Концентрированные сплошные рубки

Леса Земли выполняют глобальные средообразующие функции, оставаясь главным и важнейшим компонентом биосферы.

С развитием цивилизации идет активное истощение лесов в освоенных районах Мира. Вследствие варварской рубки для лесов мира характерным становится процесс их истощения и деградации.

Значительные площади лесов, имеющих глобальное значение, сохранились на сегодня лишь в бассейне реки Амазонки, на прилегающей к нему территории, а также в Российской Федерации. При этом доля земель лесного фонда РФ от общемирового показателя достигает 28%. В российской Федераций сосредоточено {Синицын, 1993} 75% бореальных лесов Мира, причем 572 млн. га представлены единым лесным массивом, с абсолютным преобладанием (до 81%) хвойных. В связи с этим леса России играют ведущую роль в биосферных процессах Земли.

Вследствие постоянного спроса, а также высоких мировых и внутренних цен на древесину, леса РФ и Западной Сибири активно эксплуатируются. Проведение широкомасштабных сплошных рубок приводит к резкому изменению экологической ситуации и является во многом стрессовым моментом для лесной экосистемы.

Однако любым лесным экосистемам свойственен процесс восстановления (демутация), который оценивается, прежде всего, по характеру лесовозобновления. Успешность последующего возобновления вырубок во многом определяется развитием нижних ярусов и, прежде всего, травяно-кустарникового покрова. Живой напочвенный покров является одним из реактивных компонентов биогеоценоза, который чутко реагирует на смену экологической ситуации. Вследствие своей реактивности живой напочвенный покров требует детального изучения при проведении комплексных исследований по заявленной проблеме.

1. Географическое местоположение района работ

Советский лесхоз Ханты-Мансийского управления лесами расположен в юго-западной части Тюменской области на территории Советского административного района.

Лесхоз граничит: на севере с Торским лесхозом, на востоке — с Самзасским лесхозом и заповедником «Малая Сосьва», на западе и юго-западе — с Комсомольским лесхозом, на юго-востоке — с Урайским лесхозом Тюменской области. Протяженность с севера на юг — 110 км, с запада на восток — 80 км.

Контора лесхоза находится в районном центре ПГТ Советский, в 480 км от г. Тюмень (по воздуху) и на 189 км от г. Ивделя по ж/д Ивдель — Обь.

По лесорастительному районированию (Крылов, 1958) территория Советского лесхоза относится к Пелымо-Кондинскому сосново-болотному округу зоны средней тайги. По схеме районирования Смолоногова Е. П. и Вегерина А. М. (1967;1980) лесхоз находится на границе подзон северотаежных и среднетаежных лесов и занимает большую часть Кондо-Северо-Сосьвинского района лишайниково-зеленомошниковых лесов и Средне-Кондинского района сосновых лишайниково-зеленомошниковых и заболоченных лесов.

1.1 Климат

Климат района континентальный. В формировании его преобладающее значение имеют арктические воздушные массы, поэтому климат холодный, с конца февраля. Снеготаяние начинается 22 апреля (с колебаниями в отдельные годы от 4 апреля до 17 мая) и заканчивается 6 мая (с колебаниями в отдельные годы от 14 апреля до 4 июня).

Глубина промерзания почвы колеблется в зависимости от характера растительности, максимальная 1,6−1,7 м (в апреле). В середине ноября глубина промерзания почвы в лесу достигает 14 см, а в апреле — 114 см. Почва на глубину 30 см в лесу оттаивает к 20 мая. В районе лесхоза преобладают юго-западные ветра слабой силы.

Климат отличается недостатком тепла, влажный, с преобладанием осадков в летний период. В торфяниках разрозненными участками многолетняя мерзлота.

В целом температурный режим суровый, зима холодная и продолжительная. Весна затяжная, с неустойчивой температурой и погодой. Лето жаркое и непродолжительное. Осень короткая и ненастная. Резкая смена и неустойчивость температуры в течение месяца и даже суток, а также большой диапазон колебания средней температуры в течение года являются самыми характерными особенностями резко континентального климата района.

Основные сведения о климате района расположения лесхоза приводятся в таблице 1 по данным ближайшей гидрометеостанции (Хангакурт) за многолетний период (1977;1986 гг.).

Таблица 1. Климатическая характеристика по данным метеостанции Хангакурт

Вегетационный период очень мал и продолжается в среднем 130 дней. Начало вегетативного периода приходится на 13 мая, а конец — на 25 сентября.

Период активной вегетации (с температурой выше +10°С) продолжается лишь 89 дней (с 4 июня по 1 сентября).

Последние весенние заморозки кончаются 15 июня, первые осенние начинаются 9 июля. Таким образом, минимальный безморозный период равен 24 дням. Наивысшая температуры отнесена к июлю и составляет + 36 °C, наиболее низкая в декабре — 52 °C. Реки замерзают в конце сентября, а очищаются ото льда во второй половине мая.

Устойчивый снежный покров появляется 24 октября. Максимальной высоты (52 см) он достигает в феврале.

Несмотря на короткий вегетационный период, древесные породы (сосна, кедр, лиственница, ель, береза, осина) успевают развиться и давать высокий прирост благодаря сочетанию удлиненного светового дня, относительно высокой температуре воздуха и удовлетворительным почвенно-грунтовым условиям. Таким образом, совокупность этих факторов, отмечающихся большим количеством влаги, недостатком тепла, глубоким промерзанием почвы и медленным ее оттаиванием, определяет характер естественных насаждений, их рост, развитие и устойчивость.

Именно эти факторы обуславливают низкую производительность насаждений (IV и V классы бонитета). Из-за недостатка тепла, глубокого промерзания и слабого оттаивания почвы формируется среда, неблагоприятная для жизнедеятельности корневых систем, так называемая «холодная почва». Поэтому корневые системы деревьев почти всегда поверхностные, что приводит к неустойчивости их ветровалу. Несмотря на небольшую силу ветров, из-за таких корневых систем семенники и единичные деревья, оставленные на вырубках, как правило, в летнее время вываливаются.

При низкой относительной влажности воздуха, отсутствии дождей и сильных ветрах резко возрастает горимость лесов.

1.3 Рельеф и почва

Территория Советского лесхоза расположена на границе двух естественно-географических провинций: Приуральской ледниковой волнистой равнины и Кондо-Тавдинской низменной заболоченной равнины древнего приледникового бассейна (Смолоногов, Вегерин, 1967, 1980). Лесхоз расположен на водоразделе рек Конда, Малая Сосьва и Мулымья, представляющего собой плато наличием грядоувалистых возвышенностей, относительная высота которых не превышает 20−30 метров. Большей своей частью они приурочены к долинам рек. По мере удаления от них рельеф местности становится более ровным и на самой водораздельной части переходит в равнину, обычно занятую сфагново-осоковыми болотами.

Район лесхоза находится в зоне максимального оледенения. Отступление ледника совершалась постепенно и сопровождалось остановками. Северо-западная и западная части лежат в области распространения конечных моренных отложений, размытых и перекрытых сверху ледниковыми наносами легкого механического состава. В южной части лесхоза встречаются характерные, слегка повышенные над уровнем речные долины, заболоченные, плоские междуречные пространства. Часто встречаемые элементы рельефа: балки, поймы ручьев и речек, низины.

Основными почвообразующими материнскими породами являются водноледниковые отложения супесчаного и песчаного механического состава. Из-за слабой биологической активности почв процессы разложения органических остатков и нахождения гумуса проходят сравнительно медленно. Почвообразовательный процесс также проходит медленно, особенно в профиле суглинистых почв. Местами резко выражены процессы заболачивания и заторфования почв. Поэтому часто встречаются торфяно-болотные почвы. Основными являются подзолистые почвы.

На территории лесхоза выделено 4 типа почв:

1) Наиболее распространены (26%) слабооподзоленные глеевые почвы. Они встречаются в юго-восточной части Зеленоборского лесничества и южной части Картопского лесничества. Эти почвы встречаются в ельниках, кедровниках, сосняках и березниках типов леса: хвощовом, мохово-кустарниково-лишайниковом, багульниковом, долгомошниковом, сфагновом, кустарниково-сфагновом и др.

2) Значительное (20%) распространение имеют слабоподзолистые почвы на песках. Они встречаются в Северной части Северного лесничества. Заболоченность почв в Северной части Северного лесничества. Заболоченность почв этой группы меньше, чем первой, что связано с механическим составом подстилающих пород и лучшей дренированностью территории. Мощность суглинистых отложений колеблется в значительных пределах, исчезая на повышениях и увеличиваясь до нескольких метров в западинах. К таким почвам приурочены типы леса: зеленомошно-ягодниковый, зеленомошный и др. Под березниками травяно-болотных и осоково-сфагновых типов леса встречаются болотистые почвы.

Подзолы и сильноподзолистые песчаные почвы. Они распространены в средней и южной части Зеленоборского лесничества, в восточной части Картопского и в верхнем течении р. Конды. Эти почвы занимают 15% всей территории и приурочены к резким формам рельефа — холмам, гривам с большими (20−30 м) перепадами высот. Растительность здесь бедная. Преобладают сосняки брусничники IV и V классов бонитета, наибольшие площади занимают сосняки зеленомошно-ягодниковые. Из-за недостатка питательных веществ и высокой кислотности, почвы обладают плохими лесорастительными свойствами, процесс подзолообразования выражен ярко. Такие почвы встречаются в лишайниковых, лишайниково-брусничных типах леса.

Торфянисто-глеевые почвы на песках, подстилаемых суглинками (39%). Встречаются они повсеместно в пониженных местах. В основном это верховые и переходные типы болот. Растительность представлена низкорослой сосной, березой карликовой, полукустарниками, преобладают типы леса багульниково-сфагновый и осоково-сфагновый. Торфяники занимают 10% площади лесхоза, формируются они на верховых болотах. Мощность торфа до 2 м, редко до 4-х метров и более. Таким образом, в районе исследований преобладают почвы, отличающиеся низкой обеспеченностью элементами питания, сильнокислые, а также избыточно увлажненные, часто с неудовлетворительными физическими, физико-механическими, тепловыми и водными свойствами.

1.4 Гидрографическая сеть

На территории Советского лесхоза развита густая гидрографическая сеть. Крупнейшие реки и речки: Конда с притоками, Супра с притоками, Мулымья, Малый и Большой Онжас и др. Лесхоз расположен на водоразделе рек Конда, Малая Сосьва, Мулымья.

Реки в большинстве случаев берут начало из водораздельных болот. Источниками питания речек и ручьев являются, в основном, атмосферные осадки (весенние талые воды), грунтовые воды. Болота на территории лесхоза распространены неравномерно и сосредоточены в основном в южной части. Преобладают в основном (75%) болота верхового типа, переходные и низменные встречаются реже. Грунтовые на повышениях залегают глубоко (15 — 20 см) от поверхности.

1.5 Характеристика лесного фонда

Леса Советского лесхоза имеют важное эксплуатационное значение, выполняют водоохранные и водорегулирующие функции. Леса, расположенные вдоль железных дорог, защищают их от снежных заносов, а произрастающие вдоль рек — регулируют сток вод и защищают берега от разлива. Леса разделены на I и Ш группы, а леса 1 группы — на 2 категории защитности. Общая характеристика лесного фонда представлена в таблице 2. Структура лесного фонда приводится по данным лесоустройства 1987 г.

Таблица 2. Структура земель лесного фонда на 01.01.97 г., тыс. га

Динамика лесного фонда за ревизионный период (1987;1997 гг.) свидетельствует о некотором изменении, как общей площади, так и структуры лесного фонда в целом. Представленное в таблицах 3, 4, 5 распределение лесного фонда по древесным породам, классам бонитета, возрасту, типам леса обеспечено лишь материалами лесоустройства 1987 г. Однако приведенные данные рассматриваются нами как достаточно информативные и достоверные.

В распределении общей площади лесхоза по основным категориям земель преобладают покрытые лесом земли (75,5%). В непокрытой лесом площади, основная часть принадлежит вырубкам последних лет. Следует отметить, что существующий отпуск леса не ведет к накоплению непокрытых лесом земель. В особую категорию земель выделены не сомкнувшиеся лесные культуры 15 380 га, 1,1%), перевод которых в покрытую лесом площадь гарантирован наличием достаточной примеси естественного возобновления главных пород.

В лесхозе встречаются насаждения классов бонитета (таблица 3). Наиболее высокий класс имеют насаждения лиственницы, низкий — насаждения кедра (IV, 9), Довольно низкий средний класс бонитета имеют насаждения сосны и ели (IV, 8).

Основной лесообразующей породой является сосна (75,8%). На долю других хвойных пород (К, Лц, Е) приходится 17,8% и лиственных (Б, Ос) — 6,4% от лесопокрытой площади. В защитных полосах вдоль дорог и рек наибольшую площадь занимают сосняки (68,8%), Преобладание долговечных хвойных насаждений (91,3%) в целом свидетельствует о той рол, которую должны выполнять насаждения защитных полос.

В запретных полосах преобладают сосновые насаждения (66,2%). На долю других хвойных пород приходится 21,7% и лиственных (береза) — 12,1%. Однако, производительность насаждений весьма низкая: средний класс бонитета — Ш, 0 (Лц) — V а, Ь ©. В лесах Ш группы — 93,8% покрытой лесом площади занимают хвойные насаждения, в том числе 76,3% - сосняки, 10,0% - ельники, 5,9% - кедровники и 1,6% - лиственничники. Средний класс бонитета ~ по сосне составляет 1У, 0; по кедру — У, 0; по ели — 1У, 8; по лиственнице — Ш, 1.

Таблица 3. Распределение покрытых лесом площадей по преобладающим породам и классам бонитета

Таблица 4. Распределение покрытых лесом площадей по полнотам

в том числе по преобладающим породам

Таблица 5. насаждений по преобладающим породам

Таблица 6. Распределение запасов насаждений по преобладающим породам и классам

В системе типов леса Смолоногова С. П. выделяются 3 группы лесорастительных условий, объединяющих лесные участки, однородные по характеру гидрологических условий, и, которые, в свою очередь, подразделяются на типы леса. Типы леса определяют производительность, специфику напочвенного покрова в разной стадии возрастной динамики древостоев, особенности возобновления и других лесоводственных процессов. В связи с выделением большого количества типов леса (40) обработка лесоустроительной информации была произведена по группам типов леса, которые сформированы по принципу сходства производительности и условий местопроизрастания (таблица 7).

Таблица 7. Образование групп типов леса

Таблица 8. Распределение покрытой лесом площади по типам леса

Таким образом, наиболее распространенными являются зеленомошно-ягодниковые группа типов леса (36,1%). Она и эксплуатируется (таблица 8).

2. Литературный обзор

2.1 Сплошные концентрированные рубки, их достоинства и недостатки

Сплошная рубка — это рубка, когда древостой вырубается полностью в один прием. В определенных случаях после рубки на корню остается незначительная часть древостоя, в частности, тонкомера.

В отличие от выборочных, указывал Мелехов И. С. (1966), сплошные рубки соответствуют требованиям светолюбивых пород, структуры одновозрастных древостоев. Сплошные рубки вызывают изменения в лесорастительных условиях: резко меняется световой и тепловой режимы, происходят заметные гидрологические изменения, в связи с чем могут очень измениться напочвенные и почвенные условия, состав возникающих после рубки лесов (смена пород).

Сплошные рубки различаются по размерам и форме вырубаемых участков, а также по интенсивности вырубки древостоя.

По размерам участков они могут быть разделены на сплошнолесосечные рубки небольшими, строго ограниченными участками в виде цепочек и на концентрированные рубки большими площадями.

Концентрированные рубки на больших площадях являются основным способом заготовок в лесах III группы. Эти рубки обеспечивают возросшие потребности народного хозяйства нашей страны в древесине. Их нередко применяют на севере, на Урале, в Сибири, на Дальнем Востоке и в некоторых других районах страны. Концентрированные рубки в больших объемах стали применяться у нас в 30-х годах текущего столетия. Уже в 1914 г. на Урале был применен производственный опыт сплошных рубок кварталами 2×2 км, которые назывались «рубками Шенка» (Хорев И.И., 1935). В 1928 г. по инициативе профессора Орлова М. М. в некоторых массивах применяли в опытном порядке концентрированные рубки с шахматным расположением лесосек, например, в бывшем Ельцовском комбинате (Архангельская область).

Концентрированные рубки широко начали применять с 1936 г. в лесах Западной Сибири, Дальнего Востока и некоторых других районов (по запросам лесозаготовительной промышленности).

Концентрированные рубки широко применяют и в зарубежных странах: США, Канаде, Швеции, Финляндии, в небольших объемах в КНДР, КНР и Японии (Мелехов, 1966).

Наименее жесткие требования предъявляются при проведении главных рубок в лесах Ш группы, где концентрированные рубки допускаются практически во всех направлениях, расположенных в ле-сосырьевых базах лесной и деревообрабатывающей промышленности за исключением хвойных и твердолиственных древостоев на склонах крутизной более 10°. В закрепленных за лесозаготовителями лесах Ш группы концентрированные рубки допускаются в северной зоне при вывозке древесины по железной дороге в хвойных древостоях, произрастающих на склонах до 10°.

В большинстве случаев отмечается, что концентрированные рубки имеют как достоинства, так и недостатки.

К достоинствам данного способа сплошнолесосечных рубок относятся повышение, по сравнению с другими способами и видами рубок, эффективности капиталовложений при лесоэксплуатации; создание благоприятных условий для роста производительности труда; улучшений бытовых условий рабочих: возможности комплексной механизации, быстрого освоения перестойных насаждений без потери качества выращиваемой древесины и индустриализации лесовозобновления, в частности, создания культур, простота отвода лесосек.

К недостаткам следует отнести сильное изменение лесорастительной среды. Концентрированные рубки, разрывая сложные многофакторные взаимосвязи и взаимодействия компонентов растительного сообщества, в любом типе леса приводят к катастрофической смене лесного фитоценоза. В процессе рубки не только удаляется структурная часть фитоценоза (древостой), но и значительно нарушается. При этом самосев и подрост почти полностью уничтожаются, на значительной площади сдирается подстилка и перемешивается с верхним горизонтом почвы. Практически создаются новые лесорастительные условия, экологическое влияние бывшего леса утрачивается. Изменяется также сильно зооценоз (его состав), т.к. исчезают защитные факторы и становятся иногда новые ресурсы. Полное удаление древостоя, переработка нанорельефа и почвы, нарушение лесной подстилки, живого напочвенного покрова, подлеска, подроста и т. д. приводят к значительной динамике важнейших почвообразовательных процессов, аммонификации, нитрификации, наблюдается иное разрушение целлюлозы, разложение почвенного гумуса. Изменяется также структурная часть биоценоза — климат (атмосфера). Происходят резкие перемены температуры и влажности воздуха его движения и состава. Такие рубки вносят значительные изменения в природу леса, особенно в экологическую обстановку. Ведут к упрощению природной среды, уменьшению растительной массы, нарушению экологии в целом. Подобные рубки способствуют образованию малопродуктивных типов вырубок, приближающихся к травяным, лишайниковым, моховым биоценозам, слабо выполняющих экологические функции (Набатов Н.М. и др., 1991).

С удалением материнского полога резко меняются условия на вырубках: до 20 раз увеличивается приток солнечной радиации и освещенность, уменьшается относительная влажность воздуха, увеличивается скорость ветра, на вырубках отмечаются значительные перепады температур и изменение влажности корнеобитаемого слоя почвы. Резкое изменение экологической обстановки приводит к тому, что процесс естественного лесовосстановления растягивается порой на долгие годы, а территория вырубки на этот период не только утрачивает защитные функции, но и изымается из процесса выращивания. Проведение концентрированных рубок в лесах южной зоны может привести к задернению и даже остепнению вырубок, а в лесах северной зоны — к заболачиванию. На подобных вырубках велика опасность образования очагов вредных насекомых, особенно майского хруща, а при недостаточной очистке лесосек характерно резкое увеличение пожарной опасности.

Особенно большой вред приносят концентрированные рубки в разновозрастных насаждениях, т.к. по своей сути не отвечают природе таких насаждений. На лесных делянках, где неблагоприятный водно-воздушный режим (колеи, понижения) сначала поселятся влаголюбивые сфагнумы, кукушкин лен, пушица, иногда — кустарниковые ивы. Возобновление древесными породами в I десятилетие после вырубки здесь отсутствует. Поселение их идет только в межколейном пространстве и по обочинам волоков. В связи с большой плотностью почв и бедностью элементами питания на участках с разрушенным почвенным покровом в первые годы после поселения древесных пород наблюдается отставание их в росте. Корни поселившихся древесных растений не способны проникнуть в уплотненную почву, и самосев погибает при вымывании осадками и выжимании морозом (Серый В.В. и др., 1997).

Отрицательное влияние концентрированных рубок усугубилось механизацией лесозаготовок. Такие рубки в большинстве типов леса вызывают необходимость проведения дорогостоящих лесокультурных работ. Подобные рубки способствуют образованию малопродуктивных типов вырубок, утрачивают защитные функции, замедляют процессы старения естественного лесовосстановления. Однако при строгом соблюдении лесоводственных требований к технологии лесосечных работ на пологих склонах рубка не вызывает эрозионных процессов.

Сплошные концентрированные рубки изучали многие лесоводы: Ткаченко М. Е. (1931, 1939, 1935); Алексеев СБ. (1938, 1954, 1955); Молчанов А. А. (1957); Нестеров В. Г. (1954); Шиманкж А. Л. (1955, 1956); Побединский А. В. (1964, 1966, 1978, 1986, 1995); Мелехов И. С. (1966); Хлебодаров В. Н. (1977); Титов С. Д. (1991); Маслаков (Е.Л. (1964, 1981); Крылов Г. В. и др. (1975); Бех И. А. (1985); Луганский Н. А. (1991); Набатов Н. М. (1991); Обыденников В. И. (1996) и многие другие.

В связи с проведением концентрированных рубок Мелехов И. С. (1996) выделил ряд задач:

рациональное и полное использование древесины, включая лиственные и фаутные хвойные деревья;

борьба с недорубами, хранение заготовленной древесины, использование отходов и т. д.;

скорейшее полноценное облесение вырубок;

освоение части вырубаемых площадей для нужд сельского хозяйства; я, а использование вырубок для охотничьего хозяйства;

перевод имеющихся вырубок в территории для промышленного и гражданского строительства;

борьба с заболеванием вырубок, с вредителями леса, усиливающими свое воздействие после рубок, охрана вырубок от пожаров и т. д.

2.2 Взаимосвязи условий местопроизрастания, технологий лесозаготовок и лесовосстановления на сплошных концентрированных вырубках

Биологической предпосылкой длительного существования таежных лесов является непрерывно протекающий процесс появления под их пологом молодого поколения — подроста. Относительно благоприятные условия для его существования и последующего выхода в верхний ярус создаются после начала естественного разрежения материнского древостоя.

В местообитаниях коренных еловых типов после их уничтожения рубкой, топорами или в результате других стихийных явлений открытые пространства занимают пионерные мягколиственные сообщества, под пологом которых спустя 25−30 лет селится ель.

Успех естественного возобновления на раннем этапе определяется наличием семян и состоянием «ложа» для их прорастания. В таежных лесах травяно-кустарничковый и мохово-лишайниковый ярусы, лесная подстилка препятствует появлению всходов хвойных по род, особенно сосны. Как показали многолетние опыты, под пологом соснового древостоя, не тронутого или разреженного вырубкой, самосев сосны не появляется.

В тайге появлению молодых всходов сосны способствуют устойчивые низовые пожары, которые появляются, например, в условиях Фенноскандии через 80−100 лет (Зябченко С.В.). Санников С. Н. (1997) отмечает, что пожары в сосняках повторяются циклически с интервалом 100 лет. Автор указывает, что уровни обсеменения сосны на гарях, вырубках вполне достаточны, составляя в прилегающей к ней 50-метровой полосе 23−30%, а в 100-метровой — 14−18%. В сосняках зеленомошных, по его мнению, после устойчивого пожара условия оптимальны для появления и развития всходов.

На рост молодого поколения сильно влияет световой режим. Характерно, что даже в редких древостоях с разомкнутым пологом корневые системы деревьев находятся в сомкнутом состоянии и сосредотачиваются в верхних горизонтах почвы, препятствуя развитию корневых систем подроста и формированию его подземной массы. И только в образовавшихся за счет отмирания отдельных деревьев больших окнах (5−10 м в диаметре) сосновое молодое поколение выходит в верхний ярус.

По данным Зябченко С. С. (1984), в Северной Финляндии хорошее возобновление происходит на 25% вырубок, удовлетворительное на 20%. В Швеции около 50% лесных площадей обеспечены естественным возобновлением (Ваrring, 1974) и лишь 7% площади на вырубках не покрыты лесом (Ingelog, 1973). На долю естественного возобновления в европейских странах приходится 10−25% возобновляемой площади лесов (Wolfgang, 1978). Автором отмечается, что естественное возобновление концентрированных вырубок в таежной зоне проходит успешно, но в большинстве лиственными породами. Лесоводы с давних пор стремились разумно использовать природные особенности лесов. Так, еще в 1831 г. Перелыгин П. в «Начертаниях правил лесоводов» наметил меры по сбережению подроста при рубке леса. Л. Н. Ясынов (1882), обобщив накопившийся опыт, подчеркнул важность сбережения подроста ценных пород. Турский М. К. (1894) призывал лесоводов беречь при рубке сосновый подрост в Ткаченко М. С. (1933) установил, а затем другие исследователи подтвердили, что сохранение подроста не только создает экономию трудовых и денежных затрат на лесовосстановление, но и сокращает период наступления эксплуатационной спелости древостоев на 20−40 лет.

Успешное естественное возобновление за счет сохранения предварительного возобновления отмечено для сосновых лесов Урала. В сухих условиях произрастания оптимизм возобновления под пологом спелых и перестойных насаждений сосны отмечен при полноте 0,7 (Воробьев, 1967), в свежих — 0,8−0,9 (Романов, 1963; Воробьев, 1967); для сосновых лесов Урала — 0,6−0,7 (Луганский, 1974).

Ряд авторов (Побединский, 1986; Обыденников, 1990, 1986 и др.) указывают на прямую зависимость успешности лесовозобновления от технологии лесозаготовок. Степень воздействия лесозаготовительной техники на почвенно-растительный покров различается в зависимости от зонально-типологических особенностей лесов, сезона заготовок, конструктивных особенностей машин и технологических процессов лесосечных работ. На сплошных вырубках в одном и том же типе соснового леса в зависимости от сезона и технологии вырубок, сохранности подроста, способа очистки лесосек, степени минерализации почвы и условий обсеменения могут образоваться несколько качественно различных эколого-динамических рядов возобновления и развития насаждений — типов формирования (Соловьев, 1968; Санников, 1970; Соловьев, Санников, 1997). Наиболее негативные воздействия проявляются в регионах с избыточным увлажнением и мерзлотными почвами, а также в горных лесах (Побединский, 1955).

Проведенные в последние годы многими авторами (Петров, 1974; Данилик, 1975, 1979; Обыденников, Выхин, 1976, 1978; Обыденников, 1982, 1996 и др.) исследования также подтверждают, что влияние лесозаготовительной техники на применение отдельных структурных частей фитоценоза определяется лесорастительными условиями и типами применяемых механизмов. По данным Зябченко С. С. (1984), использование современных лесозаготовительных машин при сложившейся технологии в преобладающих типах леса приводит к высокому (65−80%) уничтожению подроста.

При разработке лесосек трелевочные механизмы во время раз воротов и движения с грузом и без груза гусеницами и трелюемыми деревьями нарушают живой напочвенный покров, лесную подстилку и верхние слои почвы. На летних лесосеках наиболее заметное воз действие на поверхность почвы проявляется в лишайниковых и вересковых типах леса. В этих лесорастительных условиях минерализуется (полностью или частично) 13−20% поверхности почвы.

В сосняках брусничниках при работе механизмов минерализуется 10−17% поверхности почвы. Несколько пониженный процент минерализации объясняется более развитым живым напочвенным по кровом и наличием плотной лесной подстилки.

При разработке лесосек в сосняках черничниках минерализуется 8−16% поверхности почвы. Распределение минерализованных мест на вырубках неравномерное (встречаемость 32−46%).

По данным Санникова С. Н. (1997), на сплошных вырубках различных типов при близких условиях обсеменения (до 50 м) численность жизненного самосева сосны последующего поколения на вырубках зимнего сезона во всех типах леса не превышает 2,0−2,5 тыс. га. Она в 5−10 раз ниже, чем на гарях и вырубках с частичной минерализацией почвы (10−27%). Густота самосева сосны изменяется почти пропорционально последней и достигает 4−12 тыс. шт./га и достаточна для удовлетворительной оценки возобновления. Для сравнения можно привести данные по воздействию лесозаготовительной техники в других районах. При использовании ЛП-19 в ельнике липняковом на Урале участки с сильной степенью минерализации почвы составили 65%. (Пономарев, Смердов, 1979). В темнохвойных лесах

Свердловской области агрегатная техника (ЛП — 19, ЛП — 18, ТТ — 4) изменяет 90−95% поверхности лесосеки (Данилик, 1978). Д! По данным Вялых Н. Н., Гущина В. А. (1991), при проведении сплошных концентрированных рубок на Европейском севере без сохранения подроста с использованием агрегатной техники ВТМ ЛП — 49 и валочно-сучкорезных машин (локомо и софиты) подрост, подстилка и живой напочвенный покров уничтожается. При этом минерализация достигает 80−90%. Плотность почвы увеличивается в 1,2−1,4 раза, что отрицательно сказывается на свойствах почвы и после дующем возобновлении. 70−80% площадей, вышедших из-под еловых древостоев, возобновляется березой. Процесс возобновления вы рубок растягивается на 15−20 лет.

Самые значительные размеры повреждения почв, разрушения их морфологического строения и уплотнение наблюдаются в процессе трелевки, обрезки сучьев и погрузки древесины на транспорт. На трелевочных волоках и сучкорезно-погрузочных пунктах почвенный покров уплотняется до 15−70 см, глубина корней достигает 45−50 см (Серый, 1997). При небольшом числе рейсов трактора 4 — 6 на дренированных почвах на волоке создается перемешанный горизонт минеральной почвы с органикой (подстилка, покров, хвоя, кора и т. д.). При увеличении количества рейсов волок углубляется на песчаных и супесчаных почвах на 5−15%, уменьшается общая скважность, на 17−22% увеличивается масса верхнего горизонта, а на среднесуглинистых почвах эти показатели изменяются соответственно на 17−23% и 47−50% (Побединский, 1973; Петров, 1974). На лесосеках темнохвойных лесов Свердловской области после работы тракторов марки ЛП-18, ЛП-19, ТТ-4 плотность почвы увеличивается в 2,5 раза. 1 Данные В. С. Серого и др. (1991, 1997) для Европейского Севера свидетельствуют, что восстановление свойств почвы происходит за 25−70 лет, плодородие не ранее, чем за 30 лет. Исследуя силу воздействия различных механизмов, авторы указывают, что удельное давление ЛП-49 в 1,5 раза выше допущенного. При использовании ЛП-49 в бесснежный период на 80−90% площади лесосеки нарушается почвенный покров. Минерализация 40 — 56% общей площади. Лесная подстилка на нарушенных участках (на вырубках 1-го десятилетия она отсутствует) начинает формироваться на 15−20 год после рубки. Плотность верхних смешанных горизонтов на 3−16% выше, чем на кострище (А₀, А₂, А1; нижележащих (В1 В₂, В₀) — на 5−20%. Меньше уплотняются почвы тяжелого механического состава и пески, сильнее — легкие и средние суглинки.

Ряд авторов (Прудов, Серый, 1987; Газизуллин, Сабиров, 1989, Аникеева и др., 1990) отмечают, что плотность подзолистых почв при использовании агрегатной техники возрастает до 1,7−1,8 г/ см³ (способность почвы к самовосстановлению ослабевает или полностью утрачивается).

Наиболее сложной является динамика почвенного азота. Потери азота после вырубки больше в богатых почвах, но восстановление прежнего уровня происходит там быстрее, чем в бедных почвах. Отмечено, что содержание азота в почвенном растворе и уровень азотификации больше после вырубки. Торфянисто-подзолисто-глеевая почва более чувствительна к вырубке леса (Нобель М.Р., 1990).

По данным Зябченко С. С. (19 984), применяемые на сплошных рубках механизмы сходны по характеру воздействия на поверхность почвы, но различаются по степени воздействия на нее (проценту минерализации почвы).

По материалам Залесова С. В., Платонова Е. П., Лопатина К. И., Годовалова Г. А. (1995, 1996) отмечается в целом слабая изученность вопросов сохранности подроста предварительной генерации при лесозаготовках и накопление подроста последующей генерации, процессов естественного лесовосстановления, заболачиванию вырубок, смене пород. Подчеркиваются неоправданные затраты средств на создание лесных культур в условиях, где при соблюдении технологий лесозаготовок для успешного лесовосстановления вырубок достаточно было провести простейшие меры содействия естественному возобновлению.

Исследования проведены на вырубках 3−5 — летней давности Мегионского лесхоза Тюменской области Ханты-Мансийского автономного округа. В работе указывается, что строгое соблюдение технологии лесозаготовок при проведении сплошнолесосечных рубок в сосняках мшисто-ягодниковых и лишайниковых позволяет обеспечивать успешное естественное возобновление вырубок в течение 3−5 лет хозяйственными породами без проведения лесокультурных работ.

Учет типа леса при проектировании лесовосстановления вырубок позволяет снизить объем лесокультурных работ за счет исключения их проведения на вырубках мшисто-ягодникового, лишайникового и разнотравного типов леса.

По данным Вялых Н. И. (1991), Серого В. С. (1997), на вырубках, образовавшихся после разработки лесосек ЛП — 49, складываются в течение 1-го десятилетия весьма неблагоприятные лесорастительные условия для проведения последующего возобновления хвойных пород. Создалась реальная угроза возможного разрыва между рубкой и лесовосстановлением ежегодно на площади 20 тыс. га.

Сплошные концентрированные рубки, проводимые без сохранения подроста с применением машин ЛП-49, приводят к формированию луговиковых, вейниковых и долгомошных вырубок, на которых возобновление хвойных пород обычно растягивается на 10−20 лет.

Важную роль в обеспечении естественного возобновления имеет оставление обсеменителей с одновременной минерализацией почвы и качественная очистка лесосек от порубочных сегментов.

Автором считается, что лесовозобновление сосной на вырубках удовлетворительно происходит после рубок сосняков: лишайниковых, вересковых и брусничников по сравнению с более производительными типами леса.

По данным Чертовского В. Г. (1963) и Артемьева А. Н. (1970) в Архангельской области в течение I десятилетия около 60−65% вырубок успешно возобновляются хвойными и лиственными породами и за 20-летний период — 80%.

Теринов Н.Н. (1991) также указывает на высокую эффективность использования предварительной генерации подроста, что возможно при соблюдении соответствующих технологий. Установлена взаимосвязь количества подроста предварительной и последующей генерации с расстоянием от стены леса. Отмечено, что 84% подроста последующей и 60% предварительной генерации находится на расстоянии до 5 м от стены леса. В зависимости от микрорельефа и состояния поверхности почвы количество хвойного подроста последующей генерации распределялось следующим образом: 57% от общего количества находится в противопожарных бороздах вблизи стен леса, по 10% - на минерализованных микроповышениях и микропонижениях и 33% - на участках с неповрежденной поверхностью почвы. Сохранение достаточного количества предварительного подроста обеспечило бы формирование подростов со значительным участием их в составе хвойных пород. Однако в горных лесах Среднего Урала сплошная минерализация почвы при сплошно-лесосечных рубках в хвойно-лиственных насаждениях не обеспечивает успешного восстановления этих участков хвойными породами.

Таким образом, для лесных экосистем одним из дестабилизирующих факторов катастрофического действия являются именно сплошные рубки (Перевозникова, 1991), но их последствия можно смягчить разработкой мероприятий, направленных на рациональное лесопользование и грамотное лесовосстановление, основанные на закономерностях лесообразовательного процесса. Огромную роль по снижению отрицательного воздействия сплошных рубок на среду играет подготовка длительных прогнозов на основе как можно большего количества фактического материала. Тот же автор на основе экспериментального материала указывает на возможность типизации комплекса условий микросреды на вырубках по способности к заселению древесными хвойными породами, распространяя ее на вырубки любого типа и региона:

1. Улучшенные для заселения хвойными породами условия микросреды.

Лабильные, реагирующие на применение погодных условий.

Ухудшенные для заселения хвойными породами.

Направление лесовосстановления на вырубках во многом зависит от условий микросреды после проведения рубки. Важны такие факторы, как сохранение подроста, обсеменителей, захламленность территории, степень минерализации почв. Титов (1991) указывает, что успешное последующее возобновление хвойными породами происходит на вырубках с сильной минерализацией почв.

Наблюдается зависимость процессов возобновления от механического состава почв (Вихров, Грибанов, 1991). На песчаных почвах вырубки в основном возобновляются чистыми сосновыми древостоями, на суглинистых восстановление происходит через смену пород на мягколиственные, но после их смыкания отмечается благонадежный прирост (подрост) хвойных пород. Восстановительные процессы тесно связаны с общим плодородием почв, мощностью лесной подстилки и т. д.

Луганский Н.А. (1991) отмечает, что на север процесс восстановления ослабевает из-за ухудшения температурного режима и в связи с накоплением мощности подстилки. В срок до 5 лет после рубки возобновляются вырубки сосняков брусничных, зеленомошно-ягодниковых, причем доля успешного возобновления составляет 71−100%. Смолоноговым, Шиховой (1987), Смолоноговым (1986) выделяются 6 стадий онтогенеза в лесу:

1 — стадия возобновления (инфантильная) — появление и накопление всходов (самосев), их индивидуальный рост в разомкнутом состоянии;

— стадия молодняка (ювенильная) — жизнь особей (в условиях образования биогрупп) под пологом других лесообразователей или материнских древостоев;

— стадия жердняка и большого роста (2-я ювенильная) — усиление ростовых процессов, дифференциация и отход особей, отставших в росте в условиях высокой сомкнутости полога, формирование второго древесного яруса под пологом других лесообразователей или материнских древостоев;

— стадия возмужания (1 адолесцентная) — активные ростовые процессы, начало плодоношения особей верхнего полога, начало плодоношения особей в верхний полог;

— стадия зрелости (2 адолесцентная) — обильное плодоношение, снижение интенсивности и стабилизация ростовых процессов;

— стадия старения и отпада (сенильная) — ослабление плодоношения, замедление ростовых процессов, отмирание отдельных частей, затем гибель всего дерева разрушение древостоя в целом. Возобновление вырубок процесс сложный, идущий постепенно и зависящий от огромного ряда факторов, в том числе климатических и исходных почвенных условий, применяемых технологий и мероприятий по лесовосстановлению, применению микросреды после рубки, степени минерализации почвы, возраста вырубки и т. д. Наиболее рациональным и быстрым путем восстановления хвойных пород признано сохранение семенников, тонкомера и подроста (Бондарчук И.П. и др., 1988).

В связи с этим были подобраны участки вырубок разного возраста, разных групп типов леса, с различной степенью минерализации, в которых закладывались ППП, древостой находятся на различных стадиях возрастной восстановительной динамики. В то же время имеется необходимость расширения спектра ППП, а мониторинг в таких лесных экосистемах должен вестись как можно более значительный срок и систематически.

2.3 Динамика нижних ярусов на сплошных концентрированных вырубках

Удаление древостоя в процессе рубок увеличивает доступ солнечной энергии и атмосферных осадков к поверхности почвы. На вырубках изменяется температурный и водный режимы воздуха и почвы, активизируются микробиологические процессы и в результате под пологом леса складываются измененные по отношению к микроклимату экологические условия. Последние определяют динамику развития живого напочвенного покрова и в комплексе с другими факторами (наличие источников обсеменения, состояние почвы и подстилки) влияют на ход естественного возобновления вырубаемых площадей (Зябченко, 1984).

Увеличение освещенности, повышение температуры воздуха и почвы, количество выпадающих осадков на сплошных вырубках способствуют интенсивному разрыхлению лесной подстилки, в результате чего ее мощность уменьшается, а почва обогащается продуктами распада, главным образом, азотом, снижается кислотность (Лазарева, Морозова, 1979). Высокая кислотность почв на вырубке может быть одной из причин плохой приживаемости и роста всходов сосны. По мере разложения лесной подстилки и уменьшения плотности мохового покрова улучшаются условия для появления и развития всходов сосны.

С давностью рубки увеличиваются различия травяно-кустарникового яруса и через 3−4 года после рубки существенно меняется весь облик растительности. При увеличении массы в 7,9−8,8 раза из травяно-кустарникового яруса практически исчезают свойственные темнохвойным насаждениям виды (кислица, майник, седмичник, грушанка, черника), а их место занимают светолюбивые виды (вейник лесной, золотая розга, иван-чай и т. д.). Обычно на 3−4 год вся вырубка покрывается травостоем средней высоты 46−50 см (Данилик, Исаева, 1969).