Студенту

И.Н. Павлов, Е.В. Петрова
Сибирский государственный технологический университет
Лесовозобновительные сукцессии на «шелкопрядниках» Западной Сибири

На темнохвойные леса приходится около 28 % запаса всех лесов России. Значительная часть приходится на Западную Сибирь. Ель сибирская и особенно пихта сибирская являются объектами интенсивной заготовки леса.
Рубки с применением агрегатной техники, а также биоэкологические свойства темнохвойных видов и их приуроченность к плодородным почвам (свежие и влажные сугрудки, груды), обильно зарастающие высокостебельной травянистой растительностью, обуславливают медленное восстановление нарушенных темнохвойных насаждений и формирование  луговых ценозов или низкополнотных березово-осиновых насаждений с редким подростом хвойных.
Другой фактор,  определяющий разрушение кедровых, пихтовых, еловых древостоев – воздействие массового размножения хвоегрызущих насекомых (в первую очередь - Dendrolimus superans sibiricus). Поврежденные насаждения теряют биологическую устойчивость и становятся ареной процессов, вызывающих смену растительных и животных сообществ, иногда вплоть до полного исчезновения лесов на обширных территориях. Значительную роль в этих процессах играют пожары различной интенсивности. Результат воздействия данных двух факторов – сотни тысяч гектар не покрытых лесной растительностью земель, что неизбежно сказывается на глобальном круговороте углерода и изменении климата.
По ориентировочным расчетам, в лесах Средней Сибири с 1878 по 1969г. площади «шелкопрядников» — насаждений, погиб­ших в результате периодических вспышек массового размножения сибирского шелкопряда и последующего развития в этих массивах хронических очагов усача и возникновения лесных пожаров, составляют не менее 8 млн. га (Кондаков, 1974).
Особая опасность вспышек массового размножения сибирского шелкопряда заключается в сочетании ряда факторов: полное уничтожение темнохвойного подроста, низкая регенерационная способность пихты, последующее заболачивание, интенсивные процессы задернения, периодическое прохождение пожаров, отсутствие почвенного запаса семян пихты (срок сохранности – не более 1 года). В связи с этим большинство исследователей отмечают затягивание возобновления на длительный период, что в ряде случаев приводит к формированию пустырей (Крылов и др. 1975; Куликов, 1971; Коломиец, 1962; Фалалеев, 1960; Фуряев, 1966; Савченко, 1970; Кузьмичев и др., 2001). Особое внимание возобновлению шелкопрядников следует уделить в связи  с изменением климата. Никто не оспаривает изменчивость климата во времени (наиболее значимое в отдельном регионе в высоких широтах). Активно обсуждается интенсивность и направление изменения. В большинстве существующих сценариев склоняются к тому, что на территории Сибири следует ожидать рост температуры, засушливости  и, как следствие, – увеличение количества вспышек вредителей и болезней, а также пожаров (Исаев и др., 2001; IPCC Third Assessment Report, 2001).
В 1952 –1957 гг. в Западной Сибири произошла вспышка нового размножения сибирского шелкопряда, в результате которой погибло свыше 4 млн. га темнохвойных, в основном пихтовых лесов (Огиевский, Медведева, 1979).
В 1954 г. очаги шелкопряда были обнаружены в Средне-Чулымском лесничестве Тегульдетского лесхоза. Площадь, заселенная вредителем, к  осени 1954 г. достигла 300 тыс. га, в том числе было объедено до степени усыхания около 90 тыс. га. (Дудин, 1958). В 1956 г. очаги распространились в большинстве районов Томской области и занимали  площадь около 2 млн. га. В 1956-1957 гг. очаг начал затухать в результате деятельности паразитов, в первую очередь теленомуса (Telenomus gracilis).
Самый первый известный очаг в Тегульдетском лесхозе отмечается в междуречье Чети и Долгауна в 1914 г. По материалам лесоустройства (1953-1954 гг.) из 57 тыс. га сохранилось 10,6 тыс. га (18 %) хвойных и 7,2 тыс. га (13 %) лиственных лесов (Дудин, 1958). Остальная часть лесной площади представлена: старыми гарями – 23,3 тыс. га (41 %) и молодняками лиственных пород – 15,9 тыс. га (28 %). Отмечается отсутствие возобновления на гарях, расположенных вблизи населенных пунктов. Это ни в коей мере не вступает в противоречие с точкой зрения лесоводов, рекомендующих огневое воздействие средней  и сильной интенсивности горения (Фуряев, 1966). Положительное однократное выжигание заключается в создании условий, благоприятных для возобновления. Многократное (за период 1914-1954 гг.)  выжигание на больших площадях (видимо, осуществляемое пасечниками) вело к уничтожению стимулируемого первым огневым воздействием возобновления.
Средне-Чулымское лесничество по лесорастительным условиям  аналогично Долгаунским лесам. Использование данных за вековой период позволит с высокой степенью достоверности моделировать процессы возобновления «шелкопрядников».
Чрезвычайно высокая мозаичность лесов в сочетании со стохастическим характером ряда процессов (пожары, вспышки вредителей и болезней, возобновление) определяет необходимость привлечения материалов, охватывающих достаточно большую площадь и временной период. С нашей точки зрения наиболее целесообразно использование материалов лесоустройства в сочетании с закладкой пробных площадей на ключевых участках, установленных после камеральной обработки.
Имеющиеся в наличии материалы лесоустройства за 1969, 1980, 1996 гг. на площадь 53987 га, позволили провести анализ факторов, определяющих лесовозобновительные процессы на шелкопрядниках.
В данной работе представлены результаты 1 этапа анализа лесоустроительных материалов. В основе – определение площади, на которой в возобновлении господствует тот или иной вид (площадь доминирования) или, другими словами, установление вида эдификатора. Структурное упрощение позволяет подойти к установлению закономерностей в возобновлении на шелкопрядниках.
Более половины всей изучаемой площади (28,3 тыс. га, 52 %) было пройдено лесными пожарами. Из них на 1 тыс. га (4  %) полностью отсутствует возобновление. В целом для всей изучаемой площади нет подроста на площади  1,4 тыс. га  (2 %).
В таблице 1 представлены данные о горимости шелкопрядников в различных условиях произрастания.

Таблица 1 – Распределение площади шелкопрядников по материалам лесоустройства 1969 г.

 
После многократных пожаров снижается вероятность возобновления шелкопрядников вообще и хвойными породами – в частности. Это связано с тем, что после пожара резко изменяется живой напочвенный покров: очень быстро гари зарастают лабазником, кипреем, осокой, малиной, вейником. При сильном задернении напочвенный покров составляет значительную конкуренцию самосеву древесных растений.
Лучшие условия для возобновления после пожара в свежих условиях произрастания (А2, В2, С2). В сырых и влажных условиях, быстро зарастающих высокорослыми травами, возобновление после пожара отсутствует.
Наибольшая площадь шелкопрядников, пройденных пожарами, возобновляется лиственными породами (береза – 94,6 %, осина – 5,2 % от общей площади горевших шелкопрядников). Лиственный подрост на месте гари формируется в свежих и сырых условиях произрастания на свежих суглинистых почвах, в местах, занятых до гари темнохвойными лесами          (средний состав 4П3К1Е2Б).
Подрост с различной примесью хвойных пород встречается в  наиболее плодородных условиях произрастания – В2, В3, В4, С2, на свежих суглинистых почвах и повышенных участках рельефа.
Наличие материнского полога способствует  возобновлению шелкопрядников. Если без материнского полога подрост формируется только в условиях В2, В3, В4, и С2, С3, то под защитой материнского полога подрост встречается также в таких условиях, как А2, А4, А5 и В1, В5.
При избыточном увлажнении (4, 5) на малоплодородных почвах (А) развивается только возобновление сосны обыкновенной (7 выделов общей площадью 577 га).
С повышением плодородия почвы (В5) под лиственным пологом (10Б) в возобновлении преобладает подрост сосны кедровой сибирской (4К3Е3Б, в возрасте от 1 до 10 лет, в количестве 2 тыс/га). Наличие хвойных обсеменителей в составе полога (7Б1Е1П1К+Ос) обеспечивает появление и развитие подроста пихты сибирской (4П3Е1К2Б, возрастом от 1 до 20 лет, количество подроста до 3 тыс./га) на площади 130 га (2 выдела). В дальнейшем в составе  насаждения снижается доля участия пихты сибирской – 3К3Е1П3Б (по данным лесоустройства 1980 года), при отсутствии подроста. По материалам лесоустройства 1996 года  под пологом 3К3Е1П3Б возникает благонадежный хвойный подрост – 4К4Е2П, в количестве 3 тыс. на 1 га.

Таблица 2 – Характеристика возобновления шелкопрядников при наличии материнского полога

Для мокрых условий местопроизрастания (классификация Алексеева-Погребняка), наряду с отсутствием пожаров, характерна и другая сопряженная закономерность – нет площадей с полным отсутствием возобновления. Можно выделить комплекс причин: отсутствие сухого горючего материала (упавшие стволы, ветви, трава благодаря избыточному увлажнению быстро насыщаются водой) предотвращает появление пожара и уничтожение всходов;  на микроповышениях (около пней) формируются оптимальные условия для прорастания (достаточная влажность, хорошая прогреваемость) и дальнейшего роста (трава не заглушает всходы и подрост).
В сырых суборях (В4) отмечается явное доминирование подроста кедра (59 % от общей площади) (рис.1). Даже под лиственным пологом, в котором доминирует береза,  подрост с преобладанием кедра установлен на площади 2560 га (61 % от данной категории). Доминирующий и чистый подрост березы обнаружен на площади 1620 га (39  %).

Под хвойно-лиственным пологом (кедр, ель, пихта и береза, в порядке уменьшения доли участия) при доминировании сосны кедровой сибирской в возобновлении (подрост с преобладанием сосны кедровой сибирской установлен на 72,9 % площади)  формация сосны обыкновенной отмечена на площади в 24,9 %, пихтовая – на   площади в 2,2 %. Береза в данной категории нигде не доминирует. Под лиственно-хвойным пологом по степени уменьшения занимаемой площади доминирования образуюется ряд: с преобладанием сосны кедровой сибирской – 73,7 %, березы повислой – 13,9 %, пихты сибирской  – 7,9 %, ели сибирской – 4,3 %, сосны обыкновенной – 0,2 %.
Прослеживается ряд закономерностей: для успешного возобновления ели и пихты обязательно наличие достаточного количества обсеменителей; преобладание подроста березы образуются только при ее доминировании в пологе; возобновление сосны кедровой сибирской во всех изученных категориях не зависит от его наличия в материнском пологе, что свидетельствует о синзоохорном варианте распространения семян.
В двух выделах, расположенных на кромке пожара, доминирует подрост кедра сибирского  и березы. Других вариантов нет.
С оптимизацией водного режима (переход В4 >В3) наилучшие условия формируются для березового подроста. Лишь только под лиственно-хвойным пологом преимущество по занимаемой площади переходит к  пихтовой формации (55,9 %). Далее, в ряду снижения занимаемой площади – сосна кедровая сибирская (30,3 %), береза повислая –(10,5 %), ель сибирская – (3,3 %). Несмотря на присутствие подроста осины во многих типах условий произрастания (ТУМ), ее преобладание достаточно ограниченно. В В3 осиновый подрост преобладает только под хвойно-лиственным пологом (на площади 6,6 %), располагаясь по занимаемой площади после березы (48,9 %), пихты (28 %) и ели (16,5 %).
Возобновление под лиственным пологом в В3 имеет ряд закономерных отличий от В4. Дополнительно в В3 проявляется доминирование пихты сибирской (2,2 % площади).  Подрост кедра (29,8 %) и березы (68 %)  по площади доминирования меняются местами.
Наиболее распространенный в изученном районе ТУМ В2  представляет широкий спектр вариантов возобновления. В возобновлении возрастает роль осины. Особенно значима ее роль на территории, пройденной пожаром (преобладает в возобновлении на площади 5,1 %) и на выделах без полога (14,2 %). Однако преобладание в составе подроста остается значительно ниже березы повислой (соответственно 94,7  и 73,8 % площади).
Территория без материнского полога – особая, достаточно интересная, категория. Она возникла предположительно путем уничтожения сибирским шелкопрядом чистых темнохвойных насаждений. В В2 в сравнении с аналогичными условиями послепожарного происхождения появляются выдела с доминированием хвойных (кедр  – 145 га; пихта   – 60 га). Также отсутствуют площади без подроста (для сравнения: после прохождения пожара - 682 га).
В2 представляет собой прекрасные условия для развития и дальнейшего распространения сибирского шелкопряда (Кондаков, 1974). Большинство выделов свежей субори с лиственным пологом, как и в случае отсутствия полога,  расположены в центральной части зоны поражения сибирским шелкопрядом. Возможно предположение, что ранее произраставшие древостои пихты сибирской были полностью уничтожены вредителем. В возобновлении доминирует береза (64,8 %), затем в ряду уменьшения занимаемой площади располагаются осина – 23,9 % , кедр – 8 %, пихта  – 3,3 %.
При предположительно меньшем повреждении лесов (наличие лиственно-хвойного полога) в возобновлении преобладает сосна кедровая сибирская (39 %), затем в ряду уменьшения занимаемой площади располагаются пихта сибирская – 33,2 %, береза повислая – 17,7 %, осина – 3,3 %, ель сибирская – 2,4 %,  (подрост отсутствует на площади 64 га – 4,4 %).
Дальнейший анализ подтверждает установленный тренд – увеличение доли хвойных в возобновлении с уменьшением степени поражения сибирским шелкопрядом. Под хвойно-лиственным пологом (еще меньшее повреждение леса) в возобновлении отсутствует преобладание березы, осины. Доминирует кедр (60,2 % площади), далее пихта (32,3 %). Доля ели крайне незначительна (7,5 %).  В нескольких выделах, расположенных на границе зоны поражения, при сохранившемся хвойном пологе (состав 4К4П2Е и 6П2Е2К) в подросте доминируют пихта сибирская (63 %) и кедр сибирский (37 %).
Увеличение плодородия почвы и следующее за этим интенсивное развитие напочвенного покрова существенно влияет на возобновление, особенно хвойных. В сравнении с предыдущей закономерностью в С2 хвойные начинают доминировать только под хвойно-лиственным пологом (кедр – 51,4 %; пихта  – 6 %; ель – 3,3 %; береза – 39,3 %). Под лиственно-хвойным пологом в возобновлении преобладает береза повислая (75,5 %), затем в ряду уменьшения занимаемой площади доминирования располагаются пихта сибирская – 20 %, осина – 3,3 %, сосна кедровая сибирская  – 1,2 %.
Интересный всплеск площади доминирования отмечается для подроста пихты сибирской под лиственным пологом в С2 (39,7 %). Возможно, это связано с формированием лесной обстановки (угнетение высокорослого живого напочвенного покрова, характерного для открытых мест; оптимальное для пихты сибирской освещение и влажность воздуха).  Доля березы повислой составляет 36,8 % и крайне незначительна доля сосны кедровой сибирской – 0,09 %. Возобновление отсутствует на площади 71 га (3,1  %).
Сформировавшийся под лиственным пологом подрост в В1 (5 га) с преобладанием сосны кедровой сибирского (состав 4К2Е4Б; возраст от 3 до 20 лет; количество 2 тыс.шт./га) видимо обречен на гибель. Условия, допустимые для его возобновления, мало пригодны для произрастания.
В целом проявляется четкая эдафическая обусловленность возобновления. В боровых условиях (А2, А4) доминирует подрост березы, при заболачивании (А5) – подрост сосны обыкновенной. Для суборей при наличии семенников хвойных в материнском пологе характерен сложный состав возобновления, формируются условия для возобновления хвойных. Их доля заметно возрастает с увеличением увлажнения (за исключением богатых сугрудков).
После прохождения пожара и уничтожения материнского полога (семенников) в возобновлении преобладает береза и осина, снижается доля хвойных (А2,В2,В3,С2). Исключение составляет возобновление сосны кедровой сибирской в сырых суборях (В4). Активное возобновление сосны кедровой сибирской, пихты сибирской, ели сибирской следует ожидать в дальнейшем после образования лиственного полога и следующего за этим удаления луговой растительности, а также оптимизации режима температуры, влажности и освещенности. 

Библиографический список

1. Дудин В.А. Проблема использования и восстановления шелкопрядников в Томской области //Труды по лесному хозяйству Сибири, вып. 4. – Новосибирск, 1958. - С. 262 - 268.
2. Исаев А.С., Хлебопрос Р.Г., Недорезов Л.В., Кондаков Ю.П., Кисилев В.В., Суховольский В.Г. Популяционная динамика лесных насекомых. –М.: Наука, 2001. – 374 с.
3. Коломиец Н.Г. Сибирский шелкопряд и его роль в хвойных лесах Западной Сибири //Труды по лесному хозяйству Сибири, вып. 7. – Новосибирск: Издательство СО АН СССР, 1962. - С. 137 - 161.
4. Кондаков Ю.П. Закономерности массовых размножений сибирского шелкопряда //Экология  популяций лесных животных Сибири. –Новосибирск: Наука, 1974. –С. 206-242.
5. Крылов Г.В., Таланцев Н.К., Куликов М.И., Демиденко В.П., Храмова Н.Ф. Лесовозобновительные процессы в лесах таежной зоны Западной Сибири //Возобновление леса. Научные труды ВАСХНИЛ. -М.: Колос, 1975. - С. 252 - 272.
6. Кузьмичев В.В., Черкашин В.П., Корец М.А., Михайлова И.А. Формирование лесов на шелкопрядниках и вырубках  в верховьях реки Большая Кеть //Лесоведение. -2001. -№4. -С. 8-14.
7. Куликов М.И. Типы шелкопрядников таежной зоны Западной Сибири и особенности их лесовозобновления //Продуктивность и возобновительная динамика лесов Западной Сибири. Труды по лесному хозяйству Западной Сибири. Вып. 9. – Новосибирск: Наука. -1971. - С. 159 - 178.
8. Огиевский В.В., Медведева А.А. Динамика отпада и рост культур хвойных пород на гарях и шелкопрядниках. //Лесная геоботаника и биология древесных растений. Вып. 5. -Тульский политехнический институт, 1979. –С. 78-81.
9. Савченко А.М. Возобновление пихтовых лесов. - М.. Лесная промышленность, 1970. - 97с.
10. Фалалеев Э.Н. Естественное возобновление пихтовых лесов, поврежденных сибирским шелкопрядом // Лесной журнал. -1960. -№ 2. -С. 35 - 37.
11. Фуряев В.В. Шелкопрядники тайги и их выжигание. -М.: Наука, 1966. - 92 с.
12. IPCC Third Assessment Report. Climate Change 2001. Cambridge University Press, 2001.