Студенту

УДК 630.231                                                                                 
Динамика лесного фонда после вспышки массового размножения сибирского шелкопряда (Dendrolimus superans sibiricus Tschetv.)

Массовое размножение сибирского шелкопряда является фактором, во многом определяющим рост и распространение хвойных лесов Северной Азии. В подзоне южной тайги Западной Сибири (бассейны рек Чулыма, Кемчуга, Кети и Кеми) в результате вспышки массового размножения сибирского шелкопряда в 1952 - 1957 г.г. усохло около 1,5 млн. га темнохвойных лесов [9]. Его особая вредоносность заключается в полном уничтожении в очагах темнохвойного древостоя (или лиственницы), включая возобновление, а также следующих за этим пожаров [1, 2, 3, 4, 8]. Из-за этого в погибших древостоях в большинстве случаев отсутствует удовлетворительное возобновление не только хвойных, но и лиственных пород.

Программа изучения изменений в лесном фонде предусматривала три сопряженных исследования:

• Динамика лесного фонда в пределах лесхоза. Анализ проводился в границах Средне-Чулымского лесхоза (1953 г.), значительно пострадавшего от сибирского шелкопряда. Три леспромхоза в бывшем Средне-Чулымском лесхозе прекратили свое существование ввиду того, что их лесосырьевые базы практически утратили эксплуатационное значение.
• Динамика лесного фонда и естественного возобновления на сквозных выделах.   Основной проблемой при использовании материалов лесоустройства для изучения динамики изменения таксационных и лесоводственных показателей является изменение границ выделов, а иногда и квартальной сети при последующем лесоустройстве. Для устранения этой проблемы нами с использованием геоинформационных технологий (программа ESRI ArcGis)  предложено использование сквозных выделов. Сквозные выдела (новые замкнутые полигоны) образуются при наложении нескольких слоев выделов (лесоустройство 1953, 1968, 1980, 1996 гг.) (рис.  1). Им присваиваются номера в пределах изучаемого района (лесничества). В дальнейшем изучается динамика именно на  этих полигонах (сквозные выделы). ArcGis позволяет находить площади (для дальнейшего получения средневзвешенных значений). Для устранения существующего искажения более ранних планов лесонасаждений наложение проводится группами  по несколько кварталов. База данных формируется на основе таксационных описаний. Дополнительно в базу помещается информация о рельефе, почве.
• Закладка постоянных пробных площадей на ключевых участках, выбранных по результатам предыдущего анализа. На пробных площадях осуществлялись (2002 г.)  картирование, таксация, закладка почвенных разрезов, оценка возобновления, определение возраста пней, валежа и пр.

Рисунок 1- Фрагмент образования сквозных выделов путем наложения нескольких слоев выделов (лесоустройство 1953, 1968, 1980, 1996 гг.) в программе ArcMap

Для характеристики изменений в лесном фонде за период с 1953 г. по 1996 г. приводится сопоставление площадей основных лесообразующих пород по материалам  четырех последних лесоинвентаризаций. Приведенные данные отражают крайне тяжелые последствия для лесного фонда, оставленные вспышкой размножения сибирского шелкопряда и пришедших ему на смену вторичных вредителей (табл. 1).

Таблица 1- Распределение лесного фонда по категориям земель (по данным лесоинвентаризации [5, 6, 7])

Площадь гарей и погибших насаждений за период с 1953 по 1968 увеличилась в шестьдесят раз (131 тыс. га). Полное восстановление древесной растительности не наблюдается и через 28 лет после возникновения очага. Дальнейшее расширение территории гарей и погибших насаждений (до 152 тыс.га) объясняется пожарами (особенно 1977 г.), а также действием вторичных вредителей. Только к 1996 г. доля погибших древостоев в распределении лесного фонда вернулась на предшествующий уровень 1953 г. Причина мощных повторяющихся пожаров в значительном накоплении мертвой фитомасссы. Общий запас сухостоя и захламленности к лесоустройству 1980 г. составил  49 млн.м3. Наибольшие запасы сухостоя и валежа находились на гарях и «шелкопрядниках», где их суммарный средний запас на 1 га составляет соответственно 127 м3 и 175 м3. Сырорастущие насаждения захламлены повсеместно, как вследствие повреждения шелкопрядом, так и в результате естественного отпада перестойных деревьев. Даже в настоящее время, через 50 лет после вспышки массового размножения, на территории повсеместно встречается сухостой кедра.
Гибель древесной растительности сопровождается активным заболачиванием. Площадь болот увеличилась в три раза и не снижается вплоть до последнего лесоустройства. Появлению древесной растительности препятствует не только избыточное увлажнение, но и сильное задернение почвы злаковыми. Заболачивание, сопровождаемое снижением бонитета, устойчивости, видового состава, отмечается и на покрытых лесом площадях. Так, площадь насаждений ивы за период с 1980 г. по 1996 г. увеличилась в шесть раз (табл. 2).

Таблица 2- Динамика основных лесообразующих пород, тыс.га (по данным лесоинвентаризации [5, 6, 7])

Площади елово-пихтовых и кедровых насаждений после вспышки размножения сократились более чем в 3,5 раза. Обширные территории «шелкопрядников» возобновились березовыми и осиновыми молодняками, что повлекло за собой увеличение площадей лиственных насаждений (почти в три раза). Удельный вес молодняков березы увеличился в 20, осины – в 15 раз. Значительное увеличение спелых и перестойных низкополнотных лиственных насаждений  произошло в результате гибели кедра, ели и пихты в насаждениях с достаточным участием осины и березы. Уменьшение площади насаждений с преобладанием осины в 1,6 раза к инвентаризации 1980 г. объясняется тем, что первоначальное возобновление осиной «шелкопрядников», погибло в результате прошедших лесных пожаров (1977 г.), а новый цикл естественного возобновления осуществляется преимущественно березой. Скорость естественных лесовосстановительных процессов на «шелкопрядниках» и гарях, к моменту  лесоинвентаризации 1980 г., значительно снизилась. Об этом свидетельствует уменьшение более чем в 4,5 раза площади лиственных насаждений 1 класса возраста (43 тыс. га в 1980 г.) по сравнению с результатами прошлой лесоинвентаризации. При этом площадь не покрытых лесом земель остается достаточно высокой – 182 тыс.га.  Причина - значительное задернение площадей.
Наиболее значительные изменения произошли между первым (1953) и последующим лесоустройством (1968). Кедровые насаждения IV и V классов возраста сократились более чем в 8 раз (рис. 2).  Аналогичные изменения произошли в еловых и  пихтовых насаждениях.

Рисунок 2 - Изменение распределения площади древостоев кедра по классам возраста (по данным лесоинвентаризации [5, 6, 7])

Увеличение молодняков кедра (а также ели, пихты) в период с 1968 по 1996 гг. свидетельствует о благоприятной перспективе восстановления темнохвойной тайги. Также косвенной причиной увеличения насаждений с преобладанием кедра (не имеющей отношения к естественной динамике) явился измененный подход в таксации по установлению преобладания кедра в составе. Распределение сосняков по возрастным группам существенных изменений не претерпело и заключается в переходе насаждений из одной возрастной группы в другую.
Средний возраст у всех пород уменьшился в 2-3 раза. Исключение составляет сосна, где наблюдается его увеличение. Увеличение среднего возраста сосны является закономерным, т.к. ее насаждения не вырубались и не подвергались нападению лесных вредителей.  В кедровых и елово-пихтовых насаждениях это произошло за счет почти полного их уничтожения и частичного возобновления не покрытых лесом площадей молодняками.  В лиственных – за счет возобновившихся территорий «шелкопрядников» лиственными молодняками.
Некоторое снижение бонитета темнохвойных насаждений (7 %) вызвано тем, что высокопроизводительные насаждения кедра, пихты, ели были уничтожены сибирским шелкопрядом. Частично сохранившиеся низкобонитетные насаждения кедра повлияли на понижение среднего класса бонитета. Снижение средней полноты березовых и осиновых насаждений вызвано прежде всего уничтожением примеси хвойных пород сибирским шелкопрядом, а также влиянием  возникших на «шелкопрядниках» сравнительно низкополнотных молодняков.
Анализ состояния возобновления и прогноз динамики лесного фонда является важной задачей для организации хозяйственной деятельности. В целом на территории лесхоза наиболее успешно идет возобновление в рединах, представленных в основном, рединами-шелкопрядниками и, в очень незначительной степени, рединами-недорубами (рис. 3).

Рисунок 3 - Оценка возобновления на не покрытых лесом площадях через десять лет после затухания очага (по данным лесоинвентаризации [5, 6])

Редины-шелкопрядники являются сильно захламленными площадями, где хвойные насаждения совсем или в значительной степени уничтожены сибирским шелкопрядом. Лесная среда в них была сильно нарушена, почва задернела, в ряде случаев началось заболачивание. Возобновление в рединах-шелкопрядниках (в основном эта группа травяных типов В3,С2 и отчасти травяно-болотных – В4) идет лиственными породами. Редины-недорубы возобновляются лучше. Для них характерен более широкий диапазон типов леса: за счет сохранившегося при рубке подроста идет возобновление хвойными породами.  К 1980 году половина площадей гарей и шелкопрядников уже возобновилась. Но если в шелкопрядниках совершенно не возобновилось 8 % площади, то в гарях – 25 %. Не возобновившиеся площади преобладают в малиновом, вейниковом и кипрейном типах в суборях и сугрудках. В гарях возобновление идет исключительно лиственными породами. В шелкопрядниках наблюдается небольшой процент возобновления хвойными породами (3,4%), причем кедром возобновилось 1,6%  (в разнотравном, травяно-болотном и мшистом типах В2 - В4).
Для актуализации и верификации лесоустроительных материалов  на постоянных пробных площадях, заложенных на ключевых участках, проведен анализ естественного возобновления. На основании установленного существенного влияния гранулометрического состава почвы на возобновление (Р<0,01) нами проведен анализ по четырем разновидностям почв: песчаные, супесчаные, суглинистые, глинистые. Наименьшее количество подроста установлено на песчаных почвах (рис. 4). Причина – часто повторяющиеся пожары. К 1968 году возобновление темнохвойных пород появилось только под пологом березы. Незначительное количество подроста березы и осины (0,44 тыс. шт./га) объясняется его переводом к этому времени в категорию насаждений. В 1980 году подрост темнохвойных пород отсутствует по причине его уничтожения пожарами 1977 года или переводом в категорию насаждений. В этом же году на гарях появляется возобновление сосны.
При лесоустройстве 1996 года подрост на большинстве участков не зафиксирован, видимо из-за его незначительного количества. В 2002 году под пологом насаждений в среднем учтено: сосны – 0,44; кедра – 0,16; ели – 0,14; пихты – 0,4 и березы –0,37 тыс. шт./га. Представленные данные пересчитаны на крупный подрост. Следует отметить, что подрост темнохвойных пород появляется в основном под пологом высокополнотных насаждений мшистого типа леса. Из хвойных, как и среди всего возобновления,  закономерно доминирует сосна обыкновенная. Однако,  в целом количество темнохвойного подроста превышает сосновый на 60 %. Осина отсутствует полностью. Причиной, как отмечалось выше при анализе возобновления в целом по лесхозу,  являются пожары.

Рисунок 4- Динамика естественного возобновления  на песчаных почвах

По результатам обработки данных с постоянных пробных площадей на супесчаных почвах видно, что наибольшее количество самосева и подроста темнохвойных пород, а особенно пихты, появляется под пологом сформировавшихся средневозрастных древостоев пихты или же в непосредственной близости от них. В средне- и высокополнотных мягколиственных молодняках, где отсутствуют источники обсеменения, подрост темнохвойных встречается редко (не более 0,5 тыс. шт./га). Сумма подроста в пересчете на крупный в 2002 г. составляет 3,42 тыс. шт./га (рис. 5). Из хвойных доминирует пихта сибирская. Доля сосны с увеличением содержания физической глины снижается.

Рисунок 5- Динамика естественного возобновления  на супесчаных почвах

На суглинистых почвах подрост темнохвойных пород в 1968 году практически отсутствует (в среднем 0,08 тыс. шт./га). В подросте доминирует береза (рис. 6). Как и на предыдущих почвах, пожары 1977 года уменьшили среднее количество всего подроста в 1980 году до 0,8 тыс. шт./га.

Рисунок 6- Динамика естественного возобновления  на суглинистых почвах

К настоящему времени под пологом доминирует подрост пихты (1,36 тыс. шт./га). Общее количество подроста составляет в среднем 3,32 тыс. шт./га, в том числе: кедра – 0,05 тыс. шт./га, ели – 0,05 тыс. шт./га. Столь незначительное количество подроста ели вызвано малым числом семенных деревьев. Поскольку молодые деревья кедра еще не вступили в фазу плодоношения, то возобновление кедра на всех исследованных площадях не зависит от его наличия в верхнем пологе, что свидетельствует о синзоохорном варианте распространения семян.
Наиболее успешное возобновление темнохвойных (2,18  тыс. шт./га) отмечается на глинистых почвах (рис. 7). Причина заключается в сохранении семенных деревьев, отсутствии на большинстве пробных площадей пожаров, а также благоприятном режиме для появления самосева (отсутствие задернения почвы, оптимальная влажность для прорастания семян и сохранение всходов, наличие полуразложившихся пней и валежа). Среднее количество подроста с увеличением полноты древостоев также возрастает, преимущественно за счет темнохвойных пород, и особенно пихты.

Рисунок 7- Динамика естественного возобновления  на глинистых почвах

Анализ динамики лесного фонда и естественного возобновления позволяет сделать вывод о благоприятной для биоценоза сукцессии. Однако, значительное задернение почвы, отсутствие достаточного количества семенных деревьев на огромной площади существенно замедляют процесс восстановления сосново-темнохвойной тайги. Особую опасность по прежнему могут представлять пожары. Несмотря на то, что большая часть сухостоя либо сгорела, либо находится в стадии разложения, в низкополнотных древостоях, рединах, на прогалинах образуется чрезвычайно пожароопасный травостой высотой до полутора метров. В целом, даже при самых благоприятных условиях,  естественное восстановление кедровых насаждений на территории Тегульдетского лесхоза затянется еще более чем на сто лет.

Список литературы

• Дудин В.А. Проблема использования и восстановления шелкопрядников в Томской области //Труды по лесному хозяйству Сибири, вып. 4. – Новосибирск, 1958. - С. 262 - 268.
• 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.
• Коломиец Н.Г. Сибирский шелкопряд и его роль в хвойных лесах Западной Сибири // Труды по лесному хозяйству Сибири. вып. 7. - Издательство СО АН СССР, Новосибирск,  1962. - С. 137 – 161.
• 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.
• Организационно-хозяйственный план Средне-Чулымского лесхоза, Томской области Том 1. Объяснительная записка. Новосибирск: 2-ая Новосибирская лесоустроительная экспедиция, 1954. – 243 с.
• Проект организации и развития лесного хозяйства Тегульдетского лесхоза Томского управления лесного хозяйства. Том 1. Объяснительная записка. Томск: Томская аэрофотолесоустроительная экспедиция, 1969. – 581 с.
• Проект организации и развития лесного хозяйства Тегульдетского лесхоза Томского управления лесного хозяйства. Том 1. Объяснительная записка. Томск: Томская аэрофотолесоустроительная экспедиция, 1981. – 462 с.
• Фалалеев Э.Н. Естественное возобновление пихтовых лесов, поврежденных сибирским шелкопрядом. // Лесной журнал. - 1960. - № 2. -          С. 35 - 37.

• Фуряев В.В. Шелкопрядники тайги и их выжигание. -М.: Наука, 1966. - 92 с.

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования РФ, грант Т02-11.1-920