ПРИКЛАДНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
СТРУКТУРА И НОРМАТИВЫ ВЫДЕЛЕНИЯ ДЕВСТВЕННЫХ ЛЕСНЫХ МАССИВОВ
В ВЕРХНЕМ ТЕЧЕНИИ БАССЕЙНА р. ПЕЧОРА
В данной работе излагаются результаты исследований, выполненных в ненарушенных темнохвойных с кедром лесных массивах в Комсомольском лесхозе Республики Коми. Анализ определений "девственный лес", данных различными авторами, результаты собственных исследований позволяют считать, что в качестве общих положений, определяющих сущность этого понятия применительно к лесному массиву, могут быть приняты: исключение воздействия человека на все насаждения, слагающие лесной массив; допустимость воздействия на отдельные насаждения или фрагменты лесного массива катастрофических природных явлений (пожары, ветровалы, буреломы и т.д.); наличие в структуре лесного массива насаждений, которые могут быть отнесены к девственным. В свою очередь, девственные насаждения — это насаждения, развивавшиеся без влияния человека и включающие в структуре древостоя не менее одного поколения породы-эдификатора, формировавшегося без воздействия катастрофических природных явлений в течение периода, близкого к возрасту естественной спелости данной породы в конкретных поч-венных и климатических условиях [2]. Для междуречья рек Унья и Мисюряй нами были описаны стадии возрастного развития и разработана модель вероятных смен доминантов в ненарушенных темнохвойных насаждениях. При этом был использован подход [1], усовершенствованный нами при оценке устойчивости фитоценозов при антропогенных сукцессиях и моделировании динамических процессов в девственных насаждениях. На основе сочетания факторного и регрессионного анализа для района исследования было выделено четыре стадии развития девственного леса применительно к черничному влажному типу леса. В качестве первой может быть принята стадия распада насаждения. При этом здесь и далее под распадом подразумевается смена одной породы на другую и чередование поколений одной породы. Совместное участие ели и пихты в общем запасе насаждения на первой стадии составляет 77 %, а 23 % приходится на березу, в общем запасе насаждения преобладает ель. Вторая стадия характеризуется интенсивными восстановительными процессами, увеличением участия кедра, уменьшением доли ели и достижением на какое-то время равновесия между участием в общем запасе насаждения этих пород. Суммарный запас ели и кедра составляет в среднем 64 % общего запаса насаждения, пихты и березы — по 18 %. Третья стадия отличается от других стадий наступлением кульминации общего запаса насаждения и большим по сравнению с елью участием в общем запасе кедра. На третьей стадии участие ели, пихты, кедра и березы в запасе насаждения составляет в среднем соответственно 23, 18, 45 и 14 %. Четвертая стадия характеризуется нарастанием деструктивных процессов. Так же как и для второй стадии на данном этапе достигается равновесие между долей кедра и ели в общем запасе насаждения. Ввиду того, что для четвертой стадии характерно преобладание процессов распада над процессами восстановления леса и накопления древесины, близкое к равновесному состояние между запасом ели и кедра здесь, видимо, может быть менее продолжительным, чем на второй стадии. Участие пихты на всех стадиях развития изменяется в узких пределах — 18-20 %. Доля березы в общем запасе насаждения максимальна на первой стадии развития (23 %), а для второй-четвертой стадий развития данный показатель соответствует 18, 14 и 13 %, т.е. для светолюбивой березы наиболее благоприятной для развития является стадия разрушения насаждения. Таким образом, береза может сохранять участие в запасе темнохвойных насаждений без антропогенных воздействий и катастрофических стихийных явлений (пожаров, буреломов и т.д.) на всех стадиях развития насаждений в пределах 10-23 %. Несомненно, это может иметь определенное значение для формирования менее грубой подстилки и поддержания плодородия почв в данных условиях. Кроме количественных оценок запаса наличного древостоя были получены данные о запасе мертвой древесины (сухостоя, валежника), а также характеристики естественного возобновления на различных стадиях развития девственных насаждений. Полученные количественные оценки и аналитические зависимости базируются на подборе одновременно существующих в пространстве древостоев, различающихся по возрасту. Использование такого подхода является неизбежным следствием необходимости искусственно преодолевать фактор времени. На основе количественных характеристик структуры и строения древостоев насаждения черничного влажного типа леса на опытных участках были отнесены к I-IV возрастным стадиям. При выделении возрастных стадий насаждений в полевых условиях в районе проведения исследований могут быть использованы аналогичные подходы. Возможность такого выделения связана с тем, что в процессе перехода доминирования от одной породы к другой, смены поколений основных лесообразующих пород изменяется внешний облик насаждений, их форма (вертикальная структура). На I стадии возрастного развития темнохвойных насаждений черничного влажного типа леса (стадия распада верхних ярусов насаждения и преобладания в общем запасе насаждения ели) формируются одно- и двуярусные насаждения. Первый ярус слагают береза и ель, второй (при его наличии) — пихта. Высота первого яруса 11-12 м. Для данной стадии характерны наибольшие запасы мертвой древесины и наименьшие — наличного древостоя. На II стадии возрастного развития темнохвойного леса (стадия восстановления) формируются, как правило, двуярусные насаждения. Высота первого яруса составляет 16-17 м, второго — около половины высоты первого яруса. Первый ярус слагают ель и береза, второй — пихта и кедр. Общий запас насаждения увеличивается приблизительно на 20 % по сравнению с запасом насаждения на I стадии. В то же время запас мертвой древесины уменьшается до величины, близкой к среднему значению данного показателя (46 куб. м/га) для I-IV стадий развития. Усложнение формы насаждений, проявляющееся в формировании двух- и трехярусных насаждений, характеризует III стадию развития (стадия кульминации общего запаса насаждения и преобладания в запасе насаждения кедра). Высота первого яруса превышает 20 м. Первый ярус, как правило, слагает кедр, второй — ель или пихта, ель с пихтой или березой, третий — пихта, ель. Общий запас насаждения достигает 200 куб. м/га или превышает эту величину. В то же время запас мертвой древесины уменьшается до 20-21 куб.м/га. На IV стадии развития (стадия перестойности и начала распада верхних ярусов насаждения) сохраняется двух- и трехярусная вертикальная структура насаждений. Состав, высота ярусов насаждений, наличный запас древостоев и запас мертвой древесины близки к таковым для насаждений, находящихся на II стадии развития. Необходимо отметить, что процедура оценки и отнесения насаждений конкретного типа леса к возрастным стадиям довольно трудоемка. Поэтому на данном этапе проведения исследований допускали возможность распространить выводы, полученные для насаждений черничного влажного типа леса, на насаждения крупнопапоротникового типа леса. Наряду с разработкой схемы возрастного развития на тех же опытных участках на основе простых однородных регулярных цепей Маркова были рассчитаны вероятности перехода по принятым градациям запаса и абсолютной полноты древостоев ели, пихты, кедра и березы в девственных темнохвойных насаждениях. Показано, что в ненарушенных лесных массивах переходные вероятности стремятся к некоторым предельным (финальным) значениям, не зависящим от начальных состояний и последующих шагов. Разработана обобщающая матричная модель пространственной структуры ненарушенного лесного массива, описывающая вероятности перехода преобладания по запасу от одной породы к другой дифференцированно по типам леса. Наличие количественных оценок и аналитических зависимостей, позволяющих выделять возрастные стадии развития темнохвойных ненарушенных насаждений, а также возможность представления пространственной структуры таких насаждений в виде матриц, описывающих вероятности перехода между участками с насаждениями с определенными таксационными показателями, позволяет объединить эти методические подходы, т.е. может быть построена матрица вероятностей перехода между насаждениями, находящимися на различных возрастных стадиях развития. В рассматриваемом случае в качестве градаций возрастных состояний использовали I, III возрастные стадии и объединение II и IV возрастных стадий для насаждений черничного влажного и крупнопапоротникового типа леса. Предварительно состояние встречающегося на трансекте ельника хвощево-сфагнового принято соответствующим I стадии возрастного развития, но в матрицах приводится указание только на тип леса ввиду единичного случая учета данного типа леса. Целесообразность объединения II и IV стадий возрастного развития объясняется определенной близостью их таксационных характеристик. Таким образом, матрица вероятностей перехода между насаждениями рассматриваемых типов леса, находящихся на I, III, II-IV возрастных стадиях развития, имеет вид: Примечание. Здесь и далее: I, II-IV, III — номер возрастной стадии; ч. вл. — черничник влажный; к.-п. — крупнопапорот-никовый; хв.-сф. — хвощево-сфагновый. Анализ матриц, характеризующих состояние системы после второго, третьего и последующих шагов, свидетельствует о том, что после третьего шага нули в матрицах отсутствуют, т.е. начиная с четвертого шага возможны любые варианты перехода между принятыми градациями возрастных стадий развития. Стабилизированное состояние системы отражает матрица 10-го порядка: Полученные данные свидетельствуют о том, что, начиная с 10-го шага (порядка) вероятность пространственных переходов из одной возрастной стадии в другую практически не зависит от порядка и начального состояния. В матрице это отражается в совпадении значений строк, не зависящих от их номеров. Таким образом вероятность того, что из текущего состояния будет осуществлен переход в насаждение крупнопапоротникового типа леса, находящегося на I стадии возрастного развития, соответствует 0.45; в насаждение черничного влажного типа леса на I стадии или крупнопапоротникового на III стадии возрастного развития — 0.16; вероятность перехода в II-IV стадии развития значительно ниже — 0.02-0.07; вероятность перехода в насаждение хвощево-сфагнового типа леса — 0.03. Полученная финальная матрица вероятностей перехода может рассматриваться как обобщающая модель возрастного развития темнохвойного леса, позволяющая, наряду с лесоводственно-таксационной характеристикой возрастных стадий давать вероятностную оценку распределения насаждений, находящихся на различных стадиях возрастного развития, в пространстве (лесном массиве или его фрагменте). Практическое значение данного подхода заключается в возможности количественного обоснования площади лесного массива, достаточной для сохранения естественных процессов возобновления и формирования насаждений девственного леса. В данной работе принято равномерное размещение на трансекте точек опробования — опытных участков (величина шага с учетом рельефа местности составляет 83.0 м, площадь элементарного участка около 2.2 га). Расстояние, соответствующее 10 шагам (0.83 км), можно условно рассматривать как предел, за которым вероятности перехода практически не зависят от числа шагов и начального состояния, кроме этого могут быть реализованы все варианты перехода между возрастными стадиями. Принимая данное расстояние в качестве радиуса, получаем минимальную площадь лесного массива, соответствующую 216 га, т.е. при площади близкой указанной или большей, чем эта величина, в ее границах возможна полная реализация всех вариантов перехода между возрастными стадиями развития девственного темнохвойного с кедром леса. Естественно предположить, что при отсутствии антропогенного воздействия и сохранении существующих климатических условий изменение структуры аналогичного лесного массива может происходить различными путями. Крайними вариантами, видимо, могут быть случаи, когда динамические процессы развиваются при полном исключении катастрофических природных явлений (пожар, бурелом, ветровал и т.д.) или с проявлением таковых с интенсивностью, близкой к полному разрушению насаждений на рассматриваемой территории. Таким образом, на основе последовательного использования факторного, регрессионного анализа и математического аппарата, именуемого «марковскими цепями», может быть построена вероятностная модель пространственной структуры ненарушенного таежного массива. Модель представлена матрицей переходов из одной возрастной стадии развития насаждения в другую. В свою очередь, каждое состояние (возрастная стадия) насаждения имеет количественные лесоводственно-таксационные характеристики и показатели, описывающие строение древостоев, процессы естественного возобновления и накопления мертвой древесины. В отличие от традиционного представления ряда возрастного развития как искусственного объединения одновременно существующих в пространстве древостоев разного возраста предложенная модель является отражением структуры ненарушенного таежного массива, сложенного насаждениями, находящимися на различных стадиях возрастного развития. Модель позволяет выполнить количественную оценку минимальной площади лесного массива, достаточной для полной реализации пространственных переходов между участками с насаждениями, находящимися на различных стадиях возрастного развития. Полученные количественные характеристики отвечают принятой дробности выделения насаждений и могут быть рекомендованы для территории бассейна верхнего течения р. Печора. ЛИТЕРАТУРА 1. Буш К.К. Отражение динамики осушенных лесов в типологии // Динамическая типология лесов. М., 1989. С. 168-177. 2. Пахучий В.В. Девственные леса Северного Приуралья. СПб.: Наука, 1999. 137 с.
Логотип -
Начало -
Общие
сведения -
Структура -
Научная деятельность 2859 посещений с 01.03.2002 |