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.
Материалы и методы исследований
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 Нi - 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.
Результаты исследований и их обсуждение
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).
Таблица 1 Биоклиматическая характеристика высотных поясов бассейна р. Уссури
Номер бассейна |
Площадь, км2/% |
Запас древесины, млн м3 |
Биомасса листового аппарата древостоев, т/га абс. сух. |
Кгрс |
Y |
Y1 |
Осадки, мм |
|||
хвойных |
лиственных |
|||||||||
МC |
ПСП |
МC |
ПСП |
|||||||
Пояс высокогорных пихтово-еловых лесов с абсолютными высотами 900-1600 м |
||||||||||
1 |
471/19,4 |
8,6 |
2,3 |
4,3 |
0,4 |
1,3 |
0,89 |
11,6 |
12,4 |
800-1200 |
2 |
640/26,4 |
7,5 |
2,1 |
3,6 |
0,8 |
1,2 |
0,92 |
10,6 |
15,4 |
|
3 |
431/17,8 |
6,4 |
2,4 |
3,5 |
1,4 |
1,6 |
0,84 |
8,90 |
8,7 |
|
4 |
328/13,6 |
7,6 |
2,7 |
6,5 |
0,9 |
1,0 |
0,90 |
11,5 |
8,6 |
|
5 |
552/22,8 |
6,9 |
2,8 |
3,3 |
1,9 |
2,1 |
0,94 |
11,9 |
14,9 |
|
Пояс среднегорных кедрово-еловых лесов с абсолютными высотами 600-900 м |
||||||||||
6 |
543/6,3 |
8,4 |
2,1 |
3,4 |
0,60 |
1,3 |
0,75 |
9,30 |
11,5 |
650-900 |
7 |
424/8,7 |
6,5 |
2,9 |
4,9 |
1,1 |
1,8 |
0,84 |
10,1 |
9,7 |
|
8 |
180/3,7 |
2,9 |
1,9 |
3,8 |
0,9 |
1,6 |
0,67 |
9,68 |
4,0 |
|
Пояс низкогорных широколиственно-кедровых лесов с абсолютными высотами 300-600 м |
||||||||||
9 |
198/6,3 |
2,7 |
2,9 |
3,3 |
1,3 |
1,4 |
0,66 |
6,21 |
2,8 |
600-800 |
10 |
298/6,1 |
4,4 |
2,7 |
3,9 |
0,9 |
1,5 |
0,70 |
8,13 |
5,5 |
|
11 |
317/6,4 |
4,5 |
2,6 |
3,7 |
1,2 |
1,5 |
0,90 |
8,93 |
6,4 |
|
12 |
197/4,0 |
2,8 |
3,5 |
3,8 |
1,3 |
1,5 |
0,69 |
7,72 |
3,4 |
|
13 |
302/6,2 |
3,8 |
2,2 |
3,3 |
1,1 |
1,3 |
0,61 |
6,78 |
3,5 |
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.
Рис. 1. Распределение древесных пород (% от запаса) в бассейнах горных поясов
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.
Рис. 2. Динамика запаса лиственных и хвойных пород в верхнем горном поясе, среднем горном поясе, нижнем горном поясе: А - 1986 год; В - 2005 год
Рис. 3. Динамика биомассы хвои
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) - Rn, Pn и Cn, а также производные (secondary forests) - Rs, Ps и Cs:
(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 fi 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:
U = 100 - ЭП. (5)
Таблица 2 Оценка гидролого-защитных функций горных лесов при различных уровнях нарушенности (U,%) на водосборах
Пределы U,% |
Интенсивность эрозионных процессов |
Восстановление гидрологических функций |
Категория защитности |
|
критерии |
период, лет |
|||
0-10 |
Низкая |
Быстро-восстановимые |
< 10 |
Высокая |
11-20 |
Средняя |
10-30 |
Средняя |
|
21-40 |
Высокая |
Длительно- восстановимые |
30-50 |
Низкая |
41-50 |
Высокая |
50-100 |
Очень низкая |
|
> 50 |
Очень высокая |
> 100 |
Критическая |
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).
Таблица 3 Категории защитности современных лесов в бассейнах р. Уссури
Номер бассейна |
R для основных лесных формаций |
ЭП,% |
Категория защитности |
|
коренных |
нарушенных |
|||
1 |
0,183 |
0,168 |
89 |
Высокая |
2 |
0,227 |
0,183 |
80 |
Средняя |
3 |
0,235 |
0,146 |
60 |
Низкая |
4 |
0,229 |
0,192 |
80 |
Средняя |
5 |
0,198 |
0,111 |
54 |
Очень низкая |
6 |
0,340 |
0,211 |
60 |
Низкая |
7 |
0,340 |
0,221 |
62 |
Низкая |
8 |
0,329 |
0,276 |
74 |
Средняя |
9 |
0,478 |
0,262 |
51 |
Очень низкая |
10 |
0,336 |
0,179 |
50 |
Очень низкая |
11 |
0,336 |
0,168 |
46 |
Критическая |
12 |
0,336 |
0,172 |
49 |
Критическая |
13 |
0,478 |
0,247 |
50 |
Очень низкая |
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.
Рис. 4. Зависимость коэффициента стока (К) от доли приспевающих, спелых и перестойных хвойных лесов (С,%) в модельных бассейнах р. Уссури
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%.
Заключение
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.
Рецензенты:
-
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.
Библиографическая ссылка
Дюкарев В.Н., Кожевникова Н.К. ЭКОЛОГО-ЗАЩИТНЫЙ ПОТЕНЦИАЛ ГОРНЫХ ЛАНДШАФТОВ В УСЛОВИЯХ АНТРОПОГЕННОЙ ДИНАМИКИ СТРУКТУРЫ И ПРОДУКТИВНОСТИ ЛЕСОВ ЮЖНОГО СИХОТЭ-АЛИНЯ // Фундаментальные исследования. – 2012. – № 9-2. – С. 288-293;URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=30215 (дата обращения: 17.08.2024).