Оценка экологического состояния липняков в горной шории
На правах рукописи
ЕГОРОВ Владимир Николаевич ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЛИПНЯКОВ В ГОРНОЙ ШОРИИ 03.00.16 – Экология
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук
Кемерово – 2009
Работа выполнена в Институте экологии человека СО РАН
Научный консультант:
доктор биологических наук Баранник Леонид Прокофьевич
Официальные оппоненты:
доктор биологических наук, профессор Ревякина Надежда Васильевна кандидат биологических наук Малиновских Алексей Анатольевич
Ведущая организация: ГОУ ВПО «Томский государственный университет»
Защита диссертации состоится « 27 » февраля 2009 года в 12.00 часов на заседании объединенного диссертационного Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д М 212.005.10 при Алтайском государственном университете по адресу: 656049, г. Барнаул, пр. Ленина, 61, ауд. 416 Л.
Факс: (3852)–36–30–77.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Алтайский государственный университет» Автореферат разослан « » января 2009 года
Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат биологических наук, доцент Н.В. Елесова
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Липа сибирская относится к третичным реликтам.
Наиболее древние находки липы сибирской в Западной Сибири в виде пыльце вых зерен относятся к позднему мелу. В позднемеловой флоре липа отмечается не только в Западной Сибири, но и в Северном Казахстане, на Дальнем Восто ке, в Северной Америке (Баранов, 1959). В этот период времени липа была рас пространена довольно широко. В голоцене наступает резкое похолодание и, как следствие этого, широколиственные третичные леса заменяются хвойными и мелколистными. На юге остаются только небольшие участки липы (Хлонов, 1965). Длительная изоляция липы в Западной Сибири привела к существенным морфологическим изменениям, что позволило Баеру (австрийскому ученому) описать эндемичный для Сибири вид Tilia sibirica Bayer (Хлонов, 1965).
Уникальный, единственный в Сибири крупный массив липы сибирской площадью около 5 тыс. га (так называемый Кузедеевский «Липовый остров» в Горной Шории), являющийся ценнейшим памятником природы государствен ного значения, источником биологического разнообразия, находится в настоя щее время в кризисном состоянии. В конце 80-х–начале 90-х гг. лесонасажде ния липы сибирской были сильно поражены патогенными грибами. Погибло около 15 % деревьев липы, а еще столько же потеряло значительную часть жи вой кроны. Сейчас происходит процесс естественного затухания очага болезни, но существует острая необходимость в восстановлении деградированных участков и помощи естественному возобновления липы сибирской. Без этого угроза деградации липняков сохраняется, так как лесонасаждения уже не пред ставляют собой целостного фитоценоза, живой древостой чередуется с участка ми сухостоя, зарастающим осиной, кустарниками и высокотравьем, что, в свою очередь, препятствует возобновления липы.
Поэтому исследования, проведенные автором, имеют несомненную акту альность, большое теоретическое и практическое значение. Материалы, полу ченные в ходе оценки процессов естественного возобновления липы сибирской в деградированных лесонасаждениях, позволяют разработать конкретные меры по сохранению памятника природы «Липовый остров».
Целью работы является оценка экологического состояния липняков в Гор ной Шории и возможностей естественного возобновления липы сибирской по сле грибной инвазии.
Для достижения цели были поставлены задачи:
1. Определить биологические и экологические особенности липы сибир ской и выявить природные условия ее произрастания и распространения.
2. Охарактеризовать структуру и санитарно-экологическое состояние лип няков на территории Горной Шории.
3. Изучить процессы семенного и вегетативного возобновления липы си бирской.
4. Оценить влияние высокотравья на процессы возобновления липы сибир ской в условиях Горной Шории.
5. Выявить интенсивность процессов порослевого возобновления в наса ждениях различного санитарного состояния.
6. Дать практические рекомендации по восстановлению липняков в усло виях Горной Шории.
Научная новизна. Впервые дана оценка современного экологического со стояния липняков Горной Шории. Выявлены факторы, влияющие на процессы естественного возобновления липы сибирской, проведена оценка интенсивно сти порослевого возобновления. Охарактеризовано влияние высокотравья на естественное возобновление липы. Изучены процессы деградации липняков вследствие возникшей эпитофитотии патогенных грибов. Установлена необхо димость изменить заповедный характер ведения лесного хозяйства в пользу со здания оптимальной возрастной структуры, способной к самовосстановлению, путем рубок омоложения древостоев.
Практическая значимость. Полученные результаты и материалы дают возможность разработать систему мероприятий по восстановлению деградиро ванных насаждений липы сибирской, могут быть использованы в учебном про цессе при подготовке таких специалистов, как экологи, лесоводы, биологи.
Защищаемые положения.
1. Липняки в Горной Шории находятся в критическом состоянии, для их сохранения и восстановления необходимо проведение мероприятий по иниции рованию возобновления липы сибирской.
2. Естественное возобновление липы сибирской в условиях Горной Шории происходит за счет образования ризостомной и пневой поросли, интенсивность образования которой зависит от диаметра и возраста деревьев, санитарно-эко логического состояния насаждений, характера травяного покрова на вырубках и в сухостоях.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы апробированы и доложены на научно-практических конференциях различного уровня, в том числе: на III научно–практической конференции «Защитные лесные насажде ния. Проблемы опустынивания» (Барнаул, 2003), на IV научно–практической конференции «Восстановление нарушенных ландшафтов» (Барнаул, 2004), на научно-практической конференции «Рекультивация нарушенных земель в Си бири» (Кемерово, 2005), семинаре МСОП «Ключевые ботанические территории Кемеровской области» (2008) и др. Основное материалы диссертации опубли кованы в 6 печатных работах, в том числе в коллективной монографии «Эколо гическое состояние лесов Кузбасса» (2006).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, вы водов, практических рекомендаций, библиографического списка, приложения.
Диссертация изложена на 115 страницах машинописного текста, содержит таблиц и 22 рисунка. Список литературы насчитывает 146 источников.
ГЛАВА I. БИОЛОГИЧЕСКИЕ И ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННО СТИ ЛИПЫ СИБИРСКОЙ (ТILIA SIBIRICA FISCHER ЕХ BAYER) Точка зрения о выделении липы сибирской в самостоятельный вид не все ми авторами разделяется. В.П. Сукачёв (1938), Б.В. Гроздов (1952) считают её липой мелколистной. Г.В. Крылов относит её к подвиду Тilia соrdаtа. В то же время Ю.П. Хлонов установил для липы сибирской дополнительно чёткие мор фологические признаки, отличительные от липы сердцевидной, что позволило утвердить систематический статус липы сибирской как самостоятельного вида Тilia sibirica Fischer ех Bayer.
Вопрос о том, что липа сибирская является третичным реликтом, впервые был высказан П.Н. Крыловым и подтверждается многими геоботаниками в на стоящее время. Вместе с тем ряд исследователей считают липу сибирскую только экоформой или подвидом липы мелколистной и утверждают о суще ствовании в Сибири в прошлом относительно сплошного ареала липы мелко листной, который только отчасти разрывался болотами, заболоченными лесами, гарями, где она по этим причинам не произрастала. При такой точке зрения ре ликтовый характер «Липового острова» ставится под сомнение.
Веским доводом в подтверждение «реликтовости» является то, что в соста ве травянистого яруса липовых лесов Горной Шории значительную фитоцено тическую роль занимают неморальные реликты (Положий, Крапивкина, 1985).
И только немногочисленные виды неморальных реликтов встречаются за пре делами Горной Шории, что можно объяснить их вторичным расселением.
Липа сибирская – дерево первой величины. Она достигает 25–33 м высоты и более 100 см в диаметре. При произрастании во втором ярусе размеры липы значительно меньше и составляют 10–15 м. В неблагоприятных условиях она может иметь форму кустарника. Крона липы от узкопирамидальной до яйце видной, в зависимости от условий произрастания и возраста. Корневая система стержневая. Хорошо развиты боковые и якорные корни, обеспечивают ее хоро шую ветроустойчивость. Кора ствола темная и гладкая в молодости, с возрас том становится трещиноватой с продольными бороздами. Листья на голых че решках вдвое короче пластинок, округлые или чуть продолговатые, более или менее косые или почти равнобокие. У липы сердцевидной основание листа сердцевидное (22 %), широко сердцевидное (63 %) и усеченное (15 %). С запада на восток наблюдается увеличение усеченных листьев и уменьшение сердце видных (Хлонов, 1965).
Липа начинает плодоносить на открытых местах в возрасте 7–15 лет, в на саждениях позднее (Хлонов, 1965, 2006). Плод заключает в себе 1–2 и редко семени. Плоды липы созревают в сентябре–октябре. Часть плодов опадает, про чие остаются на деревьях и засыхают (Заборовский, 1979).
Плодоносит липа не ежегодно, её урожайность зависит от количества теп ла. Всхожесть семян низкая, до 98 % всходов погибают вследствие заражения грибами из родов фузариум (Яшин, Ильичев, 1956;
Гусева, 1965). Значитель ный ущерб (до 83 %) всходам и самосеву наносят грызуны (Свириденко, 1990;
Попова, 1965). По наблюдениям Ю.П. Хлонова (1965) и О.А. Куприянова (2004) повреждение плодов насекомыми составляет 5 %.
В целом возобновление липы семенным путем неудовлетворительное (Двораковский, Алтухов, 1963;
Хлонов,1965;
Мурахтанов, 1972). Значительное количество недозревших плодов липы, низкая всхожесть семян, поедание пти цами, мышевидными грызунами, повреждение насекомыми и грибными болез нями являются главными причинами плохого восстановления липы семенным путем.
У липы преобладает вегетативный способ размножения путем пневой по росли, отводками, ризостомной порослью.
Характерной экологической особенностью липы сибирской является ко роткий период роста побегов и сокращение сроков вегетации, что позволяет из бегать поздних весенних и ранних осенних заморозков. Эта порода требова тельна к температурным условиям, особенно в период вегетации. Вместе с тем следует отметить, что липа может произрастать при сравнительно коротком безморозном периоде, что дает основание считать ее морозовыносливой поро дой.
Липа считается типично теневыносливой древесной породой, но во взрос лом состоянии требует больше света, чем на стадии всходов. По отношению к богатству почв липа сибирская относится к мезотрофам.
Липа сердцевидная распространена от степной зоны до северной тайги в Европе и частично в Азии (Карта..., 1976;
Растительность.., 1980). Она способ на образовывать чистые и смешанные древостои, а также входить в состав хвойных и лиственных насаждений, встречаясь в подлеске единичными экзем плярами или небольшими группами. Ее фитоценотический оптимум приходит ся на зону широколиственных лесов, где липа господствует и занимает наи большую лесопокрытую площадь (до 17 %). В восточной части ареала, на тер ритории Западно-Сибирской равнины, ее фитоценотическая роль в лесах сни жена.
В условиях Западной Сибири липы преобладает в подлеске, а также обра зует первый и второй древесные ярусы с хвойными и лиственными породами.
Липа формирует сложные сообщества с елью сибирской, пихтой сибирской, сосной обыкновенной, осиной и березой. Такие леса распространены не по всей территории сибирской тайги, сосредоточены лишь на небольшой площади.
Липа приурочена к участкам с локальными температурными аномалиями. Липа распространена в основном в южной тайге (84 %), подтайге (16 %), лесостепи (менее 1 %). Ее площадь уменьшается с запада на восток (Хлонов, 1965).
Липа произрастает небольшими группами в насаждениях, занимающих во дораздельные плато, пологие склоны невысоких гор и холмов. В горы липа под нимается до 600–700 м, где приобретает стелющуюся форму. На севере подта ежной зоны в насаждениях с липой преобладают ель обыкновенная или ель си бирская и пихта сибирская с небольшим участием березы и осины. К югу роль ели и пихты в насаждениях падает.
Из насекомых, повреждающих липу, в Сибири распространено 58 видов.
Наиболее опасными являются гусеницы березовой пяденицы, липовой хохлат ки, липового бражника.
Значительное количество грибов обитают на здоровых, больных и отмира ющих частях липы: древесине, листьях, плодах, корнях. Преобладающими раз рушителями древесины являются трутовики: настоящий, окаймленный, плос кий и др. Среди мелколиственных пород липа наиболее устойчива к деревораз рушающим грибам. Заражение ими проявляется более интенсивно после 40– лет. Усыхание липы отмечается от некрозо-ракового заболевания, вызываемого несовершенным грибом Thyrostroma compactum (Sacc.) Hodm. (Соколова, Кузь мичев, 1988). Сильно повреждает листья, и даже ветки липы гриб Gloeosporium tiliae. На всходах у шейки корня часто поселяются грибки из родов Fusarium, Alternaria, Rhizoctonia. Они часто попадаются вместе с плодами, на которых по селяются еще на дереве. Эти грибные заболевания наносят большой ущерб самосеву, вызывая его полегание. Саженцы и сеянцы липы имеют микоризу (Рий, 1966).
ГЛАВА 2. ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ ПРОИЗРАСТАНИЯ И РАСПРОСТРАНЕНИЕ ЛИПЫ СИБИРСКОЙ Район «Липового острова» представляет собой орографически обособлен ную территорию, окруженную практически со всех сторон сравнительно высо кими (до 400 м) водораздельными увалами (которые можно назвать «хребтами»), создающими климатическую (точнее микроклиматическую) ано малию.
Абсолютные высоты обычно не превышают 450–500 м над уровнем моря.
Современный рельеф создан активной эрозионной деятельностью. Поверхность расчленена густой сетью долин, логов, балок, врезанных на глубину 100–200 м, на отдельные узкие увалы. Они имеют слабоволнистую поверхность на водо разделах и крупные склоны выпуклого профиля крутизной 5–120, а в нижней части 12–200. Наибольшая крутизна характерна для откосов южной и юго западной ориентации.
Климат района исследования резко континентальный с продолжительной и многоснежной зимой и коротким и влажным летом. Вегетативный период про должается в среднем 157 дней, но из-за вертикальной зональности и экспозиции горных склонов различия в отдельных частях района бывают значительными.
Последние весенние заморозки обычно кончаются в середине июня, а первые осенние начинаются в середине сентября.
Среднегодовое количество осадков составляет 665 мм, из которых 58 % приходится на вегетационный период. Относительная влажность в период веге тации составляет 55–69 %, в среднем достигая 64 %. Преобладающими ветрами района являются юго-западные при скорости 2,1–3,5 м/сек, однако сложность рельефа оказывает существенное влияние на эти показатели.
Особенности рельефа способствуют мозаичности лесорастительных усло вий. Мягкость очертаний рельефа и преобладание рыхлых поверхностных по род делювиального происхождения, способствуют формированию почвенного покрова большой мощности.
Почвы района исследования по номенклатуре С.С. Трофимова (1965) псев доподзолистые.
Усиление дернового процесса затрудняет восстановление липняков. Иссле дования показали, что в профиле почвенного разреза, сделанного на месте произрастания деградированных липняков, можно выделить дернину и слабо развитый гумусово-аккумулятивный горизонты, которые ранее в глубокоподзо листых почвах нормальных липняков не встречались. Образовавшаяся дернина препятствует прорастанию семян липы. Развитие дернины приводит к накопле нию влаги в верхнем слое, способствуя развитию анаэробных процессов губи тельных для корней липы иногда приводя к оглеению. Появляется комковатая или зернисто-комковатая структура, благодаря накапливающимся гумусовым веществам.
Изменения морфологии почв повлекло за собой ряд изменений химиче ских и физико-химических свойств: это повышенное количество гумуса и нейтрализации реакции почвенного раствора, в верхних горизонтах, что способствует развитию травянистой растительности, а вследствие чего гибели лип.
На климатические условия Южного Кузбасса накладывает отпечаток тех ногенное воздействие Новокузнецкого промышленного узла, находящегося в км к северу от «Липового острова», которое проявляется в выбросе в атмосферу пыли и сажи – 653 тыс. т в год, окислов углерода – 143 тыс. т, окислов азота – 40 тыс. т, сернистого ангидрида – 90 тыс. т, углеводородов – 10 тыс. т (Доклад…, 2005). Промышленные выбросы, поступающие в атмосферу, созда ют смог, усиливающийся в период температурных инверсий. Изменяются под влиянием промвыбросов температура, влажность воздуха, освещенность. Раз рушение и сход снежного покрова, зачерненного сажей и пылью, происходит раньше обычного.
Тем не менее, исследованиями не установлены факты видимых поврежде ний растительности от загрязнения воздуха. Можно утверждать, что липа обла дает повышенной устойчивостью к атмосферным выбросам по сравнению с другими породами. Подтверждением может служить рост липы без поврежде ний листьев в г. Новокузнецке, где загрязнение воздуха по многим компонен там превышает ПДК в десятки раз.
По ареалу липы сибирской высказаны различные мнения. П.Н. Крылов, Л.Ф. Ревердатто, Л.В. Колокольников (1941) считали, что липа в Горной Шории вымирает и ареал её сокращается. В то же время В.И. Грубов (1940), А.В. Ку минова (1949), Г.В. Крылов (1956) не считают липу вымирающей породой. Г.В.
Крылов даже утверждает, что площадь липняков за последние 65 лет увеличи лась на 20 %.
Липняки Кузедеевского лесхоза Кемеровской области (называемым «Ли повым островом») не имеют аналогов в Сибири. Это естественный, относитель но большой по площади, фрагмент широколиственных лесов среди таёжных формаций. Значительные площади липняков (других видов) распространены в европейской части страны и на Дальнем Востоке.
Впервые детально исследовал и описал «Липовый остров» П.Н. Крылов, в 1891 г. вышла его книга «Липа в предгорьях Кузнецкого Алатау». В ней отме чается, что липа сибирская сохранилась здесь с доледникового периода вместе с травянистыми видами широколиственных лесов, которые чужды для темно хвойных лесов Западной Сибири.
Площадь липняков Горной Шории оценивается разными авторами по раз ному. П.Н. Крылов указывал на площадь в 400 квадратных вёрст (более 40 тыс.
га). А.В. Куминова отмечает липу по речкам Малый Тёш, Тамала и Чёрный Ме гаш, где площадь липовых лесов составляет 15 тыс. га и объясняет сокращение ареала интенсивной вырубкой. При этом она учитывала только площадь сплошного произрастания липы. По данным Г.В. Крылова ареал липы в Горной Шории занимает 50–60 тыс. га. Л.Ф. Ревердатто (1925) предполагал, что вполне вероятно, что через некоторое время этот памятник природы («Липовый остров») исчезнет.
Наличие небольших куртин липы в разных местах Западной Сибири свиде тельствует о её более значительном распространении в недалёком историче ском прошлом. Мы склонны считать, что ареал липы сибирской сокращается.
Не может такая древесная порода, как липа сибирская, длительное время есте ственно произрастать в небольших обособленных популяциях. В условиях Гор ной Шории она находится на пределе своих биоэкологических возможностей и испытывает жёсткую конкуренцию со стороны более приспособленных к мест ным природным условиям древесных пород. Можно утверждать, что куртины липы – это остатки более крупных фрагментов древостоев липы, произрастав ших здесь в прошлом. И только относительно большой массив «Липового острова» в состоянии противостоять «агрессии» других древесных пород, сохраняя свою фитоценотическую структуру.
В 80-е годы было отмечено массовое усыхание липы в пределах «Липового острова». Причиной деградации древостоев липы явилось массовое развитие болезнетворного гриба, поражающего листья. В последующие годы эпифитотия пошла на убыль, и сейчас её практически нет. Но последствия вспышки заболе вания сказывается на состоянии «Липового острова» и в настоящее время. Из реживание крон деревьев вызвало изменение светового режима, что в свою оче редь привело к буйному развитию таёжного высокотравья, достигающего высо ты 3–3,5 м. Древостои липы поредели – погибло около 15 % деревьев, и ещё столько же усохло частично.
Дефолиация от глеоспориоза резко увеличила освещённость под пологом древостоя, что привело к изменению структуры травяного покрова: доминиру ющими стали представители высокотравья – крапива двудомная, какалия ко пьевидная, скерда сибирская, бодяк северный и др.;
произошло увеличение об щего проективного покрытия, возросла биомасса травостоя;
сократилась встре чаемость неморальных реликтов;
сохранились в травостое теневыносливые виды, способные развиваться под мощным пологом высокотравья – копытень европейский, ясменник душистый, незабудка Крылова;
стали редкими или со всем исчезли из травостоя герань Роберта, подмаренник европейский, осмориза амурская, сердечник недотрога и др.;
определённую устойчивость проявляют реликты, входящие в ярус высокотравья: альфредия поникшая, чистец лесной, овсяница лесная и овсяница высочайшая.
Развитие высокотравья на участках, подвергнувшихся эпифитотии, самым негативным образом сказывается на характере естественного возобновления липы. Семенное возобновление в липняках практически отсутствовало и в прошлые времена, а с буйным развитием высокотравья оно стало заведомо не возможным. Порослевое возобновление липы также подавляется высокотра вьем, в основном из-за затенения. Жизнеспособная поросль сохраняется, как правило, у пней, которые образуют «окна» в пологе высокотравья. Здесь пневая поросль липы успешно конкурирует с высокотравьем.
Таким образом, в границах Кемеровской области расположен уникальный, единственный в Сибири крупный лесной массив липы сибирской, являющейся реликтом доледниковой (третичной) флоры. Вместе с липой здесь сохранился целый комплекс травянистых неморальных реликтов. Этот ценнейший памят ник природы государственного значения, источник генетического и фитоцено тического биоразнообразия находится в настоящее время в кризисном состоя нии. Причиной являются изменяющиеся экологические условия в месте произ растания липы.
ГЛАВА 3. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ По данным лесоустройства 1990 г. липа распространена в бассейне р.
Большой Тёш на площади 19 тыс. га. Чистые липняки отмечены на площади 4, тыс. га, а общая площадь лесонасаждений с участием липы составляет 10 тыс.
га. В состав памятника природы «Липовый остров» включены 7588 га лесов I группы и 3442 га лесов II группы, всего 11 тыс. га.
На вершине склонов липа встречается отдельными группами явно поросле вого происхождения. Между липами часто встречается осина и пихта. Первый ярус травяного покрова липняков высотой 2,7–3 м и представлен борщевиком рассеченным, живокостью высокой, какалией копьевидной. Во втором ярусе высотой 2,0 м встречается бодяк инуловидный, скерда сибирская, купырь лес ной. В третьем ярусе распространены черемша, папоротник-орляк. Для четвер того яруса в условиях сильного затенения характерен копытень европейский.
К серединам склонов липовый лес становится гуще. Формула состава дре востоя 10Л1П. Полнота 50%. В подлеске встречается липа порослевого проис хождения. Высота травяного покрова достигает до 1,5–1,8 м. Для верхних яру сов характерны скерда сибирская, смородина красная, пион уклоняющийся, сныть обыкновенная, в нижних ярусах встречаются бор развесистый, герань лесная, соссюрея широколистная и реликтовые растения – копытень европей ский, ясменник душистый.
Оценка естественного возобновления липы осуществлялась маршрутными и полустационарными методами исследования (Огиевский, 1960;
Полевая гео ботаника, 1966;
Побединский, 1966;
Программа и методика биогеоценологиче ских исследований, 1974;
Мелехов, 1980, и др.). Сбор материала для учета по рослевого возобновления производился на пробных площадках, заложенных на ленточных пробах шириной 5 м и площадью от 80 до 150 м 2, равномерно распо ложенных на 4 пробных выделах общей площадью 2170 м2.
При маршрутном обследовании санитарного состояния липняков заклады вались учетные площадки размером 20 м2 в 3-х типах насаждений: здоровых, ослабленных, сильно ослабленных и отмирающих. Такие площадки в количе стве 65 были заложены в 18 точках, их площадь составила 1300 м2. На этих пло щадках учитывалась жизнеспособная поросль от шейки корня (пневая), от при земленных веток и стволов (отводки), от подземных побегов (ксилоризомная).
В составе возобновления выделялись 3 качественные категории особей: 1) всхо ды – особи возрастом до 1 (2) лет;
2) самосев (подрост младших генераций) – особи в возрасте от 2 (3) до 5 (10);
3) собственно подрост (подрост старших ге нераций) – особи возрастом более 5 (10) лет или с диаметром на высоте груди от 2 до 6 см.
Жизненное состояние насаждений оценивалось по степени повреждения кроны, согласно методическим указаниям «Санитарных правил в лесах РФ» (1992) в более детальном варианте по методике В.А. Алексеева (1989) по следу ющей шкале категорий жизненного состояния деревьев: 1) здоровые деревья;
2) ослабленные (поврежденные) деревья;
3) сильно ослабленные (сильно повре жденные) деревья;
4) отмирающие деревья;
5) сухостой.
Описание травяного растительного покрова производилось стандартными геоботаническими методами (Программа и методика…, 1974;
Александрова, 1969;
Полевая геоботаника, 1966).
Для разработки конкретных мер по восстановлению деградировавших на саждений липы, были проанализированы существующие в настоящее время ле сохозяйственные приемы содействия естественному возобновлению. Для этого использовались проводимые Кузедеевским лесхозом в плановом порядке меро приятия по содействию возобновления, а именно: минерализация почвы раз личными орудиями – плугом ПКЛ–70, дисковой бороной БДТ–3, бульдозером.
Интенсивность пневого порослеобразования изучалась на лесосеке сплош ной санитарной рубки. Формирование отводков исследовалось методом при копки тонких нижних ветвей, на части этого мероприятия использовался так называемый «Далемский способ» – перетягивание мягкой проволокой основа ния прикапываемых побегов.
ГЛАВА 4. СТРУКТУРА И СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ЛИПНЯКОВ В ГОРНОЙ ШОРИИ Существующее сегодня состояние липняков характеризуется на фоне лесо устроительных данных прошлых лет. Первое лесоводственное обследование в Мрассово–Кондомском лесничестве было проведено в 1914 г. Площадь липня ков была тогда установлена в 4285 га. В 1935–36 гг. Лесным управлением тре ста «Кузбассуголь» были проведены работы по устройству липовых древостоев с целью организации «липового заповедника». Общая площадь устроенного за казника составляла 8751 га. Господство липы отмечено на 50,1 % лесопокрытой площади, из них 24% представлено чистыми липняками. Отмечено, что чистые липняки встречаются в большинстве случаях в молодняках, в старых насажде ниях – редко и небольшими площадями.
Лесовозобновление липы охарактеризовано следующим образом. В ниж них частях склонов (высотой до 200 м) возобновления нет, и если встречается, то весьма незначительно и в низкорослой угнетённой форме. На высотах 200– 400 м возобновление липы удовлетворительное с полнотой 0,3–0,4. Свыше м расположены гари с хорошо возобновившейся липой в возрасте 5–15 лет с полнотой 0,7.
Лесоустройством 1953 г. липа учтена по лесхозу на площади 4897,5 га, в том числе в хозчасти «Липовый остров» – на площади 4655,5 га. Последующие лесоустроительные работы проводились в 1964, 1977 и 1990 годах (табл. 1).
Возрастная структура липняков в целом за 55 лет существенно не изме нилась, преобладают спелые и перестойные древостои липы. Различия между показателями 1977 и 1990 г. незначительны, естественно увеличился средний возраст древостоев, несколько понизились класс бонитета, полнота, средний прирост.
В целом состояние липняков до 1990 г. можно считать устойчиво стабиль ным. Но ситуация резко изменилась из-за вспышки развития патогенных гри бов, происшедшая в конце 80-х, начале 90-х годов.
Таблица Средние таксационные показатели лесонасаждений липы по данным лесоустройства Годы Возраст, Класс Пол- Запас Средний при- Покрытая ле лесоустрой- лет бонитета нота на рост сом площадь, 3 ства 1 га, м на 1 га, м га 1935 88 III, 8 0,53 106 1,2 1953 58 III, 6 0,66 129 2,2 1964 66 П, 9 0,75 238 3,4 1977 88 П, 9 0,73 286 3,2 1990 97 III, 0 0,71 281 3,1 Ухудшение состояния липняков повторялось неоднократно. В 1925 г. в бо танических сборах микологом П.П. Лавровым обнаружено 27 видов грибов, в том числе Gloeosporium tilia. Л.Ф. Ревердатто, наблюдая ухудшение общего со стояния липы, поражённой этими грибами, высказала мнение, что через 3– года липа полностью выпадет из лесов данного региона. Однако в 1938 г.
В.И. Грубов нашёл эти леса чистыми, совершенно не поражёнными гриба ми. В 1950 г. вновь вспыхнула эпифитотия глеоспориоза, которой поражались не только листья, но также побеги и плоды липы. Следует отметить, что ещё в 1891 году П.Н. Крылов указал на повреждения листьев липы, аналогичные современным. Таким образом, можно считать, что появление эпифитотий в «Липовом острове» носит циклический характер.
Возбудитель глеоспориоза – гриб Glоеosporium tilia – широко распро странён в липовых лесах и в отдельные годы массово размножается. Вредо носность болезни выражается в значительной некротизации листовой пластин ки (до 60–90 % поверхности), снижении количества хлорофилла, что ведёт к от миранию ветвей и целых деревьев.
Основным фактором, обуславливающим прогрессирующую деградацию Липового острова, является массовое развитие патогенных грибов. Резервация возбудителей болезни листьев липы в реликтовых массивах отмечалось уже давно, однако их переход в фазу вспышки сдерживался устойчивостью липо вых насаждений. Вследствие отсутствия в насаждениях рубок главного пользо вания, произошло нежелательное изменение их возрастной структуры, накопле ние площадей перестойных древостоев, отличающихся низкой устойчивостью к экстремальным факторам внешней и внутренней среды. Снижение уровня сани тарного состояния и жизненных функций липовых лесов в результате угасания ростовых процессов привело к очаговым вспышкам грибных заболеваний, ко торые затем приобрели массовый характер.
За последние годы в состоянии липы естественно произошли изменения.
Установлено, что часть участков, которые были отнесены к категории «усыха ющих», к настоящему времени усохли. В то же время насаждения категории «ослабленные» в значительной мере восстановили свою жизнеспособность.
Также изменилось состояние насаждений, отнесённых к категории «сильно ослабленных»: часть деревьев восстановили живую крону, а некоторая часть перешла в категорию «усыхающих».
Существующее в настоящее время распределение липовых лесонасажде ний по площади «Липового острова» (по данным лесоустройства 2006 г.) сле дующее:
– усохшие и усыхающие насаждения (IV и V категории санитарного состо яния) – 410 га, – сильно ослабленные насаждения (III категория санитарного состояния) – 1080 га, – ослабленные насаждения (II категория санитарного состояния) – 1840 га, – здоровые насаждения – 1500 га.
ГЛАВА 5. ЕСТЕСТВЕННОЕ ВОЗОБНОВЛЕНИЕ ЛИПЫ СИБИРСКОЙ В УСЛОВИЯХ ГОРНОЙ ШОРИИ Для липы сибирской не отмечено случаев семенного возобновления. При чинами плохого семенного возобновления называются не созревание семян (низкая всхожесть), фузариозное полегание всходов, поедание орешков липы мышевидными грызунами зависание крылаток липы в травяном покрове. Все эти причины имеют место и влияют на семенное возобновление в комплексе.
Интегральной причиной отсутствия семенного возобновления липы сибирской является мощный травяной покров, который препятствует «заземлению» ореш ков с крылатками, затеняет появившиеся всходы, создаёт влажный фитоклимат, способствующий развитию фузариозных заболеваний. Однолетние всходы липы появляются, особенно после годов с обильным плодоношением. Нами на блюдалось до 10 всходов (на стадии образования 4 листиков) на 1м2. Но двухле ток уже не было.
Липа возобновляется вегетативно пневой порослью, отводками и корневы ми отпрысками. Однако, ещё М.К. Литвяков (1957) доказал, что липа не образу ет истинных корневых отпрысков. Изучение анатомических срезов подземных органов показало, что у настоящих корней придаточных почек нет. На подзем ных органах, также как и на надземных, имеются только пазушные почки, кото рые свойственны побегам. Поэтому подземные органы с пазушными почками, дающими поросль, являются по существу видоизменёнными побегами – корне вищами. Одревесневшие корневища называют ксилоризомами (ксило – древе сина, ризом – подобный).
Ксилоризомная поросль отличается от стволовой из спящих почек более глубокой степенью омоложения, поскольку образовалась из морфологически более поздних (молодых) структур дерева. По жизнестойкости ксилоризомная поросль мало отличается от семенных экземпляров и в итоге даёт мощные дол говечные деревья. И если у других лиственных пород порослевые поколения имеют более низкое качество, чем семенные поколения, то у липы этого не происходит.
Образование отводков происходит при приземлении живых фрагментов дерева. Это могут быть целые ветровальные деревья или тонкие стволики, при гнутые к земле, а также нижние ветви деревьев, которые под снежной нагруз кой пригибаются к земной поверхности, заносятся подстилкой и мелкозёмом и во влажной среде образуют корни.
Образование пневой поросли нами изучалось на лесосеке сплошной сани тарной рубки, пройденной в 1993 году (табл. 2). На пробной площади в 1 га учтено 160 пней. Большее количество порослевин образуется у пней диаметром от 36 до 60 см. Количество благонадёжной поросли на лесосеке обеспечивает успешное возобновление липы.
Таблица Учёт пневой поросли на лесосеке сплошной санитарной рубки 1993 г.
Расчётный Среднее количество поросли на Общее кол-во Диаметр Кол-во, возраст, 1 пне высотой, шт. поросли, пня, см шт. лет шт.
2–4 м более 4 м всего 20 15 48 3 – 3 24 15 59 5 1 6 28 15 68 6 1 7 32 18 76 6 2 8 36 25 85 6 4 10 40 26 95 9 4 13 44 15 105 9 6 15 48 18 118 8 4 12 52 7 125 10 3 13 56 4 135 7 4 11 60 2 150 8 3 11 Итого 160 77 32 109 Поросль у шейки корня образуется и у частично усохших (суховершин ных) деревьев липы, но здесь она не получает такого развития, как у пней спи ленных деревьев, так как большая часть минерального питания уходит в остав шуюся часть кроны. Из спящих почек усыхающих деревьев появляются побеги, но они не в состоянии восстановить крону, так как дерево поражено стволовы ми гнилями и обречено на бурелом. Жизненное состояние и связанная с ним возобновительная способность липы во многом зависит от распространения стволовой гнили, вызываемой древоразрушающими грибами. Заражённость в большинстве случаев происходит через раны на стволе и усохшие ветви. Имен но такие «ворота» заражения в большом количестве появляются на деревьях липы, поражённых глеоспориозом. Практически все деревья с усохшими в кро не ветвями заселены грибными гнилями. Такое распространение стволовых гнилей приводит к характерному бурелому, происходящему на половинной вы соте ствола.
Учёт порослевого возобновления производился на пробных площадях, приуроченных к типичным по степени повреждения глеоспориозом насаждени ям липы (табл. 3).
Таблица Учет порослевого подроста липы в ослабленных эпифитотией насаждениях № № № Пло- Количество подроста по высотам, шт. Кол-во ква № проб щадь подро 0,5 1,0 1,5 2,0 3,0 Все в том числе рта- пр. проб, ста, м м м м м го пне- отвод- ризо м ла. пл. шт./1га и вая ки стом ная 5 7 1 120 3 3 5 5 3 19 5 10 4 2 120 – – 1 2 2 5 – 5 – 3 120 2 7 10 7 6 32 6 23 3 4 120 – 2 11 6 10 29 5 20 4 5 80 – – 1 5 10 16 2 11 3 Итого 560 5 12 28 25 31 101 18 69 14 6 9 1 140 8 2 8 9 8 35 4 28 3 2 120 – 6 12 8 4 30 10 20 – 3 120 4 8 12 41 6 34 – 29 5 4 120 3 10 6 2 2 23 3 16 4 Итого 500 15 26 38 23 20 122 17 93 12 6 11 1 100 3 4 8 10 5 30 6 12 12 2 100 – 7 6 4 5 22 – 15 7 3 150 – – 10 8 7 25 6 14 5 4 120 4 4 10 7 3 28 4 14 10 5 100 5 2 2 3 6 18 6 7 5 Итого 570 12 17 36 32 26 123 22 62 39 53 13 1 120 10 6 7 4 5 32 6 14 12 2 120 7 8 8 11 10 44 10 26 8 3 100 – 6 12 6 8 32 4 18 10 4 100 4 8 10 5 6 33 5 16 12 5 100 3 5 10 4 4 26 3 15 8 Итого 540 24 33 47 30 33 167 28 89 50 Среднее кол-во 26 410 69 49 51 236 390 1450 в пересчете на 1 га Среднее по пробным площадям количество порослевого подроста липы со ставило 2,36 тыс. шт./га. Для восстановления деградированных насаждений та кого количества подроста в общем достаточно;
по таблицам хода роста нор мальных насаждений липы в возрасте 40 лет на 1 га должно быть 1650 дере вьев. Однако следует учитывать, что не весь подрост является благонадёжным.
Подрост до 1,5 м высотой в большей части затенён порослью осины, кустарни ками и высокотравьем и по этой причине возможен его отпад.
В дополнение к учету возобновления на постоянных пробных площадях при маршрутных обследованиях были заложены временные учетные площадки (табл. 4).
Таблица Количество поросли липы в здоровых (1 категория), ослабленных (2 категория), сильно ослабленных (3 категория) и отмирающих (4катего рия) насаждениях № № Ка- Про Количество благонадежной поросли липы (шт.) В ква вы- те- б- пере Пневая (от шейки кор- Отводки и ксилоризо- Итого рта- де- го- ная счете ня) поросль стомы ла ла рия пло до на 1 га 0,5 бо- всег до 0,5- бо- все сан. щад 0,5 -1,5 лее о тыс. шт 0,5 1,5 лее го сос ь, м м 1,5 м м 1, т-я м м м в здоровых и ослабленных насаждениях 61 5 1 60 1 2 5 8 2 6 4 12 20 3, 61 7 2 60 1 5 2 8 – 5 5 10 18 3, 61 9 2 80 – 4 3 7 1 3 6 10 17 2, 62 13 2 60 2 6 6 14 1 4 3 8 22 3, 72 18 1 60 2 3 5 10 – 8 4 12 22 3, 33 2 2 80 2 3 3 8 – 6 4 10 18 2, 33 3 2 60 1 2 3 6 – 5 2 7 13 2, 33 5 1 80 2 2 8 12 2 8 10 20 32 4, 23 18 1 60 1 4 3 8 1 6 5 12 20 3, 32 2 2 60 – 3 2 5 2 6 3 11 16 2, 66 10 1 80 1 5 4 10 3 5 12 20 30 3, в сильно ослабленных и отмирающих насаждениях 12 8 3 100 2 4 2 8 – 6 4 10 18 1, 12 12 3 80 – 5 3 8 2 8 2 12 20 2, 23 7 4 100 – 4 3 7 – 4 4 8 15 1, 23 8 4 60 – 3 – 3 – 2 3 5 8 1, 54 2 3 80 – 2 5 7 1 4 4 9 16 2, 54 6 2 60 1 4 3 8 1 4 2 7 15 2, 55 8 4 80 1 3 4 8 – 3 3 6 14 1, В здоровых и восстанавливающих после грибной инвазии крону насажде ниях порослевая способность примерно одинакова. В первом случае среднее количество благонадежной поросли составило 2,9 тыс. шт. на 1 га, в насаждени ях, сохранивших признаки ослабления поросли было 2,3 тыс. шт. на 1 га. Соот ношение пневой (от шейки корня) поросли к отводкам и ксилоризомной порос ли примерно 40:60. В сильно ослабленных и отмирающих насаждениях количе ство поросли заметно ниже, всего в среднем 1,9 тыс. шт. на 1 га.
Учитывая сложившиеся лесорастительные условия в деградирующих лип няках, в частности «агрессивное» развитие поросли осины, кустарников и высо котравья, необходимо стимулировать образование быстрорастущей пневой по росли липы. Ксилоризомная поросль появится после сформирования благопри ятных для неё условий, а именно, подавления пневой порослью затеняющего воздействия травяного покрова, подроста осины и кустарников.
ВЫВОДЫ 1. Липа сибирская – реликтовый вид, сохранившийся в составе черневых лесов Шорского нагорья и Салаирского кряжа. Основными экологическими факторами, позволяющими сохраниться естественным насаждениям, является большое количество осадков в зимний период и отсутствие промерзания почв под липняками.
2. Площадь, занимаемая липняками за период с 1935 по 1990 гг., изме нилась незначительно с 3786,7 га до 4988 га, средний возраст липняков состав ляет около 97 лет. С 1990 по 2008 год происходит ухудшение состояния наса ждений, связанное с развитием глеоспориоза (Gleosporiosum tilia), повреждаю щего листья, прицветники и цветы липы. Усыхающие, сильно ослабленные и ослабленные древостои составляют в настоящее время 69% от общей площади липняков.
3. Развитие высокотравья на участках, подвергшихся эпифитотии, негатив ным образом сказывается на характере естественного размножения липы.
Самосев, появляющийся в отдельные годы в естественных насаждениях, прак тически полностью погибает в результате фузариозных заболеваний, поросле вое возобновление подавляется в результате затенения. Происходит фрагмента ция липняков, разделяемых полянами с высокотравной растительностью.
4. Семенное возобновление в естественных насаждениях липы сибирской практически полностью отсутствует. Вегетативное возобновление происходит путем образования укоренившихся отводков, поросли от корневищ (ксилори зом), пневой поросли. Соотношение этих типов поросли различно, зависит от состояния, возраста насаждений, условий увлажнения и других факторов. Наи более активно образуется пневая поросль у срубленных деревьев. Пневая по росль способна вырастать даже у ослабленных деревьев после их вырубки.
5. Интенсивность естественного вегетативного возобновления липы в ослабленных эпифитотией насаждениях недостаточна для полноценного возоб новления липняков. Под влиянием грибковых заболеваний, климатических флуктаций увеличивается вероятность вытеснения липы сибирской осиной.
6. Заповедный принцип ведения лесного хозяйства в «Липовом острове» приводят к накоплению перестойных древостоев. Для ускорения вегетативного возобновления пневой и ксилоризомной поросли необходимо проведение ин тенсивных санитарных рубок, при которых удаляют суховершинные и с повре жденной на 50% кроной деревья.
РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВОССТАНОВЛЕНИЮ ДЕГРАДИРОВАННЫХ НАСАЖДЕНИЙ ЛИПЫ СИБИРСКОЙ 1. Анализ естественного порослевого возобновления в «Липовом острове» показывает необходимость омоложения лесонасаждений липы. Это возможно единственным способом – вырубкой древостоя, повреждённого эпифитотией глеоспориоза.
2. Вырубать следует деревья с отмершей более чем на 50 % кроной, такие деревья, как правило, и суховершинные. Появление на стволах «волчьих» побе гов из спящих почек не гарантирует восстановления кроны, развитие стволовой гнили на таких деревьях приводит к их бурелому.
Полностью усохшие деревья не образуют поросли, поэтому вырубать их нет смысла. Они не затеняют поверхности и естественным путём быстро разру шаются (вываливаются).
3. Увеличить количество подроста липы возможно путём искусственного образования отводков. Для этого следует пришпиливать к земле тонкие ветки и засыпать место контакта слоем почвы. Лучшее укоренение происходит у веток толщиной до 0,5 см, а также при перетягивании ветки мягкой проволокой.
4. Минерализация почвы для содействия естественному возобновлению, возможна только в насаждениях, где отсутствует осина. Там, где осина есть в составе древостоя, минерализация почвы путём прокладки плужных борозд или дискованием вызывает бурное образование корневой поросли осины. К тому же плужные борозды и полосы с дискованием очень быстро, буквально на второй год, зарастают травами и теряют своё предназначение.
Список работ, опубликованных по теме диссертации 1. Егоров В.Н. Липовый остров, состояние и меры его реабилитации // Эко логическое состояние лесов Кузбасса. – Кемерово: КРЭОО «Ирбис», 2005. – С.
97–114.
2. Егоров В.Н Естественное возобновление деградированных насаждений липы // Флора и растительность антропогенно нарушенных территорий. – Вып.
1. – Кемерово, 2005. – С. 53–55.
3. Егоров В.Н. Липовый остров, его состояние и меры по восстановлению // Экобюллетень ИнЭкА. – Новокузнецк: ИнЭкА, 2003. – № 3. – С. 11–15.
4. Баранник Л.П., Егоров В.Н. Лесовосстановление в реликтовом «Липовом острове» в контексте сохранения биоразнообразия // Региональные проблемы устойчивого развития природоресурсных регионов и пути их решения. Тр. IV Всероссийской науч.-практ. конф. – Т. II. – Кемерово, 2003. – С. 618–620.
5. Егоров В.Н. Состояние «Липового острова» // Природа и экономика Куз басса. – Вып. 10. – Новокузнецк, 2006. – С. 22–25.
6. Баранник Л.П., Егоров В.Н. Биоэкологические особенности демута ции деградированных древостоев липы сибирской // Сибирский экологиче ский журнал, 2007. – № 3. – С. 421–424.