Лесоводственные основы формирования лиственничных насаждений на юге Западной Сибири

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лесоводственные основы формирования лиственничных насаждений на юге Западной Сибири

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Вследствие интенсивного хозяйственного освоения южной части Западной Сибири естественные насаждения лиственницы сибирской исчезают из состава лесного фонда в равнинных условиях, а искусственное восстановление связано с недостаточной изученностью процесса ее выращивания в данных лесорастительных условиях. Расширение ареала лиственницы сибирской как естественным, так и искусственным путями имеет большое теоретическое и практическое значение (Крылов, 1962; Куликов, 1976; Левин, 1978; Милютин, 1983, 1986; Савин, 1983, 1988; Фуряев, Злобина, 1996; Чижов, 2003 и др.). Введение лиственницы сибирской в насаждения повышает их биоразнообразие и пожароустойчивость, с другой стороны - обеспечивает их более длительное влияние на окружающую среду вследствие замены лиственных пород в защитных лесных насаждениях в степях на лиственницу. Это связано с такими биологическими особенностями данного вида, как долговечность, быстрота роста, пожароустойчивость, способность произрастать на различных почвах в условиях континентального климата. Поэтому в горных и равнинных условиях юга Западной Сибири одной из актуальных проблем является формирование лиственничных насаждений.

Содержание работы

1 Состояние проблемы

1.1 Общая характеристика рода Larix Mill.

Лиственница рода Larix Mill. относится к хвойным породам с опадающей на зиму хвоей. Видовой состав рода постоянно уточняется. А.А. Качалов (1970) описал 20 видов, Е.Г. Бобров (1978) - 16, согласно лесосеменному районированию (1982) предусматривается переброска семян 13 видов. Это свидетельствует о продолжающейся работе по систематизации многочисленных гибридных форм лиственницы. Трудности выделения таксонов обусловлены свободной межвидовой скрещиваемостью (Милютин, 1986).

Ареал лиственницы находится в зоне бореальных лесов. При продвижении с запада на восток происходит смена видов в пределах рода. Лиственница европейская сменяется лиственницей Сукачева, далее произрастают сибирская, Чекановского, Гмелина. На Дальнем Востоке совместно произрастают несколько видов лиственницы (Поздняков, 1975; Коропачинский, 1983; Козубов, 1986; Милютин, 1993; Цветков, 2007; Наквасина и др., 2008). Граница лиственницы сибирской постепенно смещается на юго-запад (Дылис, 1959; Аbaimov, 1998).

1.2 Биологические особенности лиственницы сибирской

Как типичная порода континентального климата лиственница сибирская на обширных территориях Сибири при сравнительно низкой производительности имеет сплошной ареал, выходящий за пределы ареалов других хвойных пород. Однако в более оптимальных лесорастительных условиях европейской части страны лиственница сибирская уступает свои лидирующие позиции другим породам: ее ареал становится дизъюнктивным и встречается она лишь в виде примеси к другим древесным видам. Аналогичная картина имеет место и при распространении лиственницы от гор Алтая на равнинную часть Западной Сибири, где она произрастает на небольших площадях с низкой полнотой или отдельными деревьями среди других древесных пород.

Успешность роста лиственницы в экстремальных почвенно-климатических условиях достигается не только продолжительностью роста в течение вегетационного сезона: 87 дней против 39 у сосны обыкновенной (Тимофеев, 1958), но и интенсивностью нетто-ассимиляции хвои однолетних побегов (Gomers, 1990).

Наиболее ценный генофонд лиственницы сосредоточен в области оптимума ее произрастания, где потомство характеризуется самыми высокими показателями роста и устойчивости (Ирошников, 2004; Князева, 2011). В связи с тем, что лиственница является наиболее «молодой» хвойной породой, она способна к межвидовому скрещиванию с образованием различных рас (Козубов, Муратова, 1986; Ковылина и др., 2008; Ewers, 1981). Алтайская раса лиственницы сибирской распространена в Центральном, Южном и Монгольском Алтае. Популяция ее находится в горных районах Алтая и характеризуется преобладанием зеленошишечных форм с овальными семенными чешуйками. Эту расу Р.И. Дерюжкин и В.Г. Латыш (1975) предложили рассматривать как самостоятельный вид.

1.3 Искусственное восстановление лиственничных насаждений

Повышенная продуктивность культур лиственницы сибирской объясняется несколькими причинами и, в частности, продолжительностью роста в течение вегетационного периода. На интенсивность роста культур лиственницы сибирской в высоту значительное влияние оказывает густота посадки. Так, в опытах В.П.Тимофеева (1956) высота 7-летних культур составила: при густоте 48 сеянцев на 1 м² - 104 см, при густоте 32 шт. - 176 см, при густоте 17 шт. - 217 см, а масса среднего растения оказалась равной, соответственно, 52, 270 и 445 г.

По вопросам выращивания лиственницы имеется много разноречивых мнений, когда каждой позитивной точке зрения выдвигается диаметрально противоположная (Тимофеев, 1947; Лаас, 1956; Янушко, 1962; Никитин, 1966; Мякушко, 1987 и др.). Немаловажное значение для сохранности культур имеет и тип смешения. Однако и в этом плане наблюдения разноречивы. В одних случаях лиственница в смеси с лиственными породами произрастает более успешно (Кучерявых, 1948), а в других -отрицательно (Верзунов, 1975), особенно с березой повислой и кленом ясенелистным. Если в степной зоне Украины все попытки создания культур лиственницы сибирской не дали положительного результата (Никитин, 1966), то в условиях резко континентального климата в степях Казахстана, Хакасии имеются примеры успешного культивирования этой породы (Лобанов, Савин, 2009; Пакеева, 2009; Оплетаев, 2010). Достаточно хорошо зарекомендовала лиственница сибирская при закреплении отвалов вскрышных работ в Кузбассе (Воронина, 2006), при закреплении оврагов (Жуковская, Щепилов, 2006) и в зеленом строительстве (Авдеева, 2007 и др.).

1.4 Влияние лиственничных насаждений на почву

Многие исследователи считают, что лиственница оказывает положительное влияние на почву (Ткаченко,1939; Тимофеев, 1954, 1961; Погребняк, 1955; Самученко, 1958 и др.). О.Г.Каппер (1954) также отмечал, что в насаждении лиственницы европейской больше накапливается в почве гумуса, азота и обменных оснований в сравнении с сосной обыкновенной. В условиях дерново-подзолистых почв в зоне смешанных лесов лиственничные насаждения выступают как активные почвообразователи. По наблюдениям В.С.Шумакова (1963), изменение почвы под пологом насаждений лиственницы происходит в результате ускорения круговорота азота и минеральных элементов.

Лиственница сибирская в степных посадках оказывается достаточно засухоустойчивой (Смирнов, 1957; Егоренков, 1957; Савин и др., 1988 и др.). Даже в сильную засуху 1955 г. вновь созданные полосы имели приживаемость 82 % в степи. Ее устойчивость выражается в высокой сохранности и интенсивности роста на соответствующих почвах. Для Восточно-Кулундинского района наиболее благоприятными для лиственницы сибирской почвами являются южные черноземы, для правобережной лесостепи Алтайского края - выщелоченные и серые лесные дерново-подзолистые, для левобережной лесостепи - черноземы обыкновенные. Лучшими компонентами к лиственнице являются клен татарский, рябина обыкновенная, липа мелколистная. Не допускается порядное и подеревное смешение лиственницы с березой, сосной, тополем и кленом ясенелистным (Смирнов, 1957 и др.).

2. Природные условия распространения лиственничных лесов

В Западно-Сибирский географо-экономический район входят Алтайский край, Республика Алтай и области Кемеровская, Новосибирская, Томская, Омская и Тюменьская. Удельный вес территории составляет 22,25 % Российской Федерации, а населения - 10,27 % страны (Лузгин, 2008). В южную часть района входят Алтайский край, Республика Алтай, Кемеровская, Новосибирская и Омская области.

Территория юга региона (Республика Алтай и Алтайский край) занимает площадь 261,7 тыс. км² и по характеру устройства поверхности является типичной горной и равнинной страной, входящей в состав Алтае-Саянской горной системы и Западно-Сибирской низменности. Равнинная его часть с выраженной расчлененностью до 300 м составляет 43 % (Лузгин, 2006).

Лесорастительные условия региона весьма разнообразны и определяются двумя основными факторами: высотной поясностью горных ландшафтов и географическим расположением его на стыке таких контрастных регионов, как влажные таежные леса Сибири, суровое высокогорье Тувы и сухие монгольские степи. При районировании горной территории региона в основу положена вертикальная поясность с выделением следующих растительных поясов: степного (до 300-400 м), лесного (400-1800), подгольцового с фрагментарным нивальным (свыше 1800 м).

Территория Кулундинской степи представляет собой типичную предгорную пролювиально-аллювиальную равнину, оформившуюся под воздействием крупных водных потоков по плоской равнинной поверхности (Герасимов, 1960), а также до-четвертичных и четвертичных тектонических процессов (Ковалев и др., 1967). Она сложена мощной толщей рыхлых четвертичных и неогеновых континентальных отложений, подстилаемых более древними морскими породами (Мартынов, 1957; Бейром и др., 1958; Герасимов, 1960; Демин, 1993; Лузгин, 2007).

Чрезвычайное разнообразие климатических факторов на территории Горного Алтая обусловлено его положением почти в центре Азиатского континента и сложным горным рельефом. Являясь переходным районом между Северной Монголией и Западно-Сибирской низменностью, данный регион характеризуется резко континентальным климатом.

Лесной пояс отличается значительным разнообразием климатических условий. В черневой тайге (от 300 до 800 м над ур. м) сумма температур выше 10°С равна 1600-2000° С, а число дней с этой температурой - 110-130. Количество осадков за теплый период года равно 600-700 мм. Горно-таежный подпояс (от 800 до 1200-1500 м) имеет сумму температур выше 10°С, равную 1200-1800°С, а число дней с температурой выше 10°С - 80-110. Количество осадков за теплый период года различно: на севере 600-800 мм, в межгорных котловинах менее 400, а на склонах гор 400-500 мм. Субальпийский подпояс (от 1200 (1500) до 1800 (2000) м) имеет сумму активных температур 800-1200° С, число дней с этой температурой - 60-90. Количество осадков в межгорных котловинах составляет 120-180 мм, а на остальной территории 300-500 мм. Альпийский (высокогорный) пояс Горного Алтая с отметками высот более 1800-2000 м располагается в южной и юго-восточной частях региона. Сумма температур выше 10° С на нижней границе пояса составляет 800°С, а на высоте более 4000 м равна 0° С.

Для Кулундинской степи характерны частые засухи и суховеи, сопровождаемые пыльными бурями, которые наносят огромный ущерб сельскому хозяйству. Колебания суммы положительных и отрицательных температур, а также их максимумов в степных равнинных районах достигают 200 %, а по сумме осадков превышают 250-300 %. Колебания погоды настолько существенны, что даже рассчитанные на средние климатические условия, меры не устраняют ежегодную нестабильность урожаев, требуются дифференцированные по годам подходы к агротехнике.

В основу почвенного районирования (Ковалев и др., 1973) положена высотная поясность, определяющая главные закономерности дифференциации не только почвенного покрова, но и комплекса природных условий в целом. Для горной части региона это пояс горно-тундровых и горно-луговых почв высокогорий (на высоте более 1600-2000 и до 2600-3500 м над ур. м), горно-лесные почвы высокогорий, среднегорий и низкогорий (на высоте от 600-1000 до 1800-2400 м над ур. м) под лесной растительностью, пояс лесостепных почв низкогорий (на высоте менее 600 м над ур. м), межпоясные горные почвенные районы высокогорий, среднегорий и низкогорий с каштановыми и черноземовидными почвами.

Равнинную часть Алтайского края (Бурлакова и др., 2003) пересекает ряд почвенных зон - каштановых, черноземных, дерново-подзолистых, серых лесных почв. На долю черноземных почв (черноземы выщелоченные обыкновенные среднемощные и мощные, оподзоленные, карбонатные, солонцеватые) приходится 42,2 % территории (Почвы Алтайского края, 1977). Темно-серые и серые лесные, а также дерново-подзолистые почвы занимают 21,1% территории края, на каштановые приходится 8,4 %, солончаки и солонцы занимают 4 % площади. Почвы края подвергаются эрозии, дефляции, засолению и дегумификации. Площадь земель, подверженных воздействию этих факторов, составляет 63,8 % от сельскохозяйственных угодий (Бурлакова, 1989).

Общей особенностью распределения растительного покрова является его поясность в горах (Тимошок и др., 2009). По мере увеличения высот происходит последовательная смена трех основных вертикальных поясов растительности: степного, лесного и высокогорного (альпийского).

Главными лесообразующими породами Горного Алтая являются сосна кедровая сибирская, пихта сибирская, лиственница сибирская, сосна обыкновенная, ель сибирская, береза повислая, тополь дрожащий (осина).

Степная область Западно-Сибирской низменности представлена степной и лесостепной зонами (Куминова и др., 1972). По всему краю растительный покров подвержен мощному антропогенному влиянию. Своеобразие растительного покрова в Кулундинской степи придают ленточные сосновые боры, расположенные по днищам древних водотоков. За последние полвека ландшафтный облик степной части края изменился: из аграрного он превратился в лесоаграрный. На территории края созданы две государственные защитные лесные полосы общей площадью 10,2 тыс. га. Кроме того, сохранилось около 100 тыс. га лесных полос различного назначения и породной структуры.

3. Программа, методика, объекты исследований

Теоретической предпосылкой данной работы явилась необходимость решения проблемы деградации почвенного покрова в степной зоне юга Западной Сибири. При этом использовался комплексный подход к эрозионным процессам с использованием лесоводственных путей решения проблемы.

При решении поставленных задач использовали ведомственные материалы (лесоустроительные отчеты, учет лесного фонда, статистическую отчетность предприятий и др.) и материалы натурных исследований.

По совместно составленной с Западно-Сибирским лесоустроительным предприятием «ЗапСибЛеспроект» программе с использованием лесоустроительных материалов последнего лесоустройства дана характеристика лесного фонда Республики Алтай, предгорных и равнинных лесов Алтайского края, разделенного по подпоясам лесного пояса. В пределах каждого подпояса лиственничные насаждения естественного происхождения разделялись: по продуктивности с выделением трех групп классов бонитета (2 класс и выше, 3 класс, 4 класс и ниже); полнотам (редины - 0,1-0,2, низкополнотные - 0,3-0,4, среднеполнотные - 0,5-0,7 и высокополнотные - 0,8 и выше); экспозиции склона (световые склоны - В,ЮВ,Ю,ЮЗ и теневые - З,СЗ,С,СВ) и равнинные; крутизне склона (до 20⁰, 21-30 и свыше 31⁰).

Экспериментальные работы выполняли на пробных площадях размером до 0,5 га, закладываемых согласно ОСТ 56-69-83 «Площади пробные лесоустроительные. Метод закладки», в насаждениях лиственницы сибирской в различных лесорастительных условиях. На пробной площади проводилось описание всех компонентов насаждений по методикам (Сукачев, 1930; Сукачев, Зонн, 1964), а таксационное описание - по общепринятым методам таксации (Анучин, 1985). Исследование прироста по диаметру у деревьев осуществлялось взятием кернов приростным буравом на уровне корневой шейки с установлением линейных размеров по 5-летиям за последние 30-50 лет.

Количественную и качественную характеристику естественного возобновления исследовали принятыми в лесоводственно-инвентаризационной практике методами (Побединский, 1962, 1966; Анучин, 1968; Инструкция, 1984) с некоторой детализацией. Так, для определения интенсивности возобновительного процесса на пастбищах с протяжением вверх по склону более 200 м, закладывали временные пробные площади (низ, середина и верх склона) с усреднением данных. Подрост учитывался на круговых учетных площадках размером 10 м² в количестве 25 шт. на каждой пробе с охватом до 5% ее площади. На учетной площадке подсчитывали количество подроста по породам, а подрост лиственницы разделяли по высоте на три группы: до 0,5 м, 0,6-1,5 м и более 1,5 м, по качеству - на благонадежный, сомнительный и усохший.

Закладывали почвенные разрезы глубиной до материнской породы или мерзлоты со взятием образцов из каждого почвенного горизонта для проведения в лабораторных условиях анализов на гранулометрический и химический составы, которые выполнены в Алтайской агрохимлаборатории. Определение содержания в почве микроэлементов проведено методом количественного плазменно- спектрального анализа в лаборатории биогеохимии почв Института почвоведения и агрохимии СО РАН.

Исследование культур лиственницы сибирской проводили на пробных площадях в соответствии с существующими методиками (Огиевский, Хиров, 1967; Новосельцева, Родин, 1984; Родин и др., 1984, 1989) с учетом саженцев и естественного возобновления по породам. Всего заложено 53 пробные площади, в том числе в горных условиях 25 и в равнинных - 28. Учет естественного возобновления проведен на 1040 учетных площадках с обмером 850 растений лиственницы. При изучении лесных культур обмерено 630 экземпляров лиственницы. Взяты у 87 деревьев керны приростным буравом для определения радиального прироста. Экспериментальные материалы подвергли статистической обработке (Дворецкий, 1973).

4. Современное состояние лиственничных лесов на юге Западной Сибири

4.1 Общая характеристика лесного фонда в регионе

На юге Западной Сибири лесной фонд занимает площадь 22283,7 тыс. га, в том числе насаждения лиственницы - 1366,6 тыс. га, или 6,1% площади (таблица 1). В Республике Алтай находится 1274,8 тыс. га, или 93,3 % лиственницы сибирской.

В Кемеровской области основные площади лиственничников сосредоточены в Горной Шории, а в Омской и Новосибирской областях ее ареал приурочен к северным границам. В Горном Алтае ею занято 21,3 % покрытых лесом земель, в Алтайском крае - 2,3 %. Встречается она в составе насаждений до 2 единиц и единичными деревьями как в горах на 15,3 % площади, так и на равнине - 4,1 %. В целом лиственница сибирская как древесная порода в естественном виде не произрастает лишь в самых южных районах Алтайского края, граничащих с Республикой Казахстан. Надо полагать, что в Кемеровской, Омской и Новосибирской областях единично в составе насаждений данная порода произрастает на значительно больших площадях. Об этом свидетельствуют успешные попытки ее искусственного распространения еще в 70-х годах (Платайс, 1976).

Таблица 1 - Распространение лиственницы сибирской на юге Западной Сибири

Если в Горном Алтае среди древесных пород явно преобладают лиственница сибирская и сосна кедровая сибирская (61,0 %), то в предгорье сложно выделить доминирующую породу: хвойные (сосна обыкновенная, лиственница сибирская, пихта сибирская, ель сибирская) занимают 49,2 % площади, а лиственные - 45,0 %. Достаточно высокий удельный вес березы и осины в лесном фонде является результатом многовековой деятельности человека, вызвавшей смену пород на вырубках. Смена происходит не только после сплошнолесосечных, но и при несплошных рубках с вырубкой хвойных деревьев и изменением состава древостоев на лиственные.

В Приобье в настоящее время сосна обыкновенная занимает 26,6 % площади покрытых лесом земель, в то время как 50-60 лет назад ею было занято 56,3 % площади (Шершнев, 2001). Снижение площади сосны обыкновенной произошло в результате лесозаготовительной деятельности, после которой большинство вырубок возобновляется березой и осиной с формированием мощной дернины, препятствующей естественному возобновлению главной породы.

Лесной фонд Республики Алтай составляет 6 млн. га, покрытые лесом земли занимают 4047,0 тыс. га площади или 67,4 %. В бассейне р. Бия они занимают 72,6 % площади, в бассейне р. Катунь - 64,1 %. Отмечено, что при продвижении в южном направлении происходит увеличение площадей нелесных земель. Лиственничные леса в регионе занимают площадь 1328,4 тыс. га или 32,8 % от покрытых лесом земель, но в бассейне р. Бия их всего 42,5 тыс. га (3,2 %), что связано с высокой конкурентной способностью темнохвойных пород.

4.2. Особенности произрастания насаждений лиственницы сибирской в Горном Алтае

Наиболее ценный генофонд лиственницы сибирской сосредоточен в оптимуме ее произрастания - равнинных южнотаежных, предгорных и низкогорных насаждениях. Лиственничные леса в Горном Алтае наиболее распространены в бассейне р. Катунь и образуют достаточно широкий лесной пояс. Основные ее площади расположены на высоте от 900 до 1900 м над ур. м. Они территориально разделяются на два высотных подпояса: таежный среднегорный (900-1400 м) и таежный высокогорный (1400-1900 м). Ниже по склонам фрагментарно выражен лиственничный лесостепной подпояс, а выше - лиственничный подгольцовый.

Произрастание лиственницы сибирской зависит от многих причин, однако наиболее существенной следует считать конкурентные отношения ее с другими древесными породами. Островной характер ее распространения характерен не только для Горного Алтая. Аналогичная картина имеет место в Китае и Монголии (Леса Монгольской Народной Республики, 1980), что свидетельствует о сокращении ее площади с распадом ареала на отдельные массивы, изреживанием естественных насаждений со все суживающейся экологической локализацией вида потому, что лиственница сибирская является слабым лесообразователем и прочно занимает лишь те экологические ниши, которые не отвечают требованиям темнохвойных пород (Поздняков, 1975; Дылис, 1981 и др.).

По имеющимся лесоучетным материалам нет возможности выделить лиственничники паркового типа, эксплуатация которых ведет к сокращению общей площади этой формации. По нашим данным, около 30 % лиственничных лесов, расположенных в нижней части среднегорного подпояса, и все насаждения в лесостепном фрагментарном должны быть отнесены к лесам паркового типа с особым режимом ведения хозяйства в них. Здесь характерны чистые по составу низкополнотные насаждения с богатым травяным покровом на черноземовидных почвах при отсутствии подлеска и подроста, что связано с частыми низовыми пожарами и пастьбой скота.

Установлено, что продуктивность лиственничных насаждений всецело зависит от их расположения над уровнем моря. Если в низкогорье средний класс бонитета равен 2,7, в среднегорье - 3,1, в высокогорье - 3,9, то в подгольцовом подпоясе - 4,0. Причем и в бассейнах рек удельный вес насаждений по продуктивности оказывается различным. Так, в бассейне р. Бия класс бонитета в низкогорье равен 2,3, в среднегорье - 2,6, то в бассейне р. Катунь они, соответственно, равны 2,7 и 3,1. Продуктивность лиственничных насаждений для горных условий достаточно высокая: насаждения высокой и средней продуктивности занимают 49,1 % площади. Это в основном лиственничники лесостепного и нижней части среднегорного подпоясов. На высотах более 1400 м над ур. м. произрастают насаждения IV и V классов бонитета, а на верхней границе распространения леса даже Vа.

Высокополнотные насаждения лиственницы (0,8 и выше) в черневом подпоясе практически отсутствуют, (всего 0,7 тыс. га), в среднегорье они составляют 5,7 %, в высокогорье - 5,1 %. Особо следует отметить, что в бассейне р. Бия такие насаждения лиственницы вообще не встречаются, они имеют место лишь в бассейне р. Катунь.

Более четверти насаждений лиственницы сибирской произрастает на склонах теневых экспозиций, то есть, несмотря на исключительно высокое светолюбие порода предпочитает северо-западные склоны и ровные поверхности, которые оказываются более увлажненными. Эта особенность характерна для среднегорий и высокогорий. Склоны световых экспозиций оказываются и более крутыми. Нами были отдельно выделены склоны крутизной более 31⁰, на которых распространены лиственничные насаждения на площади 412,4 тыс. га или 32,3 %. На менее крутых (до 20⁰) расположено 37,2 % насаждений, то есть примерно по 1/3 покрытой лиственницей площади приходится на склоны крутизной до 20⁰; 21-30⁰; 31⁰ и более. На ровных площадях и склонах менее 20⁰ в низкогорье произрастает 32,3 % насаждений, в среднегорье - 40,1 %, в высокогорье - 34,2 %, а в подгольцовом подпоясе всего 4,5 % лиственничников.

4.3. Характеристика насаждений лиственницы сибирской в предгорном Алтае

В предгорье основные площади лиственницы расположены в низкогорье (40,3 %) и среднегорье (49,6 %), в высокогорье их 10,1 %. В первую очередь это связано с тем, что при продвижении к равнине общие высоты горной системы понижаются, переходя в холмистую местность на границе с равниной. На такое своеобразное распространение лиственницы в горных условиях оказывают влияние многие факторы, но основными являются почвенно-климатические и конкуренция с темнохвойными древесными породами.

Различный удельный вес лиственничников в высотных поясах в предгорье и в горах непосредственно сказывается на их бонитете (таблица 2).

Таблица 2 - Структура лиственничных насаждений по классам бонитета и крутизне склонов

Примечание: числитель - предгорье, знаменатель - бассейн р. Катунь.

Если в низкогорных условиях это превышение составляет 6,9 %, в среднегорных - 3,8 %, то в высокогорных - 17,9 %. Средний класс бонитета лиственничных насаждений в предгорье составляет II,85, в горах - III, 50, т.е. в первом случае он выше на 22,8 %.

Интенсивность роста лиственничников напрямую связана с их полнотой, которая в предгорных условиях оказывается выше в сравнении с горными. Если в низкогорье в первом случае средняя полнота равна 0,76, то в горах она составляет 0,51 или на 49,0 % ниже, в среднегорье, соответственно, 0,67 и 0,57 (на 17,5 % ниже), а в высокогорье - 0,63 и 0,55 (на 14,5 % ниже).

Значительный интерес представляет приуроченность лиственничных насаждений относительно стран света. Порода предпочитает или ровные, с уклоном до 5°, участки поверхности или склоны теневых экспозиций. С повышением местности над уровнем моря в предгорье удельный вес насаждений на световых склонах возрастает с 7,5 % (в низкогорье) до 38,6 % (в высокогорье). Таким образом, оптимальные экологические условия для лиственницы сибирской в предгорных условиях складываются на склонах теневых экспозиций при их крутизне до 20°.

4.4. Лиственничные насаждения в равнинных условиях Алтайского края

В Алтайском крае к равнинным лесам относятся Верхне-Обской, Средне-Обской боровые массивы (842,2 тыс. га) и ленточные боры (1112,1 тыс. га). Насаждения произрастают на песчаных почвах днищ древних водных потоков, в связи с этим их продуктивность и породная структура насаждений находятся под влиянием обеспеченности влагой. И если в Приобье количество годовых осадков составляет 400-450 мм и условия произрастания сосны, березы, осины и лиственницы более благоприятны, то в ленточных борах с количеством осадков 250-300 мм сосна обыкновенная становится монопородой.

Всего на площади 220,9 тыс. га (6,4 %) лесного фонда Алтайского края в той или иной степени произрастает лиственница сибирская, а удельный вес ее насаждений составляет 2,3% (таблица 3).

Таблица 3 - Произрастание лиственницы сибирской в равнинных условиях, тыс. га

Почти третья часть естественных (29,5 %) и более трети (37,5 %) искусственных насаждений имеют в составе лиственницу в пределах 3-4 единиц.

Наиболее чистыми по составу лиственничниками среди естественных насаждений (51,4 % площади) являются молодые в возрасте до 100 лет, среди лесных культур таких насаждений меньше - 25,0 % и это связано с созданием смешанных культур: 7Лц3С, 6Лц2С2Б и др. Среднее участие лиственницы в составе естественных насаждений составляет 5,9 единиц, а среди лесных культур - 5,0.

Среди лиственничников естественного и искусственного происхождения наименьший удельный вес имеют насаждения высокополнотные (0,8 и выше). Их доля составляет, соответственно, 10,5 и 12,5 %. Но наиболее распространены среднеполнотные (0,5-0,7), занимающие, соответственно, 60,0 и 62,5 % площади. В первую очередь это связано с биологическими особенностями породы, и в частности, с ее светолюбием. Даже загущенные посадки (4,5-5,0 тыс. сеянцев на 1 га) к 20-летнему возрасту сильно изреживаются. Как правило, в таких молодняках происходит хорошее очищение стволов от сучьев, а живая часть кроны занимает не более 25 % общей высоты ствола.

5. Почвенные условия произрастания лиственницы

5.1. Характеристика почв под лиственничниками в горных условиях

Почвенный покров лиственничных лесов благодаря высокой толерантности вида к факторам окружающей среды, характеризуется большим разнообразием. Широкое распространение низкополнотных лиственничников с хорошо развитым травянистым покровом обусловливает формирование под их пологом специфических почв. Благодаря доминированию дерновинных злаков в составе трав, ведущим почвенным мезопроцессом является дерновый (Почвы…, 1973, Пузанов, 1990, Балыкин, 2004 и др.).

Присутствие карбонатов в профиле горно-лесных черноземовидных почв связано, прежде всего, с формированием их на карбонатных породах, а так же с внутрипочвенным новообразованием карбонатов, которое проявляется в виде пропитки, псевдомицелия, глазков, корок на нижних поверхностях каменистого материала. В карбонатных подтипах вскипание от 10 % HCl происходит, как правило, с глубины 20-30 см. Черноземовидные почвы отличает серая и темно-серая окраска и зернистая структура гумусовых горизонтов, а так же хорошо развитый дерновый горизонт. Они характеризуются высокими содержанием гумуса (до 20,0 % в верхней части профиля) и большой емкостью катионного обмена (в среднем до 50,0-60,0 мг-экв/100 г в гумусовых горизонтах).

Реакция среды слабокислая или нейтральная. Смещение рН в щелочную сторону (до 8,0-8,4), связанное с присутствием карбонатов (до 16,0 % и более), наблюдается в слабо выщелоченных и карбонатных подтипах. Содержание тяжелых металлов (Pb, Cd, Cu, Zn) в верхних горизонтах находится на уровне фона.

В юго-восточной части Горного Алтая под лиственничными насаждениями распространены таежные почвы на мерзлоте. Развитие мощной дернины, активное гумусообразование обусловливают хорошую оструктуренность и устойчивость к эрозионным процессам горно-лесных черноземовидных и дерновых почв. Насыщенность опада лиственницы основаниями (наряду с тем, что рассмотренные почвы сформировались на карбонатных породах) препятствует протеканию процессов оподзоливания в мерзлотно-таежных почвах под лиственничными лесами.

5.2. Почвы в парковых лиственничниках

Большая роль в формировании горно-лесных черноземовидных почв принадлежит почвенной фауне, особенно дождевым червям. Почвы обладают высокой биологической активностью. Эти почвы дренированы, с хорошим поверхностным и внутрипочвенным стоком, в них отсутствуют восстановительные процессы и поэтому нет признаков оглеенности. Они характеризуются высоким содержанием гумуса, особенно в горизонте А - 13,7 %, с глубиной его содержание падает постепенно и в горизонте СД количество его снижается до 1,8 %. Гранулометрический состав горно-лесных черноземовидных почв средне-, тяжело-суглинистый и крупно-пылеватый.

Установлено, что по качественному составу гумуса почвы имеют сходство с черноземами долин. Гуминовые кислоты преобладают над фульвокислотами в гумусовом горизонте. Эти почвы в горизонте А слабокислые или нейтральные, рН 6,6 - 7,1. Емкость обмена высокая, в горизонте А она достигает 50 мг-экв. на 100 г почвы, причем в составе обменных катионов преобладает кальций. Почвы вполне достаточно обеспечена подвижными формами элементов питания NPK.

Таким образом, парковые лиственничные леса, как фактор почвообразования, способствуют развитию дернового процесса и формированию нейтральных высокоплодородных почв.

5.3. Микроэлементы в почвах под горными лиственничниками

Содержание и внутрипрофильное распределение элементов, в первую очередь, зависит от содержания и распределения их в почвообразующем горизонте (Мальгин, 1978; Кабата-Пендиас, 1989; Мотузова, 1999 и др.).

В лиственничниках, произрастающих на горно-лесных бурых почвах Алтая, обнаружена корреляционная зависимость средней и высокой степени (r=0,50-0,98) между валовым содержанием большинства микроэлементов (Zr, Pb, Cu, Ni, Nb, Co) и содержанием фракций ила и физической глины.

Результаты наших исследований свидетельствуют, что содержание Mn в гумусовых горизонтах лесных почв Горного Алтая приближается к кларку этого элемента в почвах мира и колеблется в среднем от 808,9 до 848,2 мг/кг. К своему кларку в почвах мира близка так же концентрация Ni. Его содержание в гумусосфере почв горно-лесного пояса Алтая варьирует от 39,0 до 52,2 мг/кг (таблица 4).

Таблица 4 - Микроэлементы в гумусовых горизонтах лесных почв Горного Алтая, мг/кг

От горно-лесных дерново-подзолистых почв к горно-лесным черноземовидным концентрация цинка в гумусовых горизонтах изменяется в следующих пределах: 65,8-89,6 мг/кг. Таким образом, меньшие значения соответствуют кларку Zn в почвах мира, а максимальные - кларку этого элемента в Земной коре. Кларку в земной коре соответствует содержание следующих элементов: Pb (15-29 мг/кг), Co (14-22 мг/кг).

Обратная ситуация наблюдается в отношении меди. Среднее содержание этого элемента в гумусовых горизонтах горно-лесных почв составляет 28,3-43,5 мг/кг, что несколько выше кларка Cu в почвах мира, но не превышает кларка в Земной коре.

В этой связи, оценка уровней концентрации элементов в гумусовых горизонтах почв может служить показателем экологического состояния экосистемы в целом. Средние значения валовых концентраций микроэлементов в гумусовых горизонтах почв лесного пояса Горного Алтая в несколько раз ниже нормативов, принятых в России, и не представляют опасности для живых организмов, в том числе и для человека.

В течение первых 50 лет жизнедеятельности лиственничные насаждения оказывают существенное влияние на повышение плодородия южных черноземов, что выражается в нейтрализации почвенного раствора, повышении содержания гумуса, степени насыщенности основаниями, меньшем накоплении тяжелых металлов.

6. Естественное возобновление лиственницы сибирской в различных условиях произрастания

6.1. Естественное возобновление лиственницы в среднегорье

Анализ заготовки семян в среднегорье показал, что за 10-летний период имел место лишь один год с урожаем в 2 балла, а шесть лет были неурожайными. Не менее важным моментом является возможность прорастания семян и выживание всходов. Довольно успешно возобновление протекает в зеленомошных листвягах, в разнотравных и широкотравных возобновление затруднено сильным задернением почвы (Чижов, 2003). Практически совершенно отсутствует возобновление лиственницы в парковых листвягах.

Пастьба скота оказывает отрицательное влияние на процесс естественного возобновления лиственницы в отдельных условиях. Так, на теневых склонах среднегорий количество самосева лиственницы сибирской на вырубках без пастьбы скота лишь на 37 % больше, чем на вырубках с интенсивной пастьбой, хотя в отдельных местах при интенсивном выпасе скота возобновление лиственницы вообще отсутствует.

После рубки леса самосев лиственницы появляется в достаточном для ее возобновления количестве, но в связи с развитием травянистого покрова и интенсивной пастьбой скота количество его снижается, и этот процесс длится как минимум 15 лет. И только после этого на вырубках количество подроста начинает постепенно увеличиваться (рисунок 1).

Рисунок 1 - Зависимость между возрастом вырубки и количеством самосева лиственницы сибирской на теневой экспозиции в среднегорье (количество самосева: 1 - на вырубках без пастьбы скота; 2- на вырубках с интенсивной пастьбой скота)

Определенными особенностями отмечается интенсивность и направленность лесообразовательного процесса. Наиболее интенсивно после прекращения пастьбы скота возобновились пастбища на высоте от 1300 м - 3600 шт./га. C увеличением возраста после прекращения пастьбы скота возрастают общее количество подроста (r=0,85) и высота с 1,0 м в 10-летнем возрасте до 4,2 м - в 20-летнем. Породная структура подроста на пастбищах в среднегорье не отличается большим разнообразием, в составе участвуют лишь лиственница сибирская и береза повислая. Причем интенсивность возобновительного процесса у лиственницы сибирской более высокая в сравнении с березой повислой, в составе подроста ее участие достигает 90 %. На высоте 1150 м состав подроста 8Лц2Б, а на высоте 1300 м - 9Лц1Б. Эти различия связаны с развитием живого напочвенного покрова и мощностью образуемого при этом слоя дернины.

6.2. Влияние условий высокогорий на возобновительный процесс лиственницы сибирской

Одной их характеристик лесообразовательного процесса является его цикличность (Некрасова, 1961, 1974 и др.). Среди многих причин, вызывающих цикличность лесообразовательного процесса, основными являются климатические факторы и поэтому она наиболее ярко проявляется в районах с неблагоприятными для лесной растительности сочетаниями тепла и влаги. В экстремальных условиях совпадения благоприятных факторов для возобновления складываются только в отдельные годы, поэтому наблюдаются «волны» появления подроста по времени.

В составе подроста на гарях в высокогорье (таблица 5), участвуют лишь кедр сибирский и лиственница сибирская. Причем интенсивность возобновительного процесса у кедра сибирского более высокая, его участие в составе достигает 90 %. На высоте 1600 м состав подроста 9К1Лц, а на высоте 1800 м - 8К2Лц.

Таблица 5 - Естественное возобновление на гарях в высокогорье, шт./га

Примечание: Б - благонадежный, Н/б - неблагонадежный

В первую очередь обращает на себя внимание различное количество подроста кедра и лиственницы старшего возраста (высота 1,5 м и более): на пробной площади на высоте 1600 м его всего 1810 шт./га, что составляет 70,1 % от общего количества, а на пробной площади 1800 м - 520 шт./га или 12,9 %. По нашему мнению, это связано с интенсивной деятельностью кедровки в первые годы после пожара.

Естественный отпад подроста лиственницы происходит под влиянием условий местопроизрастания и интенсивность отпада оказывается более высокой в сравнении с кедровым подростом. Так, в возрасте до 10 лет он составляет 45,4 %, а в возрасте более 20 лет - 66,7%, в то время как у кедра сибирского в этом возрасте удельный вес неблагонадежных растений не превышает 23,3 %.

В экстремальных условиях высокогорья при вегетационном периоде 60-70 дней интенсивность роста подроста кедра сибирского и лиственницы сибирской в высоту оказывается различной. За первые 40 лет жизни средняя высота подроста кедра сибирского составила около 170 см, а лиственницы сибирской - 250 см. Это можно объяснить лишь различной протяженностью периода роста растений в высоту. Естественное возобновление гарей в условиях высокогорий в большей степени зависит от наличия семян. У верхней границы леса семеношение у кедра сибирского и лиственницы сибирской практически отсутствует и появления самосева зависит от деятельности кедровки и направления ветров.

На гарях в течение 40 лет после пожара в высокогорье процесс естественного возобновления можно считать завершенным по количеству подроста и его породному составу, но процесс продолжается хотя и более низкой интенсивности. При исключении повторного пожара на гари сформируется смешанное насаждение с составом 7-8 К 2-3 Лц.

6.3. Интенсивность прироста лиственницы по диаметру в различных условиях

Радиальный прирост достаточно наглядно отражает не только возраст деревьев, но и соответствие условий произрастания их требованиям. Если в субальпийском подпоясе на границе произрастания кедра сибирского и лиственницы сибирской (1860 м) средний текущий прирост за последние 80 лет составил 0,4 мм в год, то по мере улучшения экологических условий, а это связано с понижением высоты относительно уровня моря, он повышается в 2 раза, достигая 0,8 мм в год на высоте 1680 м. Этого нельзя сказать о приросте деревьев в парковых лиственничниках, расположенных на высоте 1280 м над ур. м. Здесь снижение радиального прироста связано с возрастом деревьев, который находится на пределе жизненного цикла.

Таким образом, лиственница сибирская в горах Алтая устойчиво занимает экологическую нишу в горно-таежном и субальпийском подпоясах, где она, даже контактируя с темнохвойными породами, сохраняет свое присутствие и доминирование.

На границе между нижней кромкой леса и высокогорной степью ареал лиственницы сибирской постепенно сокращается главным образом по причинам антропогенного и зоогенного влияния. Особенно это проявляется вблизи населенных пунктов, где насаждения становятся парковыми, что является последней стадией деградации лиственничников.

7. Искусственное восстановление лиственницы сибирской

7.1. Состояние лесных культур в горных условиях

В Горном Алтае за 40 лет с начала проведения работ по искусственному лесовосстановлению было создано около 100 тыс. га лесных культур различных пород, что составляет 0,6 % покрытых лесом земель, в т.ч. из лиственницы 6,8 % (Парамонов, 1998; Парамонов и др., 2000, 2009).

Исследования проведены в елово-лиственничных и лиственничных культурах 30-32-летнего возраста, созданных в типе леса лиственничник разнотравный на высоте 1050 м над уровнем моря. Почвы темно-серые лесные мощные щебенистые. Растительный покров целинных участков представлен осочково-разнотравным сообществом

В смешанных посадках (Е-Е-Л-Л-Е-Е) выпас скота не проводился, а в чистых - в течение одного и пяти месяцев. При совместном произрастании у лиственницы сибирской сформировалось на 10 % больше деревьев средних размеров (III класс роста), а у ели превалировали отставшие в росте особи. Большая сохранность лиственницы в чистых посадках отмечена на площадях с краткосрочным выпасом животных и снижается в условиях постоянного выпаса.

Ход роста деревьев по высоте (рисунок 2) в смешанных посадках свидетельствует о лучших условиях в зеленомошном типе леса без выпаса скота. Лиственница сибирская развивается по Iа классу бонитета и опережает в росте ель сибирскую на 1,2-1,5 м. С началом выпаса скота рост культур резко снижается даже на площадях с краткосрочным выпасом, что привело к снижению бонитета на один класс. Еще более существенное снижение роста культур произошло на площадях с постоянным выпасом скота.

Рисунок 2 - Ход роста культур лиственницы и ели по высоте. Смешанные культуры (ПП-1): 1 - лиственница, 2 - ель; чистые культуры : 3 - лиственница (ПП-2), 4 - лиственница (ПП-3)

В смешанных культурах формируются высокопродуктивные древостои с запасами древесины 322 м³/га, из которых на долю лиственницы сибирской приходится 35 % (таблица 6).

Таблица 6 - Характеристика лесных культур

Чистые лиственничные культуры в условиях травяного типа леса оказались менее продуктивными, особенно на площадях с постоянным выпасом скота. Причиной снижения роста и продуктивности лесных культур послужило уплотнение почвы, вызванное зоогенным влиянием.