Scientific journal

Fundamental research

ISSN 1812-7339

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,674

В горных условиях негативное влияние промышленных рубок проявляется в существенном преобразовании растительного и почвенного покрова, лесные сообщества интенсивно разрушаются, а их восстановление идет крайне медленно, возникают глубокие изменения эколого-защитных функций лесов. Для лесных территорий Юга ДВ России эти проблемы стали особенно актуальными в последние 10-15 лет в связи с тем, что вырубке стали подвергаться коренные леса в самых верховьях рек, изменение гидрологического режима которых в значительной степени отражается на большей части нижележащих территорий. Одним из ведущих параметров экологического потенциала лесов считается величина накопленной биомассы, во многом определяемой условиями природной среды [1, 9], что может быть оценено по показателям биологической продуктивности лесных экосистем и особенностям распределения надземной биомассы в пространстве [3]. Особенностью горных лесов Сихотэ-Алиня является то, что даже при происходящих слабо контролируемых рубках главного пользования показатель лесистости территории здесь существенно не изменяется. Это связано с многопородностью и высоким восстановительным потенциалом этих лесов в южных широтах. Качественное же состояние лесного покрова постоянно ухудшается, снижаются экологические функции лесов, а восстановительные процессы коренных лесов в режиме саморегуляции часто уже невозможны без искусственного лесовосстановления.

Цель нашей работы - на примере природного комплекса верхней части бассейна р. Уссури (более 5,3 тыс. км²) оценить изменение эколого-защитных свойств лесного покрова в зонах формирования, (верхний пояс гор), транзита вод (средний пояс гор) и концентрации вод (нижний горный пояс), в связи с происходящими негативными процессами динамики структуры и продуктивности лесов Южного Сихотэ-Алиня.

Верхняя часть бассейна реки Уссури, которая является объектом исследования, - один из пяти относительно замкнутых крупных ландшафтно-гидрологических комплексов (ЛГК) Приморского края. Здесь ярко выражена высотная поясность растительного покрова: горно-тундровые сообщества сменяются пихтово-еловыми лесами (800-1300 м над ур. м.); кедрово-широколиственные (300-800 м над ур. м.) - долинными широколиственными лесами. Лесные земли на исследуемой территории занимают более 90%, и основные проблемы нарушенности лесов здесь тесно связаны с лесозаготовками и их последствиями. Гидрографическая сеть бассейна включает более 3 тыс. рек, 90% из них - это малые и очень малые реки с длиной менее 10 км. Речная сеть равномерно распределена по площади, средняя густота ее составляет 0,79 км×км^-2, водность территории - 9,0 л×с^-1×км^-2_.

Материалы и методы исследований

Экспериментальные данные получены при комплексных биогеоценотических исследованиях на уровне элементарных бассейнов. Наблюдения за элементами водного баланса проведены на постоянных пробных площадях Верхнеуссурийского лесного стационара Биолого-почвенного института ДВО РАН (ВУС), лесной покров которого репрезентативен для ландшафтов Южного Сихотэ-Алиня. Количественные показатели продуктивности лесных экосистем и гидрологических функций ландшафтов рассчитывались относительно общей площади бассейна. Это позволило переносить результаты экспериментальных работ в сходные по экотопическим условиям участки речных водосборов с последующей их по-бассейновой интеграцией. В выделенных бассейнах путем анализа лесоустроительных баз данных определялось соотношение коренных, условно коренных и вторичных лесов основных лесных формаций. Показатели общей надземной биомассы, биомассы крон и листового аппарата рассчитывались по коэффициентам связи с запасом стволовой древесины [5]. Среднемноголетние климатические показатели рассчитаны по материалам многолетних наблюдений на лесном стационаре, с привлечением фондовых материалов Гидрометслужбы [10]. Водопродуктивная способность ландшафтов рассматривается как основной индикатор водоохранной роли горных лесных экосистем. Рассчитывались удельная (Y) и относительная (Y1) водопродуктивность речных бассейнов. Y (л×с×км^-2) - количество воды, стекающей с единицы площади бассейна в средний по водности год рассчитывались по индикационным зависимостям [10]; Y1 (%) - доля речного стока малого водосбора от общего в замыкающем створе исследуемого участка р. Уссури. Индикатор водорегулирующей функции лесного полога определялся по коэффициенту водорегулирования «R» [6], который показывает, какую часть поступающих атмосферных осадков могут аккумулировать отдельные почвенно-растительные комплексы, и определен для основных типов леса экспериментальным путем:

 (1)

где Н и Н_i - осадки за расчетный период и величина их задержания кронами древостоев, мм; W и W₀ - соответственно, запасы влаги в метровом слое почвы при наименьшей влагоемкости и средние за расчетный период, мм.

В модельном ландшафтно-гидрологическом комплексе, от истоков реки Уссури до замыкающего створа у с. Новомихайловка, выделено 13 речных бассейнов с водосборной площадью от 180 до 640 км², которые охватывают 3 высотных пояса (табл. 1). В пределах высотных поясов наблюдается закономерная связь биометрических показателей лесного покрова с элементами водного баланса - осадками и русловым стоком.

Бассейны верхнего горного пояса (ВГП), в котором преобладают темнохвойные пихтово-еловые леса (Picea ajanensis, Abies nephrolepis), примыкают к главному водоразделу горной системы Сихотэ-Алиня (рис. 1). В районе выделяются среднегорные пихтово-еловые леса с участием кедра корейского (Pinus koraiensis) и неморальных видов (до высот 800-1000 м) и высокогорные ельники c преобладанием бореально-лесных видов.

На горных массивах в пределах высот от 1400-1450 до 1800-1820 м над ур.м. выражен пояс каменноберезовых лесов (Betula ermanii) с элементами криволесий. Здесь находятся истоки реки Уссури, это - зона формирования вод [2].

Средний горный пояс (СГП) - переходный от пихтово-еловых к кедрово-еловым (Pinus koraiensis) и кедрово-широколиственным лесам. Этот высотный пояс включает зоны формирования и транзита водных ресурсов. Верховья рек занимают пихтово-еловые и переходные кедрово-еловые леса. В нижних частях бассейнов распространены кедрово-широколиственные и долинные леса. Лесовосстановление после рубок здесь происходит быстрорастущими лиственными породами. Биомасса молодых и средневозрастных лесов здесь на 55% больше, чем в расположенном выше горном поясе (см. табл. 1).

Примечания: Кгрс - коэффициент густоты речной сети, км×км^-2; МС - молодые и средневозрастные древостои; ПСП - приспевающие, спелые и перестойные древостои; Y и Y1- удельная (л×с^-1×км^-2) и относительная (%) водопродуктивность.

Нижний горный пояс (НГП) - переходный от склоновых кедрово-широколиственных к широколиственным и лиственным долинным лесам. НГП - зона транзита и концентрации водных ресурсов, для которой характерна смена облика рек с горного на равнинный. В пределах данного высотного пояса происходит концентрация подземных вод на равнинных участках и межгорных котловинах [2]. Анализ информации по динамике структуры и продуктивности лесов показал, что во всех высотных поясах в результате вырубки лесов и пожаров древесные запасы и масса хвойно-листового аппарата уменьшились в 1,5-2 раза (рис. 2, 3). Наибольшее снижение произошло в бассейнах среднего и нижнего горных поясов, где значительно изменены породный состав и общая структура надземной части древостоев.

Состояние лесного покрова, породный и возрастной состав, насыщенность биомассой определяют степень влияния фитоценозов на окружающую среду и являются основными критериями оценки экологического потенциала лесной растительности (ЭП) исследуемых горно-лесных ландшафтов. ЭП бассейнов определялся по интегральному показателю I средозащитной роли фитоценозов (формула (2)).

 (2)

Этот показатель оценивался с учетом изменения структуры лесных сообществ (C), с которой тесно связаны водорегулирующие (R), водоохранные (P) свойства лесного покрова в процессе смены коренных лесов (nature forests) - R_n, P_n и C_n, а также производные (secondary forests) - R_s, P_s и C_s:

 (3)

Коэффициент биомассы хвои (доля хвойных) определен как отношение массы листового аппарата к общей надземной биомассе. Суммарные показатели оценки водоохранно-защитной роли лесов и структура лесных сообществ для бассейна в целом определялись по формулам:

 (4)

где f_i и F - площадь (га), занятая конкретными типами леса, и общая для бассейна, соответственно.

Уровень нарушенности (U) лесов в бассейнах (формула (5)) характеризует степень трансформации лесных экосистем на водосборах после антропогенных нагрузок. По пределам U (табл. 2) устанавливаются категории защитности бассейнов и ландшафта в целом:

В табл. 2 показано, что при нарушении лесного покрова на площади до 20% леса сохраняют свои основные регулирующие и водоохранно-защитные функции на оптимальном уровне. На водосборах поддерживается защитный потенциал лесного полога, наблюдается некритическая эрозионная опасность и быстрое восстановление гидроклиматических параметров территории. Превышение 20%-го уровня нарушенности приводят к более длительному восстановлению эколого-защитных функций лесного полога. По данным наших наблюдений в экспериментальном бассейне этот период для смешанных хвойных лесов составляет 30-40 лет [8]. При дальнейшем снижении ЭП уровень защитности приближается к критическим отметкам, нарушается устойчивость лесных сообществ, а эколого-защитные функции восстанавливаются только при накоплении потенциальных запасов биомассы коренными лесообразователями. Несмотря на то, что лесистость во всех бассейнах сохраняется на уровне 80-90%, так как не вырубались лиственные породы (Betula ermani, Betula costata, Tilia taquetti), структурно-функциональная организация насаждений нарушена, в пределах высотных поясов значительна степень трансформации лесного покрова (табл. 3).

Примечание. R - коэффициент водорегулирования.

Только леса верхнего горного пояса сохраняют экологический потенциал близкий к природному, а их защитные свойства в целом пока на среднем уровне. В лесах среднего горного пояса ЭП снижен до низкого значения, за исключением восьмого бассейна, в котором леса сохранились, так как бассейн является санитарной зоной источника водоснабжения населенных пунктов. Заметная негативная динамика эколого-защитных функций лесов наблюдается на водосборах малых и очень малых рек, где преобладание перешло к молодым и средневозрастным древостоям лиственных пород, а ЭП лесного покрова снижен на 50-70%, что приводят к длительному (50-100 лет) восстановлению гидролого-защитных свойств лесов [7, 8]. Наиболее нарушенным является лесной покров НГП. Доля лесов, которые можно отнести к коренным, здесь составляет не более 5-10%. Уровень нарушенности лесного покрова НГП превышает 55%. Экологический потенциал во всех речных бассейнах снижен до очень низкого и критического уровня и поддерживается только за счет небольшой части хвойно-широколиственных лесов, сохранившихся в верховьях рек. В связи с проблемами естественного лесовосстановления на всей территории ЛГК, значительно сократился период добегания паводочных вод, что часто приводит к затоплению сельскохозяйственных земель и населенных пунктов в этой зоне. Во всех горных бассейнах проблемы усложняются в связи с циклоническим характером летних осадков. Количественные и качественные показатели речного стока, как интегральной характеристики влагооборота, находятся в прямой зависимости от биомассы сохранившихся хвойных старовозрастных лесов и фоновых погодно-климатичеких условий (рис. 4). В условиях современной климатической нестабильности крайне важно сохранить леса, сформированные коренными хвойными лесообразователями, обеспечивающими нормальный ход гидрологических процессов, устойчивость почвенного покрова и всех компонентов горных ландшафтов.

В целом, ухудшение качественного состава лесов, их структуры и продуктивности к настоящему времени произошло во всех рассматриваемых бассейнах. Для поддержания водно-ресурсного потенциала ЛГК уровень нарушенности естественного лесного покрова в зонах формирования вод (истоки рек) не должен превышать 15-20%, а в зонах транзита и концентрации вод - 30-40%.

Положительный эколого-защитный эффект лесного покрова горных речных бассейнов достигается за счет коренных лесов, сформированных в результате длительного естественного развития. Для них характерны большая надземная биомасса, сбалансированная структура основных компонентов лесных фитоценозов, это определяет стабильность выполняемых ими экологических функций в малых речных бассейнах и общем природном комплексе верховьев р. Уссури. В наиболее нарушенных бассейнах экологический потенциал лесного покрова поддерживаются за счет части сохраненных коренных лесов на крутосклонах. Уровень защитности лесного покрова снижается с увеличением доли молодняков и средневозрастных лесов, а нормализация показателей устойчивости экосистем тесно связана с длительностью периода восстановления хвойных лесообразователей. В сезоны повышенной водности (циклоны, снеготаяние) эти территории становятся наиболее эрозионно- и паводкоопасными. В лимитирующие периоды (межень, засуха) здесь водоохранные функции лесной растительности снижаются до критического уровня. ЭП пихтово-еловых лесов зоны формирования вод реки Уссури в настоящее время оценивается как средний, но при общем очень низком уровне лесного хозяйства существует реальная тенденция его снижения. Проведенные исследования показали, что в условиях высокогорья восстановительный процесс гидролого-защитных функций лесных экосистем растягивается на десятилетия уже при небольшом уровне нарушенности. Восстановление ЭП лесов ВГП в режиме саморегуляции мы связываем с началом функционирования национального парка «Зов тигра», куда входят несколько бассейнов малых рек. На территории среднего и нижнего горных поясов необходимо осуществление комплекса лесокультурных мероприятий, так как восстановление лесных экосистем в режиме саморегуляции в большей части бассейнов уже невозможно или находится за пределами реального (100 и более лет) времени. В условиях продолжающегося экстенсивного природопользования реализация экологического потенциала лесного покрова может быть осуществлена только при сохранении лесопокрытых площадей, где еще возможны коротко-восстановительные сукцессионные процессы. Для всего ЛГК требуется значительное усиление лесокультурных мер с целью увеличения доли хвойных насаждений, постоянный контроль оптимального соотношения трансформированного и естественного лесного покрова, крайне необходимые для поддержания общего ЭП лесов в крупном горнолесном регионе.

• Петропавловский Б.С., д.б.н., ст.н.с., зав. лабораторией «Экологии растительного покрова» Ботанического Сада - института ДВО РАН, Владивосток;
• Костенков Н.М., д.б.н., профессор, зав. лабораторией «Почвоведения и экологии почв» Биолого-почвенного института ДВО РАН, г. Владивосток.

Работа поступила в редакцию 30.05.2012.