Восстановление полидоминантных разновозрастных лесов как
advertisement
Центр по проблемам экологии и продуктивности лесов РАН Концепция восстановления хвойно-широколиственных лесов В.Н. Коротков Биологический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова Научный консультант – профессор, д.б.н. О.В. Смирнова УСТОЙЧИВОЕ УПРАВЛЕНИЕ ЛЕСАМИ (Sustainable Forest Management), «Ведение лесного хозяйства и использование лесов и лесных земель с целью сохранения их биологического разнообразия, продуктивности, способности к восстановлению, жизнеспособности и возможности выполнять в настоящем и будущем важные экологические, экономические и социальные функции на местном, национальном и глобальном уровнях» (Министерская конференция по защите лесов Европы, Хельсинки, 1993) Основы государственной политики в области использования, охраны, защиты и воспроизводства лесов в Российской Федерации на период до 2030 года (утверждены распоряжением Правительства Российской Федерации от 26 сентября 2013 г. №1724)р При решении задачи сохранения экологического потенциала лесов предусматривают: Сохранение генетического, видового, экосистемного и ландшафтного разнообразия лесов, а также предотвращение фрагментации лесов (в первую очередь лесов, имеющих высокую экологическую ценность); Разработку и применение технологий, обеспечивающих сохранение экологических функций лесов и их биологического разнообразия, включая методы использования лесов, имитирующие их естественную динамику и обеспечивающие формирование разновозрастных многопородных насаждений. Реализация предложений, заложенных в этом документе, наталкивается на сложности, связанные с недостаточной методической проработкой подобных работ Теоретические основы для разработки концепции восстановления хвойношироколиственных лесов Концепция gap-mosaic [The mosaic-cycle concept of ecosystem, 1991; Восточноевропейские широколиственные леса, 1994; Восточноевропейские леса…, 2004] Современные представления о популяционной организации ненарушенного биогеоценотического покрова лесных территорий [Восточноевропейские леса…, 2004; Смирнова, Торопова, 2008] Реконструкция потенциального лесного покрова в доантропогенный период (Восточноевропейские леса…, 2004; Смирнова и др., 2006, 2015) Область применения концепции Зона хвойно-широколиственных лесов, ВосточноЕвропейская равнина Особо охраняемые природные территории (национальные парки, природные парки, заказники и др.), леса рекреационного назначения и другие категории защитных лесов Концепция gap-mosaic Схематическое изображение мозаики возрастных парцелл в хвойно-широколиственных лесах (Восточноевропейские леса…, 2004) Малонарушенные леса должны быть разновозрастными, многовидовыми и гетерогенными практически во всех биомах Земли Абсолютная разновозрастность популяций деревьев Мозаика возрастных парцелл (разного возраста и состава), возникших в результате смерти одного или нескольких крупных деревьев Видовой состав молодого поколения деревьев определяется размерами «окон». В «окнах» небольшого размера (0,03-0,06 га) благоприятны для подроста теневыносливых видов. Светолюбивые виды могут выжить и успешно расти лишь в крупных «окнах» (более 0,25 га) Мозаика ветровально-почвенных комплексов разного возраста, валежник разных стадий разложения Важная роль крупных фитофагов и грибов Высокое биоразнообразие (максимальное видовое богатство и присутствие разных видов, различающихся особенностями экологии и биологии). Современные представления о популяционной организации ненарушенного биогеоценотического покрова лесных территорий [Восточноевропейские леса…, 2004; Смирнова, Торопова, 2008] Схематическое изображение зоогенных мозаик, сформированных зубрами и бобрами (Восточноевропейские леса…, 2004) • Лесные участки с гэп-мозаикой чередовались с зоогенными полянами, (широкое распространение экотонных сообществ) • Бобровые ландшафты в поймах рек (плотины, каскады прудов, подтопление, формирование низинных болот, бобровые лесосеки) • Мозаики, формируемые насекомыми и грибами • Разнообразие мозаик определяло высокое видовое разнообразие биоты (значительная доля светолюбивой флоры) Особенности доагрикультурных климаксовых сообществ (Восточноевропейские леса…, 2004) Наличие всех видов данного физико-географического района, экологические потребности которых удовлетворяются в тех или иных микроместообитаниях; Максимальная внутриценотическая гетерогенность, обусловленная постоянно существующими в динамическом режиме популяционными мозаиками ключевых видов животных, растений и грибов; Абсолютная разновозрастность особей в популяциях деревьевэдификаторов; Наличие разнообразных микроместообитаний, обусловленное мозаикой окон возобновления, ветровально-почвенных комплексов, зоогенных и микогенных нарушений и определяющая возможность совместного обитания в пределах сообщества экологически различных групп видов; Дифференциация возобновления древесных видов по микроместообитаниям; Особенности доагрикультурного растительного покрова (ранний голоцен – мезолит (10–8 тыс. л.н.) и средний голоцен – неолит (8-6 тыс. лет)) (Восточноевропейские леса…, 2004; Смирнова и др., 2006) Совместное обитание видов темнохвойных (ель и пихта) и широколиственных (дуб, липа, ясень, клен, вяз и др.) деревьев Мозаика лесных участков, чередующихся с луговыми или степными участками зоогенного происхождения Наличие травяных (луговых и степных), лесных сообществ и экотонов в пределах доисторических экосистем определяло возможность приживания и устойчивого существования в растительном покрове светолюбивых видов деревьев, кустарников и трав. К светолюбивым видам деревьев, не возобновляющихся в современных лесах, относятся дуб черешчатый, сосна обыкновенная, лиственница сибирская Сложная пространственная структура ненарушенных лесов доагрикультурного типа определяла высокое видовое разнообразие различных групп живых организмов Особенности современных лесов Современные леса сформировались в результате длительного антропогенного воздействия, связанного с сельскохозяйственным освоением территории (распашка, выпас, сенокошение), сплошными рубками, пожарами, лесохозяйственными мероприятиями (создание лесных культур, санитарные рубки и рубки ухода) Абсолютное преобладание вторичных лесов; доминирующее положение в них заняли вторичные мелколиственные леса из березы и осины, а также монокультуры ели и сосны Многовидовые полидоминантные хвойно-широколиственные леса уступили место одновозрастным моно- и олигодоминантым Лесные сообществ отличаются обедненным видовым составом, одновозрастным характером древостоев, нарушенностью мозаично-ярусной организации ценозов Фрагментация лесов (лесные массивы имеют островной характер, поскольку окружены сельскохозяйственными угодьями и населенными пунктами) Важным лимитирующим фактором, препятствующим восстановлению лесов, является ограниченные возможности расселения позднесукцессионных видов деревьев Особенности современных лесов Ставка на создание лесных монокультур на обширных территориях может привести к снижению биоразнообразия, возрастанию риска повреждения культур в результате вспышек размножения патогенных микроорганизмов и энтомовредителей, уменьшению почвенного плодородия, снижению почвозащитных и водоохранных функций (Воронцов, 1978; Гримальский и др., 1981; Стороженко и др., 1992; Восточноевропейские…, 2004; Gamfeldt et al., 2013 и др.) Действующие нормативы ведения лесного хозяйства не благоприятствуют восстановлению смешанных лесов зонального типа. Чаще всего на месте вырубок, гарей, погибших древостоев создаются монокультуры ели или сосны без примеси широколиственных пород или формируются мелколиственные леса с доминированием березы и/или осины. Восстановление полидоминантных хвойно-широколиственных лесов невозможно в эксплуатационных и защитных лесах и не всегда возможно даже на ООПТ при заповедании. Усыхание еловых культур в Московской области (Звенигородская биостанция) Отечественный опыт лесовосстановления Ф.К. Арнольд (1898), А.П. Тольский (1921), Г.Ф. Морозов (1948), М.Е.Ткаченко (1952), В.В. Огиевский (1949, 1950), В.Г. Нестеров (1950, 1954), П.С.Погребняк (1963) и др., указывали на высокую продуктивность смешанных насаждений по сравнению с чистыми за счет более полного использования почвенного плодородия, света, влаги и т.д. Одна порода не в состоянии так полно использовать почвенное плодородие, как это делает смешанное насаждение, охватывающее и использующее корневыми системами более мощный слой почвы. Много примеров создания смешанных культур в практике лесоводов России, Белоруссии, Украины. Обычны двухвидовые культуры. Многовидовые – редки. Один из многочисленных примеров: Якубюк А.Н. Лесные культуры в лесопарковом поясе Москвы // Лесное хозяйство. 1960. №12. После 1945 г. в лесные культуры вводились: сосна, ель, лиственница, пихта, кедр, дуб, береза, клены, ясени, липа, тополи, вяз, каштан, орех маньчжурский, рябина, яблоня, груша, вишня, слива, бархат амурский, орех серый. Из кустарников – желтая акация, спиреи, черемуха, клены, барбарис, жимолость, крушина, гордовина, дерены, жасмин, ива, свидина, шиповник, аралия манчьжурская, бересклет, боярышник, дрок, снежная ягода, пузырник, калина, можжевельник, ирга, бузина. Вариантов смешения по породному составу (без кустарников) насчитывалось около 150. Рост и вид культур при полосном смешении и клетками (биогруппами) выгодно отличается от смешения рядами и в рядах. В кв. 4/2 Лосиноостровской дачи на легких суглинках с нормальным увлажнением в 1951 г. был посажен дуб полосами (10 рядов) с размещением 3х1 м саженцами 4-6 лет. В кв. 49 – культуры биогруппами. Состояние хорошее. При смешении рядами – дуб глушится. Наиболее эффективно полосное смешение в 4-10 рядов каждой породы или биогруппами площадью до 0,1 га. Такие культуры быстрее сомкнулись, не заглушали расположенную рядом другую породу. С момента плодоношения, особенно после прочисток и прореживания, они образуют самосев, взаимно проникающий в ряды соседней породы, создавая впоследствии смешанные насаждения, особенно успешно при своевременном вмешательстве человека. Куртинные посадки создают красивый ландшафт. Они должны состоять из чистых культур небольших по площади (до 0,1 га), требующих буквально повседневного ухода. Возраст посадочного материала для Лц, Кл, Вз, Лп, Я, Рб, Д, Е – 4-5-6 лет, для сосны 2-3 года, для березы 3-4 года. Размещение для культур паркового характера – 4х2 и 3х2 м. Для обычных культур – 2х1,5, 2х1 м. При полосном смешении пород – расстояние между полосами – 3 м. Размер клеток – 50х50 м, 50х25 м. Смешанные гнездовые культуры (Московская область, Горки Ленинские) Мемориальный лесопарк (лесной участок № 2, выдел 63). Гнездовые культуры были заложены в 19481949 годах З.Ф.Томашевич на площади 1 га. Гнезда размещаются по схеме 3х5 м, площадь каждого гнезда составляет от 2 до 4 м2. Культуры представляют собой чистые и смешанные группы из дуба, березы, сосны, лиственницы, клена остролистного, вяза гладкого, ясеня пенсильванского, клена ясенелистного. Наибольшей скоростью роста в высоту отличается береза бородавчатая как в чистых, так и в смешанных гнездах при любом сочетании с другими видами деревьев. Дуб угнетается лишь при совместном произрастании в гнездах с быстрорастущими видами (березой, сосной, лиственницей), а в гнездах с липой, вязом, кленом остролистным превосходит их по скорости роста в высоту. Наиболее успешно все породы развиваются лишь в одновидовых гнездах. В настоящее время высота березы в одновидовых гнездах составляет от 23 до 26 м, дуба - 18-22 м, остролистного клена - 20-22 м, лиственницы - 21-24 м, сосны - 21-22 м, ясеня пенсильванского - 19-20 м. Невысокая плотность гнезд (667 на 1 га), хорошая световая обстановка под пологом гнездовых культур, а также переход деревьев 1 яруса в генеративное состояние и занос семян с прилегающих лесных территорий привели к формированию сомкнутого яруса подроста из клена, липы и ясеня и подлеска из жимолости лесной, рябины, бересклета бородавчатого. В травяном покрове преобладают лютик кашубский, гравилат городской, медуница неясная, зеленчук желтый, живучка ползучая и др. Недостатком этих культур является использование интродуцента – ясеня пенсильванского вместо ясеня обыкновенного. Смешанные гнездовые культуры, заложенные на месте пашни в середине прошлого века, в настоящее время представляют собой сомкнутые полидоминантные насаждения с густым подростом основных широколиственных пород, наличием кустарникового яруса, отличающиеся высоким биоразнообразием Мировая практика лесовосстановления Монокультуры очень широко распространены, смешанные насаждения создаются значительно реже. Cчитается, чистые культуры как правило, нежелательны, однако экономические преимущества монокультур превышают лесохозяйственные недостатки. Наиболее важным из этих преимуществ являются: проще дополнять культуры, проще вести уход, проще заготавливать древесину. В последнее десятилетие растет внимание к смешанным культурам. Появились обзоры (Nadrowski et al. 2010; Scherer-Lorenzen 2014; Verheyen et al., 2015), которые свидетельствуют, что продукцию биомассы и оказание других экосистемных услуг можно увеличить с помощью повышения разнообразия деревьев. Лесные насаждения, которые отличается высоким разнообразием генотипов и видов, а также сложной структурой лучше адаптированы к изменяющимся условиям окружающей среды, чем монокультуры (Van Hensbergen 2006; Bauhus et al., 2010). Необходимость разработки новых более разнообразных лесных культур, которые могут улучшить стабильность насаждений, продуктивность и предоставление экосистемных услуг. TreeDivNet - A UNIQUE PLATFORM FOR ECOSYSTEM RESEARCH IN TREE DIVERSITY EXPERIMENTS WORLDWIDE - http://www.treedivnet.ugent.be/ 18 экспериментальных площадок в бореальном, умеренном, средиземноморском, субтропическом и тропическом регионах Размеры пробных площадей от 10 м2 до 4 га Число древесных видов от 1 до 24 Возраст культур от 1 года до 15 лет FORBIO (Бельгия) – схема экспериментов (Verheyen et al., 2013 Основаны в 2009 и 2012 гг. Задача: оценить эффект разнообразия деревьев на лесное биоразнообразие и функции экосистем Формирования разновозрастных лесов путем проведения котловинных рубок с сохранением подроста Площадь окон – 0,2-0,4 га Сроки примыкания 30-40 лет Посадка или посев дуба в окнах Молодое поколение подлежит рубкам ухода соответственно своему состоянию и возрасту Эксперименты в широколиственных лесах, например, в Липниковском лесничестве Львовской области (Восточноевропейские широколиственные леса, 1994). Московская область Природно-исторический заповедник "Горки" Природно-исторический заповедник "Горки" (южная часть ближнего Подмосковья) Территория расположена в северной части Среднерусской возвышенности в пределах МоскворецкоОкской моренно-эрозионной равнины на водоразделах рек Пахры и Москвы. Территория относится к Подольско-Коломенскому району широколиственных лесов с участием ясеня и ели. Особенности лесных массивов: типичные по породному составу и строению леса, характерные для средней полосы европейской России; лесные массивы имеют островной характер; лесные фитоценозы отличаются обедненным видовым составом и одновозрастным характером древостоев, что является результатом многовековой хозяйственной деятельности человека. Эксперименты по восстановлению хвойно-широколиственных лесов В послепахотных березняках Богдановского лесопарка занос семян позднесукцесионных видов крайне ограничен большим расстоянием. В настоящее время под пологом березовых лесов формируется кустарниковый ярус из кустарников (лещины, крушины, рябины и других видов). Анализ возобновления древесных видов показывает, что оно во многих случаях недостаточно для формирования древостоев. В будущем, после распада березняков здесь возможно формирование сообществ с преобладанием лещины. В Богдановском лесопарке, начиная с 1988 г. были заложены эксперименты по восстановлению лесов. В результате проведения котловинных рубок были созданы «окна» размерами 0,16-0,25 га, в которые высаживались зональные эдификаторы (дуб черешчатый, липа мелколистная, клен остролистный, ясень обыкновенный, ель европейская). Схема эксперимента по восстановлению хвойношироколиственных лесов в 25-26 кварталах Богдановского лесопарка 26 квартал: экспериментальные котловинные рубки 1988 года с посевом и посадкой культур дуба черешчатого 25 квартал: вырубки 1994-96 гг. с лесными культурами липы мелколистной, ели обыкновенной, клена остролистного, ясеня обыкновенного, дуба К настоящему времени культуры перешли в генеративное состояние – в центре лесного массива сформировались источники семян позднесукцессионных видов деревьев Звенигородская биостанция -2014 www.maraquia.com/ru/zve nigorod_msu_bio_station Смешанные культуры на месте сплошных санитарных рубок засохших ельников Посадка дуба, липы, клена, ясеня, ели, ильма чистыми биогруппами размером 10 м х 10 м с шахматным размещением Направления работ по восстановлению разновозрастных полидоминантных лесов 1) Восстановление структурного разнообразия (разновозрастной системы мозаик окон возобновления) путем проведения котловинных рубок. Имеющиеся расчеты и данные показывают, что оптимальные размеры окон составляют по диаметру 1,5-2 высоты окружающего полога леса (0,2-0,3 га). 2) Восстановление видового разнообразия должно базироваться на естественном возобновлении в сочетании с созданием лесных культур недостающих древесных видов. Задача - формирование гетерогенной разновозрастной и разновидовой мозаики (разными цветами показаны насаждения с доминированием разных видов и разного возраста; необязательно элементы мозаики должны быть прямоугольной формы) 3) Восстановление генетического разнообразия популяций древесных видов. При закладке питомников необходимо использовать гетерогенный семенной материал из близлежащих локальных популяций древесных видов. Рекомендуемый ассортимент посадочного материала Рекомендуемый должен включать максимально полный набор видов деревьев и некоторых кустарников, характерных для хвойно-широколиственных лесов. Уточнение видового состава деревьев и их количественного соотношения должно основываться на результатах натурного обследования территории: Геоботанические описания Анализ состояния популяций древесных видов, в том числе анализ естественного возобновления (видовой состав, онтогенетическое состояние и жизненность подроста). Оценку типов условий местопроизрастания Для восстановления потенциального разнообразия лесных сообществ необходимо предусмотреть возможность реинтродукции утраченных видов деревьев (например, граба обыкновенного, лиственницы сибирской, пихты сибирской, сосны сибирской). Рекомендуемый ассортимент посадочного материала Сосна обыкновенная Ель европейская Ольха черная Лиственница сибирская Ольха серая Пихта сибирская Береза повислая Сосна сибирская Береза пушистая Дуб черешчатый Осина обыкновенная Ясень обыкновенный Груша обыкновенная Липа мелколистная Яблоня лесная Клен остролистный Черемуха обыкновенная Вяз гладкий Рябина обыкновенная Вяз голый (ильм) Граб обыкновенный Состав лесных культур При выборе видового состава лесных культур преимущество надо давать тем видам, которые раньше были, а в настоящее время практически отсутствуют в пределах лесного массива. На большей части Европейской России преимущество надо давать широколиственным видам (дубу черешчатому, ясеню обыкновенному, грабу обыкновенному, липе мелколистной, клену остролистному, вязу голому, ильму), а также лиственнице сибирской и пихте сибирской, затем уже сосне и ели. Видовой состав и схема размещения лесных культур должны определяться не только работниками лесного хозяйства, но и лесными экологами, которые могут оценить современное состояние лесных массивов, эдафические условия, особенности естественного возобновления, состояние живого напочвенного покрова, возможности заноса семян древесных видов с соседних территорий Принципы проектирования лесных культур Насаждения должны быть устойчивыми, долговечными и красивыми (Д.Н. Маринин, лесничий Мытищинского лесопарка, 1952 г.) Формирование куртинно-полянного типа насаждений (группы деревьев чередуются с полянами и прогалинами). Для сохранения полян необходимо сенокошение. Опыт лесокультурных работ показывает нецелесообразность рядового смешения деревьев. Целесообразным признается кулисное смешение, когда несколько рядов одной породы чередуется с несколькими рядами другой породы, или создание одновидовых биогрупп разных видов деревьев в пределах одной лесокультурной площади. Рекомендуется посадка крупными саженцами. Не следует создавать густых посадок. Нужно формировать деревья с мощными кронами. Наибольшей устойчивостью против влияния вредных факторов обладают деревья, имеющие хорошо развитые кроны. Принципы создания лесных культур При равномерной посадке саженцев по схеме 3-5 м х 1-2 м, размеры одновидовых биогрупп могут быть 0,04-0,09 га Лучше использовать крупномерные качественные саженцы, если используются сеянцы, то густота посадки может быть увеличена Возможно создание культур густыми биогруппами из разных видов деревьев при размещении биогрупп по схеме 3-5 м х 5 м Посадка сеянцев и саженцев может проводиться вручную под меч Колесова или под лопату В междурядьях возможно выращивание декоративных и лекарственных растений местной флоры Предложение по созданию лесных культур на супесчаных дренированных почвах граб Размер биогрупп 20 м х 20 м. граб лиственница липа Расстояние между рядами 3 м, расстояние между саженцами в ярду – 1 м. сосна дуб сосна дуб лиственница клен граб липа лиственница граб дуб сосна дуб граб граб дуб сосна дуб липа лиственница дуб Предложение по созданию лесных культур на суглинистых дренированных влажных почвах пихта липа пихта липа пихта Размер биогрупп 20 м х 20 м. дуб граб вяз граб дуб кедр Кло кедр ясень кедр дуб ильм липа граб дуб пихта ясень пихта ясень пихта Расстояние между рядами 3 м, расстояние между саженцами в ярду – 1 м. Уход за культурами Необходим постоянный мониторинг за состоянием лесных культур и постоянный уход Междурядья прокашиваются, порослевое и семенное возобновление мелколиственных деревьев удаляется Проводятся рубки ухода (осветления и прочистки) Спасибо за внимание! Вопросы и пожелания приветствуются!
