела относительно водной магистрали привели к изменениям в водно-воздушном режиме почв, что обусловило закономерную смену видового состава в живом напочвенном покрове. Около реки, где близко к поверхности залегает капиллярная кайма грунтовых вод, в нижних горизонтах почвы наблюдаются признаки застоя воды, а живой напочвенный покров характеризуется обильным распространением брусники как доминанты, определяющей тип леса. На удалённом от реки участке сухость почвы выше, что способствовало широкому распространению лишайников и позволило выделить лишайниковый (бруснично-лишайниковый) тип леса. Коэффициент Жаккара по живому напочвенному покрову для этих участков составил 50%.

В каждом типе леса (в лишайниковом – летом 2021 г., в брусничном – осенью 2022 г.) заложили по три пробные площади, охватывающие пасеку и волок, на которых проводили однотипные исследования по общепринятым лесоводственным и почвенным методикам [14]. Подрост учитывали на 5-ти площадках 2^5 м с разделением по категориям высоты и жизненного состояния. На этих же площадках осуществляли учёт подлеска.

Живой напочвенный покров изучали на 10-ти площадках по 1 м2 каждая с определением видового состава и проективного покрытия видов. Рассчитывали встречаемость (%) и коэффициент Жаккара для сравнения ценофлоры на волоках и пасеках [15]. Номенклатуру видов приводили по С.К. Черепанову [16].

Образцы почвы (по 10 шт. в пределах каждой пробной площади) отбирали в ненарушенном сложении с глубины 0–10 и 10–20 см на волоках (в колеях и межколейном пространстве) и в пасеках. Для отбора образцов лесной подстилки использовали шаблон деревянной рамки. В камеральных условиях определяли полевую влажность (%) и плотность сложения (г/см3) подстилки и почвы. Для образцов почвы устанавливали плотность твёрдой фазы и рассчитывали пористость общую и аэрации [17].

Для сравнения физических свойств почвы между вариантами применяли односторонний дисперсионный анализ Крускала–Уоллиса (ANOVA). После получения статистически значимого результата в ANOVA проведены множественные сравнения (post hoc анализ) средних рангов для всех пар групп, включённых в анализ. Уровни двусторонней значимости скорректированы с использованием поправки Бонферрони. Все сравнения сделаны в пределах одного и того же типа леса на 0,05-м уровне значимости. Данные анализировали с помощью программы Statistica версии 12.0 (StatSoft Inc., Tulsa, OK, USA).

Результаты и обсуждение

В брусничном типе леса живой напочвенный покров в основном представлен брусникой обыкновенной (проективное покрытие – 44%), равномерно распространённой по площади

(табл. 2). Полог брусники негустой из-за слабой ветвистости кустарничка. В состав ценофлоры входит также черника обыкновенная, однако она имеет синузиальное распространение со средним проективным покрытием 15%. Моховой покров сплошной, с преобладанием плеурозиума

Таблица 2. Встречаемость и проективное покрытие видов живого напочвенного покрова в пасеках и на волоках (среднее по трём пробным площадям)

Вид	Лишайниковый тип леса				Брусничный тип леса
	Пасека		Волок		Пасека		Волок
	В, %	ПП, %	В, %	ПП, %	В, %	ПП, %	В, %	ПП, %

Травы и кустарнички

Черника Vaccinium myrtillus L.	27	9,0	20	0,1	13	15,0	-	-
Брусника Vacc i nium v i tis-ida e a L.	100	12,9	100	6,0	100	43,5	100	11,3
Щучка извилистая Lerchenfeldia flexuosa L.	-	-	13	1,7	-	-	-	-
Щучка дернистая Deschampsia cespitosa L.	-	-	7	0,03	-	-	-	-
Иван-чай Chamerion angustifolium L.	13	0,1	7	0,03	-	-	-	-
Водяника чёрная (шикша) Empetrum nigrum L.	13	1,03	7	0,03	-	-	-	-
Ожика волосистая Luzula pilosa L.	7	0,03	-	-	-	-	-	-
Марьянник Melampyrum pratense L.	7	0,03	-	-	-	-	-	-
Хвощ луговой Equisetum pratense Ehrh.	7	0,3	-	-	7	0,3	-	-

Мхи и лишайники

Плеурозиум Шребера Pleurozium schreberi (Willd. ex Brid.) Mitt.	100	47,7	100	75,9	100	92,5	100	78,5
Кукушкин лён Polytrichum commune Hedw.	80	1,4	87	3,7	60	1,4	-	-
Дикранум метловидный Dicranum scoparium Hedw.	80	7,4	80	4,1	70	7,4	80	2,1
Кладония оленья Cladonia rangiferina L.	47	7,2	27	1,2	-	-	-	-
Кладония лесная Cladonia sylvatica L.	80	13,8	93	7,2	70	4,7	90	1,6
Кладония стройная Cladonia turbinate L.	7	0,03	67	0,9	-	-	-	-
Кладония изящная Cladonia gracilis (L.) Willd.	13	0,07	20	0,1	-	-	-	-

Примечание: В – встречаемость, %; ПП – среднее проективное покрытие вида, %.

Шребера. Лишайники представлены кладонией лесной фрагментарно с общим проективным покрытием в ярусе не более 5%. На освещённых волоках через 15 лет после рубок ухода видовое разнообразие ниже, чем в пасеках в этом типе леса (коэффициент Жаккара составляет 57,1%). Из-за подсушивания верхних горизонтов почвы из состава ценофлоры пропали черника и кукушкин лён. Живой напочвенный покров редкий и представлен брусникой (проективное покрытие – 11%). Оставленная неликвидная древесина в межколейном пространстве мешает её разрастанию, но не препятствует распространению зелёных мхов, в основном плеурозиума Шребера.

При снижении увлажнённости почвы по мере удаления от реки в живом напочвенном покрове соснового насаждения число видов увеличивается, хотя доминанты травяно-кустарничкового яруса остаются те же (брусника и черника), но с меньшей встречаемостью и проективным покрытием. Единично представлены лесные травы – иван-чай, ожика волосистая, марьянник и хвощ луговой. В моховом покрове, наряду с широким распространением плеурози-ума Шребера, много лишайников, общее проективное покрытие которых составляет более 21% при встречаемости отдельных видов от 7 до 80%. Увеличение числа видов здесь связано с разнообразием лишайников, расселением лесных трав (участок расположен близко к дорожно-тропи-ночной сети, что могло привести к заносу видов).

На волоках лишайникового типа леса цено-флора заметно отличается от растительности на волоках в брусничном типе леса, различия подтверждаются низким коэффициентом сходства Жаккара (31%). Ценофлора волока определяется видами, распространёнными в пасеках (коэффициент Жаккара 69%). При этом высокая освещённость на волоках и иссушение почвы приводят к увеличению встречаемости лишайников, имеющих мелкие талломы и пока не разросшихся по площади волока. Проективное покрытие плеурозиума Шребера повышается в 1,5 раза по сравнению с пасекой.

Разрастание живого напочвенного покрова и его видовой состав обеспечивают восстановление волоков после рубок ухода. Именно живой напочвенный покров играет ведущую роль в формировании лесной подстилки [18], представляющей собой буферный горизонт, который защищает почву и выполняет многообразные функции [19]. В нашем случае, через 15 лет после воздействия техники на почву и растительный покров, волоки почти полностью покрыты лесной подстилкой, включая и крупные остатки лесного детрита, на которых поселяются зелёные мхи.

Мощность лесной подстилки в лишайниковом типе леса ниже по сравнению с брусничным вследствие сухости почвы и большей инсоляции. Закономерно запасы лесной подстилки увеличиваются с нарастанием степени увлажнения [20]. В обоих типах леса полного восстановления толщи лесной подстилки не происходит (табл. 3). На антропогенно нарушенных участках в условиях прямого освещения и иссушения почвы, особенно в летние месяцы, опад быстро минерализуется [18, 21], что и ведёт к снижению мощности лесной подстилки и замедлению темпов её восстановления.

В лишайниковом типе леса мощность лесной подстилки в колее проезда техники по сравнению с пасекой достоверно меньше – на 31% (p = 0,040, табл. 4). Отсутствует достоверное различие

Таблица 3. Характеристики лесной подстилки после рубок прореживания

Место отбора образцов	Лишайниковый тип леса		Брусничный тип леса
	Мощность, см	Плотность сложения, г/см3	Мощность, см	Плотность сложения, г/см3
Пасека	2,75±0,549	0,10±0,011	3,22±0,229	0,09±0,009
Волок-колея	1,89±0,222	0,14±0,016	2,62±0,171	0,18±0,017
Волок-межколейное пространство	2,02±0,132	0,14±0,018	2,71±0,280	0,10±0,007

Таблица 4. Результаты дисперсионного анализа и апостериорных сравнений основных физических свойств лесной подстилки

Физические свойства				Парные (апостериорные) сравнения
	Место отбора образцов			Пасека vs Волок-колея		Пасека vs Волок- межколейное пространство		Волок-колея vs Волок- межколейное пространство
	H	d.f.	p	Z	p	Z	p	Z	p

Лишайниковый тип леса

Мощность, см	6,15	2	0,046	2,47	0,040	1,41	0,479	0,85	1
Плотность сложения, г/см3	2,00	2	0,365	-	-	-	-	-	-

Брусничный тип леса

Мощность, см	3,30	2	0,191	-	-	-	-	-	-
Плотность сложения, г/см3	18,73	2	0,001	3,68	0,001	0,24	1	3,40	0,002

Примечание: vs – сокр. от лат. versus – против; H – значение критерия Крускала–Уоллиса; d.f. – число степеней свободы; Z – значение критерия при парных сравнениях; p – уровень значимости.

между колеёй и межколейным пространством (p = 1), а также между пасекой и межколейным пространством (p = 0,479).

В брусничном типе леса мощность лесной подстилки в местах отбора образцов незначительно варьировала (p = 0,191). Так, в пасеках мощность подстилки колеблется от 1 до 4 см (коэффициент изменчивости 40%), что связано с пестротой живого напочвенного покрова. В условиях северной тайги парцеллярная структура живого напочвенного покрова влияет на свойства лесной подстилки [22].

В лишайниковом типе леса плотность сложения подстилки на волоках на 40% выше, чем в пасеке. Различия статистически не значимы (p = 0,365). В брусничном типе леса плотность сложения лесной подстилки в колеях на технологических волоках по сравнению с пасекой и межколейным пространством достоверно выше – на 100% (p = 0,001) и 80% (p = 0,002) соответственно. В межколейном пространстве волока подстилка в силу меньшей повреждённо-сти в процессе лесосечных работ соответствует по плотности сложения показателю в пасеке, по крайней мере в местах, не покрытых отходами неликвидной древесины, оставленной после рубки. Нужно отметить, что большее количество отходов было оставлено на волоках именно в брусничном типе леса. Крупный детрит (в данном случае лесосечные отходы), с одной стороны, создаёт пожароопасную обстановку в лесах, а с другой, играет ключевую роль в сохранении биоразнообразия и углеродного баланса [23].

Через 15 лет после прохождения техники на коротких волоках (не более 100 м длиной) и небольшом числе повторных проездов на песчаных почвах наблюдается частичное восстановление свойств почвенного покрова (табл. 5).

Различия между показателями в пасеке и на волоках (колея и межколейное пространство) в обоих типах леса в большинстве случаев несущественны на 95%-м уровне значимости (табл. 6). В то же время есть тенденция сохранения уплотнённости почвы в нижнем слое (10–20 см), где плотность сложения в колеях на 5–10% выше, чем в пасеках.

В брусничном типе леса, благодаря уплотнённости и лучшей оводнённости почв, влажность на глубине 10–20 см в колеях, по крайней мере на уровне статистической тенденции, на 2,2% выше, чем в пасеке (p = 0,057). Кроме того, в колеях общая пористость и пористость аэрации на 6,5–9,0% ниже, чем в пасеках (p = 0,002; p = 0,007) и межколейном пространстве (p = 0,008; p = 0,006).

Общая пористость снижается до значений ниже или на пределе оптимума (50–55%) для роста растений. Но в то же время песчаные почвы за

Таблица 5. Физические свойства почв после рубок прореживания

Показатель	Лишайниковый тип леса			Брусничный тип леса
	Пасека	Волок		Пасека	Волок
		Колея	Межколейное пространство		Колея	Межколейное пространство

Слой 0–10 см

Плотность сложения, г/см3	1,12±0,030	1,07±0,031	1,11±0,114	1,20±0,076	1,12±0,033	1,11±0,101
Влажность, %	6,75±0,760	8,35±0,953	7,08±1,111	5,09±0,410	7,31±0,614	6,77±1,080
Пористость, %	55,2±1,19	61,5±1,14	55,6±1,54	52,6±0,77	54,8±1,31	56,3±2,43
Пористость аэрации, %	47,6±1,31	52,7±1,28	47,7±1,92	46,5±1,09	46,6±1,39	48,8±2,36

Слой 10–20 см

Плотность сложения, г/см3	1,12±0,027	1,18±0,022	1,18±0,033	1,17±0,027	1,29±0,015	1,18±0,031
Влажность, %	6,54±0,595	6,37±0,335	6,55±0,258	7,36±1,419	6,76±0,434	6,63±0,671
Пористость, %	57,4±1,03	50,4±0,90	55,5±1,25	53,0±1,07	44,4±0,62	52,4±1,25
Пористость аэрации, %	50,1±0,84	42,9±1,09	47,8±1,68	42,2±0,88	35,7±0,79	44,6±1,36

Таблица 6. Результаты дисперсионного анализа и апостериорных сравнений основных физических свойств лесной подстилки

Физические свойства	Место отбора образцов			Парные (апостериорные) сравнения
				Пасека vs Волок-колея	Пасека vs Волок- межколейное пространство	Волок-колея vs Волок- межколейное пространство
	H	d.f.	p	Z p	Z P	Z p

Лишайниковый тип леса

Слой 0–10 см

Плотность сложения, г/см3	1,49	2	0,476	-	-	-	-	-	-
Влажность, %	3,66	2	0,160	-	-	-	-	-	-
Пористость, %	15,35	2	0,001	3,32	0,003	0,13	1	3,00	0,008
Пористость аэрации, %	6,96	2	0,031	2,49	0,038	0,70	1	1,60	0,326
Слой 10–20 см
Плотность сложения, г/см3	1,42	2	0,492	-	-	-	-	-	-
Влажность, %	0,03	2	0,998	-	-	-	-	-	-
Пористость, %	20,52	2	0,001	4,02	0,001	0,62	1	3,29	0,003
Пористость аэрации, %	19,51	2	0,001	4,13	0,001	1,31	0,773	2,82	0,014

Брусничный тип леса

Слой 0–10 см

Плотность сложения, г/см3	2,41	2	0,301	-	-	-	-	-	-
Влажность, %	5,73	2	0,057	2,39	0,050	1,26	0,621	0,82	1
Пористость, %	1,72	2	0,420	-	-	-	-	-	-
Пористость аэрации, %	0,69	2	0,708	-	-	-	-	-	-

Слой 10–20 см

Плотность сложения, г/см3	1,39	2	0,497	-	-	-	-	-	-
Влажность, %	0,12	2	0,941	-	-	-	-	-	-
Пористость, %	15,37	2	0,001	3,37	0,002	0,27	1	2,98	0,008
Пористость аэрации, %	14,15	2	0,001	3,03	0,007	0,11	1	3,09	0,006

Примечание: vs – сокр. от лат. versus – против; H – значение критерия Крускала–Уоллиса; d.f. – число степеней свободы; Z – значение критерия при парных сравнениях; p – уровень значимости.

счёт высокой фильтрации даже в осеннее время не могут обеспечить достаточное увлажнение растений, сохраняя влажность в корнеобитаемом слое 6–8% благодаря высокой некапиллярной пористости. Лесная подстилка малой толщины не удерживает влагу и не способна защитить от инсоляции на открытых волоках.

При разработке лесосек тракторами на небольшие различия (в пределах 10%) в плотности сложения песчаных почв, сохраняющиеся длительное время, указывалось ранее [10]. Исследования, проведённые в подзоне средней тайги [9] на аналогичных почвах, показали, что через 18 лет после рубки физические свойства почв на лесосеках восстанавливаются частично, происходит так называемое разуплотнение за счёт поселения растительности, особенно древесной. Корнеобитаемый слой (0–20 см) разрыхляется, но остаточные явления уплотнения могут наблюдаться в нижнем иллювиальном горизонте. Такие условия не могут обеспечить качественное и достаточное естественное возобновление на волоках. По материалам лесничества, до рубок ухода под пологом сосняка преобладал еловый подрост средней категории крупности, распространённый по площади выдела куртинами. Численность подроста составляла 199 шт./га.

После рубок ухода и разреживания древостоя общая численность подроста в обоих типах леса увеличилась до 2,5–3,2 тыс. шт./га (табл. 7). В лишайниковом типе леса под пологом древостоя появился мелкий подрост и самосев сосны, ели, берёзы. На волоках структура подроста такая же, как в пасеке, но с преобладанием самосева сосны (82%).

В брусничном типе леса в пасеках подрост сосны не отмечен, но увеличилась доля мелкого подроста и самосева ели, берёзы, появилась осина. Вероятно, этому способствовал налёт семян с окружающих сосняков смешанного состава, включающих эти виды. В то же время на волоках устойчиво преобладают всходы/самосев и мелкий подрост сосны, другие породы не отмечены. Подлесочные породы в структуре насаждения отсутствуют.

Таким образом, на волоках в обоих типах леса отмечается естественное возобновление сосны, появившееся после семенного года, что подтверждается почти одинаковым возрастом самосева. Подобный импульсный характер возобновления характерен для сосны [24].

Однако численность подроста (в пересчёте на крупный) не обеспечивает удовлетворительного возобновления. Это может быть связано с тем, что в северной тайге периодичность семе-ношения составляет 8–10 лет [25] и ко времени наступления семенного года минерализованная часть почвы на волоках оказалась покрыта мхами и лишайниками, вследствие чего семена сосны зависали и не смогли прорасти.

Учитывая недостаточность возобновительных процессов, появление в сосновом насаждении полосно-мозаичной [23] структуры биогеоценоза, а также сохраняющееся антропогенное воздействие на почву на трелёвочных волоках, следует прислушаться к мнению Н.М. Дебкова [24], который предлагает проводить в сухих сосняках 2 приёма некоммерческих рубок ухода в возрасте 6–7 и 10–11 лет. В этом случае не потребуется пасечная технология, нарушающая

Таблица 7. Характеристика жизнеспособного подроста в пасеках и на волоках

Место произрастания	Лишайниковый тип леса				Брусничный тип леса
	Сосна	Ель	Берёза	Итого	Сосна	Ель	Берёза	Осина	Итого
Пасека	910	560	980	2 450		1 206	1 675	335	3 216
	37	23	40	100		38	52	10	100
Волок	2 240	140	350	2 730	2 600				2 600
	82	5	13	100	100				100

Примечание: в числителе – шт./га, в знаменателе – %.

экологические условия на волоках и не всегда обеспечивающая достаточное количество естественного возобновления.

Заключение

Влияние тракторной техники на почвенный и растительный покров при проведении рубок ухода по пасечной технологии в сосняках лишайниковых и брусничных минимально. Однако через 15 лет после прохождения техники даже при небольшом числе повторных проездов наблюдается только частичное восстановление свойств почвенного покрова. Лесная подстилка формируется фрагментарно, имеет большую вариабельность по толщине и плотности сложения. Различия с пасекой наблюдаются в 10–20-сантиметровом слое почвы, где сохраняется уплотнение, повышена влажность и снижена пористость и пористость аэрации. Естественное возобновление сосной начинается после семенного года. Восстановление живого напочвенного покрова на повреждённых технологических волоках происходит мозаично с сохранением исходного типа леса.

Публикация подготовлена по результатам НИР, выполненных в рамках государственного задания ФБУ «СевНИИЛХ» на проведение прикладных научных исследований в сфере деятельности Федерального агентства лесного хозяйства.

Регистрационный номер темы: 125021202048-9.