Кедровые и лиственничные леса с участием кедра сибирского распространены небольшими массивами в юго-западной части Якутии, где образуют северо-восточную границу ареала кедра. Они занимают вершины и верхние части склонов невысоких увалов и не имеют распространения на более низких уровнях. В настоящее время площади кедровых лесов и лесов с участием кедра значительно сокращаются в результате пожаров и антропогенных факторов. В связи с этим все более остро встает проблема создания путей для сохранения и дальнейшего их воспроизводства.
Кедровые леса на северо-восточной границе ареала до настоящего времени специально не изучались. Работы, проведенные ранее в рамках общего изучения лесов, слабо отражают их структурные особенности. Поэтому результаты, изложенные в данной работе, могут послужить основой для использования в практических целях. Принимая во внимание природную специфику и своеобразные закономерности восстановления кедровых лесов, значительно отличающих их от других лесов, весьма актуально изучение возобновительных процессов на северо-восточной границе ареала в условиях многолетней мерзлоты.
Цель исследования: изучение возобновления подроста кедра в лесах Юго-Западной Якутии.
Материалы и методы исследования
Объектом исследований является кедр сибирский и леса с его участием в составе древостоя. Были применены полевые геоботанические и маршрутные методы исследований. Анализ флористического состава кедровых лесов выполнен на основании собственных таксационных описаний и фондовых материалов группы лесоведения ИБПК СО РАН. Описание лесной растительности, а также условий ее произрастания проведено по методике В.Н. Сукачева. Эколого-систематический анализ флоры произведен по А.Л. Бельгарду, Т.Н. Буториной и А.И. Толмачеву.
Динамика экоморфного состава флоры по стадиям от светлохвойных к темнохвойным прослежена с применением фитоценотического индекса, высчитываемого для каждого вида.
Для учета возобновления закладывались площадки различных размеров более чем в 100 разных участках леса.
При корреляционном анализе связи прироста подроста с климатическими данными использовали программу Excel. Для проведения корреляционного анализа прироста подроста кедра с климатическими данными применялись усредненные показатели прироста подроста за 15 лет.
Для изучения восстановления кедра сибирского проводился посев семян кедра сибирского в различных типах леса. При этом закладывались площадки по 5 м2 в 5 вариантах в 10-кратной повторности по следующей схеме: контроль; посев в лунки глубиной 2–3 см в ненарушенный покров; посев под подстилку в лунки на глубину 2–3 см с удалением напочвенного покрова; посев в лунки глубиной 2–3 см с удалением напочвенного покрова; посев в узкие бороздки на глубину 2–3 см.
Рост подроста кедра сибирского и других сопутствующих пород, в том числе численность и ход роста, изучали в типах леса, имеющих наибольшее распространение: лиственничных лесах бруснично-зеленомошных с участием кедра в подросте; лиственничных лесах с елью и кедром бруснично-зеленомошных; кедровых лесах с участием лиственницы бруснично-зеленомошных; кедровых лесах бруснично-зеленомошных; кедровых лесах с елью бруснично-зеленомошных. Для этих типов леса характерна средняя сомкнутость крон (0,6–0,7) [1].
Анализ корреляции прироста подроста кедра сибирского и климатических условий рассматривали на участке, лишенном взрослого древостоя, и под его пологом.
Результаты исследования и их обсуждение
В ходе проведения исследований в кедровых лесах, лиственнично-кедровых типах леса нами выявлено, что естественное возобновление кедра сибирского хорошее. Отмечается, что лучшие лесорастительные условия данного района исследований в лесах со средней сомкнутостью полога, независимо от количества участия взрослых деревьев кедра сибирского и примеси других пород. Данный факт является характерным для лесов района исследований и является несколько отличным от произрастания подроста кедра под пологом древостоя в основном ареале распространения данных типов леса.
Ранее нами было исследовано, что количество подроста кедра варьирует от 0,9 до 5,9 тыс. экз/га. Как отмечалось, количество подроста кедра в разных типах леса от лиственничников с участием кедра в подросте до лиственничников без участия в древостое приблизительно равны (таблица). Но с увеличением взрослых деревьев кедра в составе древостоя наблюдается количественное увеличение подроста кедра.
Изменение средней численности подроста разных пород в сукцессионном ряду кедровых лесов бруснично-зеленомошных групп, тыс. экз/ га
|
Порода |
Лиственничный лес бруснично-зеленомошиый с подростом кедра |
Лиственничный лес с елью и кедром бруснично-зеленомошный и близкие к нему типы |
Кедровник с лиственницей бруснично-зеленомошный и близкие к нему типы |
Кедровник бруснично- зеленомошный и близкие к нему типы |
Кедровник с елью бруснично-зеленомошный |
|
Кедр |
1,5 ± 0,3 |
1,9 ± 0,2 |
2,5 ± 0,3 |
5,9 ± 0,9 |
0,9 ± 0,04 |
|
Ель, редко пихта |
1,25 ± 0,2 |
1,б ± 0,1 |
1,7 ± 0,2 |
1,8 ± 0,2 |
1,3 ± 0,08 |
|
Лиственница |
1,0 ± 0,05 |
2,1 ± 0,04 |
1,8 ± 0,2 |
1,5 ± 0,1 |
0,3 ± 0,01 |
|
Сосна |
1,0 ± 0,04 |
0,4 ± 0,02 |
0 |
0,75 ± 0,1 |
0 |
|
Береза 1 |
0,75 ± 0,1 |
0,9 ± 0,04 |
1 ± 0,02 |
0,7 ± 0,07 |
0,65 ± 0,02 |
Наибольшая численность подроста кедра отмечается под пологом древостоев, где участие зрелых деревьев кедра в составе древостоя составляет от 3 единиц и более. Для этих типов леса характерна невысокая сомкнутость крон и отсутствие подлеска. Хорошо развит напочвенный покров, способствующий сохранению влаги и создающий оптимальные условия для развития всходов [2].
Условия обсеменения являются основным моментом для успешного возобновления лесов. Под пологом материнских пород подрост кедра развивается наиболее успешнее и быстрее.
В результате исследований выявлено, что подрост кедра в темнохвойных лесах с участием кедра развивается хуже, что связано с затенением подроста кедра. Вследствие чего совершается отпад подроста кедра и, наоборот, развитие подроста других темнохвойных пород. В лиственничных лесах с кедром зеленомошных для подроста свойственно сокращение темпов роста лиственницы, сосны и березы под пологом насаждений со средней и высокой сомкнутостью (рис. 1). Темпы роста ели и кедра происходят медленнее, несмотря на то, что они устойчивы к затенению.
Рис. 1. Ход роста в высоту подроста лиственницы (Л), сосны (С), кедра (К), ели (Е) и березы (Б) под пологом среднесомкнутых – 0,5–0,6 (1) и высокосомкнутых – 0,8 (2) древостоев лиственничника с елью и кедром бруснично-зеленомошного
Рис. 2. Коэффициент корреляции прироста подроста кедра сибирского от среднемесячной температуры воздуха (А) и (Б) суммы осадков на открытом участке и под пологом леса
Исследования взаимосвязи роста подроста кедра и погодных условий показали следующее. На открытых участках наблюдается незначительное увеличение температуры воздуха в мае и июне, что благоприятно влияет на прирост (показатель корреляции равен 0,25 и 0,26 соответственно). Взаимосвязь прироста и температурных условий в следующие месяцы летнего периода отрицательная (в июле г = –0,3, в августе г = –0,2) (рис. 2, А).
Связь прироста подроста на открытых участках с суммой осадков в мае и июне отрицательна и равна – –0,58 и –0,38 соответственно. В то же время связь со среднемесячными температурами положительная. Малое количество осадков и высокие положительные температуры положительно сказываются на ростовых процессов. В зимние месяцы с января по март осадки на открытых участках играют значительную роль (г = от 0,38 до 0,6) (рис. 2, Б). Осадки являются определяющим фактором формирования подроста в районе исследований, так как обеспечивают почву влагой. Нельзя не учитывать и световой режим. Он обеспечивает лучшие ростовые показатели подроста, который зависит от степени сомкнутости крон древостоя и развитием подлеска. Данное условие существенно определяет интенсивность активной обеспеченности корней деревьев минеральными веществами, что значительно влияет на конкурентоспособность древесных пород за обеспечение питательными веществами.
На участках под пологом древостоев наибольшее значение коэффициента корреляции прироста и среднемесячной температуры наблюдается с марта по май и равно 0,35–0,45. Связь с количеством осадков под пологом леса незначительна.
Главный «обсеменитель» кедра – кедровка. Она откладывает незначительные резервы семенных запасов на открытых участках, в особенности на вырубках, тем самым формируя условия для однородного прорастания подроста кедра.
Напочвенный покров играет большую роль в росте и развитии подроста. Так, следует заметить, что травяной покров может оказывать в большей степени негативное влияние на возобновление кедра. Заросшие травами участки избегает кедровка, и они плохо обсеменяются.
Среднеразвитый моховой покров оказывает благоприятные действия для появления сходов кедра и темнохвойных пород. Моховой покров дает значительное преимущество в возобновлении кедра и темнохвойных пород перед светлохвойными породами.
В районе исследований нами были проведены экспериментальные исследования по прорастанию всходов кедра. В ходе наблюдений выявлено, что наилучшие условия прорастания всходов отмечаются на молодом моховом покрове длиной более 4 см. Моховой покров удерживает в себе необходимую для прорастания влагу и одновременно необходимое тепло солнечного света.
Мощный моховой покров, в свою очередь, может играть и отрицательную роль для появления наибольшего количества молодых деревьев кедра.
В своем участии под пологом древесных пород подрост кедра сибирского может во многом иметь преимущества в своем развитии по сравнению с другими хвойными породами [3, 4]. В лесах с наиболее значительной сомкнутостью и относительно высокой степенью влажности развитие кедрового подроста несколько замедляется. Такого же рода формирование наблюдается у подроста ели, когда при возрастании сомкнутости и влажности возобновительная способность меняется. Тем не менее, количество подроста ели под темнохвойными породами остается высокой.
Особую значимость в восстановлении кедра способен играть подрост пихты сибирской (Abies sibirica). Устойчивое количество подроста пихты сибирской под пологом темнохвойных типов леса объясняется такими характеристиками, как большая теневыносливость и умение переносить подавление со стороны взрослого древостоя. В более хорошо освещенных местопроизрастаниях пихта способствует успешному развитию всходов кедра, формируя нужное притенение и защиту. Следует отметить, что в условиях, благоприятных для развития подроста ели и пихты, эти породы являются мощнейшими соперниками кедра сибирского.
Для подроста лиственницы наилучшие условия в лиственничных типах леса с участием ели и кедра, где условия влажности пригодны для прорастания семян и развития ее всходов. С увеличением сомкнутости крон и сформированном напочвенном покрове восстановительные способности лиственницы понижаются.
Следует выделить, что возобновление молодых деревьев разных пород на месте бывшей вырубки лиственного леса с елью и кедром бруснично-зеленомошном совершается сильнее, чем в лиственных лесах брусничного типа. Это доказывают исследования в разные годы в Юго-Западной Якутии, проведенные исследователями в разные годы [5–7].
Во всем ряду лиственничных типов леса брусничных, лиственничников с елью и кедром бруснично-зеленомошных имеется достаточно сформированный моховой покров, длительное время остающийся главным компонентом живого напочвенного покрова. Успешность обсеменения на таких участках зависит от количества откладываемых на запас семян кедровкой, а также благоприятными условиями развития всходов на участках с развитым моховым покровом [8–10].
Почти абсолютно на всех бывших вырубках лиственнично-кедровых и кедровых древостоев, вследствие собственной пластичности по отношению к освещенности, подрост кедра сибирского произрастает успешно. Также этому способствует присутствие подлеска и подроста иных пород, которые формируют нужное притенение.
Замечено, что в первые годы развития подроста кедра, ему требуется достаточно большая освещенность.
Увеличение температуры воздуха в июне и июле способно послужить причиной перегрева верхнего слоя почвы, вследствие чего почва иссушается. Повышение числа осадков во время начала прироста побегов в период с апреля по июнь, на участке без древостоя уменьшает рост молодых деревьев. Особенно это заметно на участках с наименьшим обилием мохового покрова.
В мае месяце прослеживается переувлажнение почвы оттаявшими водами и повышением влажности из-за протайки вечной мерзлоты (отрицательное значение корреляции).
Зимний период года (январь – март) сопряжен с весьма невысокими отрицательными температурами. По этой причине, присутствие мощного слоя снегового покрова способствует сохранению и защите корневой системы подроста древесных пород. Тем не менее в целом взаимосвязь прироста подроста кедра с осадками под пологом леса является незначительной.
Выводы
Стабильная высокая численность подроста кедра сибирского в разных типах леса на границе ареала свидетельствует об его высоком возобновительном потенциале в сравнении с другими хвойными породами при совместном их произрастании. Наибольшая численность подроста кедра отмечается под пологом древостоев, где участие зрелых деревьев кедра в составе древостоя составляет от трех единиц и более.
В темнохвойных лесах с участием кедра подрост кедра развивается хуже, что связано с его затенением. Вследствие совершается отпад подроста кедра.
Наилучшие условия прорастания всходов отмечаются на молодом моховом покрове длиной более 4 см. Моховой покров удерживает в себе необходимую для прорастания влагу и необходимое тепло солнечного света.
Почти абсолютно на всех бывших вырубках лиственнично-кедровых и кедровых древостоев, вследствие собственной пластичности по отношению к освещенности, подрост кедра сибирского произрастает успешно.
На участке, где древостой отсутствует, незначительное увеличение температуры воздуха в мае и июне благоприятно влияет на прирост. Увеличение температуры воздуха в мае и июне может послужить причиной перегрева верхнего слоя почвы, в результате чего почва иссушается.
Увеличение осадков во время начала процессов прироста побегов в мае и по сентябрь, на безлесном участке уменьшает прирост молодых деревьев.
Осадки в июле и некоторое понижение среднемесячной температуры благоприятно сказываются на ростовых процессов.
Зимний период года (январь-март) сопряжен с минусовой температурой. Мощный снеговой покров достаточно сильно благоприятствует сохранности и защите корневой системы подроста древесных пород.