ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЛЕСНЫХ ЗЕМЕЛЬ

Общие понятия

Лесные земли– это приповерхностная часть литогенной основы ПТК, в которой укореняются и закрепляются лесные растения. Лесные земли – это относительно твердый субстрат, из которого растения получают необходимые для их роста питательные вещества и воду.

В отличие от почв, земли имеют большую мощность. Они могут вклю­чать не только почву, почвообразующие и подстилающие горизонты рых­лых отложений, но и коренные горные породы. Мощность лесных земель зависит от глубины распространения корней деревьев. Однако если глубже их распространения залегают водоупорные или, наоборот, дренирующие водопроницаемые горизонты, влияющие на водный режим, то и они долж­ны быть включены в толщу лесных земель. Термин «почво-грунт», кото­рый широко применялся лесоводами в начале девятнадцатого века, близок по значению термину «лесные земли».

Земли различаются по тому, как они снабжают растения водой, мине­ральными веществами и воздухом. Последний проникает через поры почв, горных пород или, в растворённом виде, приносится водой.

Условия водно-минерального и воздушного питания растений зависят от совокупности экологических режимов лесных земель.

Экологические режимы лесных земель– это их изменяющиеся свой­ства и характеристики, которые в совокупности определяют условия водно-минераяьного и воздушного обеспечения лесных растений.

На рост и развитие растений влияют следующие экологические режимы и субстративные свойства лесных земель: трофность, водность, рыхлость, подвижность, мерзлотность, дренаж, затопляемость и нарушенность. В со­вокупности экологические режимы определяют лесорастительный эффект лесных земель. Для количественного выражения экологических режимов земель они часто даются не в абсолютных, а в относительных величинах, в относительных (сравнительных) градациях или ступенях. Количественные показатели режима могут быть оптимальными для растений, недостаточ­ными или избыточными. Во втором и третьем случаях количественные ступени режима ограничивают развитие растений или приводят к их гибе­ли и отсутствию в составе сообщества. В различных классификациях, в за­висимости от поставленных задач, необходимой дробности число ступеней обычно не менее 3 и не более 5-6. При необходимости их количество мо­жет быть увеличено введением дополнительных подступеней. Так, напри­мер, в классификациях болотоведов болотные фации делятся по трофности на три типа: олиготрофные, мезотрофные, евтрофные. П.С. Погребняк вслед за А. А. Крюденером выделяет четыре категории трофности: А – олиготрофная, боры; В – олигомезотрофная, субори; С – мезо-мегатрофная, сурамени; Д – мегатрофная, рамени. Позже для аридных условий степей и пустынь дополнительно введена категория Е, которая обозначает излиш­нюю трофность или засоленность. Д.В. Воробьев для оценки промежуточ­ных ступеней трофности вводит дополнительные подступени – централь­ную и уклоняющуюся от центральной в ту или другую сторону. Например, В – центральная типичная суборь, 1В – бороватая или бедная суборь, тяго­теющая к борам, В1 – богатая суборь, тяготеющая к сураменям или сугруд-кам.

Дня оценки экологических режимов земель видов местностей и ландшафтов (Киреев Д.М., Сергеева В.Л., 1995) применялась трехступенная шкала (табл. 1).

Таблица 11

Экологическая оценка земель

Примечание.В таблице для оценки трофности и водности в скобках (в индексе) даны дополнительные ступени эдафической сетки А, В, С, Д, Е и 0, 1, 2, 3, 4, 5. Оптималь­ные ступени режимов выделены жирным шрифтом.

Трофность

Трофность определяется литологическим составом горных пород и рых­лых четвертичных осадков, богатством вод питательными веществами. Наиболее бедными являются кварцевые пески, гравийно-галечные отложе­ния, верховые торфяники. Увеличение в составе отложений пылевато-глинистой фракции вызывает увеличение трофности. Если на кварцевых песках развиваются боры, то на супесях (10-15% глинистых частиц) уже встречаются субори, на суглинках – сурамени (20-40% глинистых частиц). Карбонатность отложений создает наиболее высокую трофность (рамени).

Трофность наиболее объективно оценивается фитоиндикационными мето­дами, так как нет пропорциональной зависимости между богатством отложе­ний, минеральными веществами и трофностью земель. Плотные ленточные глины в слабодренируемых приводораздельных частях плоских озерно-ледниковых равнин могут давать лесорастительный эффект влажных и сы­рых суборей, так как длительное стояние атмосферных вод у поверхности земли в мелких впадинах резко сокращает ризосферу и мощность освоенной корнями толщи земли, ограничивая ее сильно оподзоленными и выщелочен­ными горизонтами почв. Кроме того, плотность глин, отсутствие пор ухудша­ет дренаж – поступление воздуха к корневым системам.

Категория трофности Т_о (табл. 1) соответствует трофности А и В эдафи­ческой сетки лесоводов. Категория Т₁ - трофности С и Д, а ступень 2 -трофотопу Е.

Водность

Водность определяется количеством и режимом воды земель. Вод­ность связана с уровнем первого от поверхности горизонта безнапорных вод. Здесь не может быть прямой пропорциональности, так как высота капиллярного поднятия вод на суглинках значительно больше, чем на песках. Водность меняется в зависимости от сезона, режима атмосфер­ных осадков и снеготаяния. Поэтому наиболее достоверно и точно водный режим оценивается по фитоиндикаторам. В лесоведении применя­ется шесть градаций влажности земель: недостаточная влажность - В_о (табл. 1) включает очень сухие (0) и сухие (1) гигротопы эдафической сетки; оптимальная влажность B₁ включает свежие (2) и отчасти влажные гигротопы эдафической сетки; ступень избыточной водности (В₂) включает влажные (3), сырые (4) и мокрые (5) гигротопы эдафической сетки.

При крупномасштабных ландшафтных исследованиях, картографирова­нии урочищ, подурочищ и ландшафтных фаций для оценки трофности и водности применяется эдафическая сетка.

Рыхлость

Рыхлость следует обязательно оценивать в денудационных ПТК, где рыхлый мелкозем отсутствует или имеет малую мощность, а на дневную поверхность выходят монолитные скальные породы, которые являются непреодолимым препятствием для прохождения корней растений. Близкие приповерхностные горные породы косвенно влияют и на режим водности.

Ступень Р₀ – монолитные скальные породы на поверхности; древесная растительность может встречаться там, где в карманах и трещинах скапливается мелкозем. Деревья либо отсутствуют, либо кривоствольны, сучковаты, низкорослы и образуют редины и редколесья, иногда встречаясь единично, кое-где. В основном скальные породы покрыты лишайниками, мхами, реже – кустарничками и травами.

Ступень P₁ – на поверхности скал; в трещинах и углублениях на маломощном мелкоземе развивается разомкнутая или слабо сомкнутая лесная растительность, но сообщества угнетены, разрежены или имеют куртинный характер.

Ступень Р₂ – оптимальные условия; когда мелкозема вполне достаточно по количеству и мощности для нормального укоренения древесных расте­ний. Большое количество валунов и монолитов, глыб с мелкоземом, запол­няющим все промежутки, может не влиять угнетающе на рост и развитие деревьев, Так, например, на склонах Карпат можно наблюдать лесные культуры ели 1а класса бонитета и выше с полнотой 1,2 и 1,3 на сильно ка­менистых отложениях. Глыбово-каменные отложения позволяют ели прочно укореняться и создают основу для мощных деревьев, не страдающих от ветровала, а заполняющий промежутки между глыбами мелкозем достато­чен для укрепления и водно-минерального питания растений.

Подвижность

Подвижность земель развивается под влиянием различных сил: грави­тации, движения вод и ветра. На склонах горных ландшафтов развиты все виды подвижности земель. Они часто являются основной причиной безле­сья обширных территорий. В Сибири такие территории носят название курумов, гольцов, глыбово-каменных потоков, рек и морей.

Гравитационное перемещение материала происходит на склонах различ­ной крутизны и различается по скорости движения. Медленные гравитационные движения (крип),миллиметры и сантиметры в год, связаны с из­менением объема твердого и рыхлого материала под влиянием темпера­турных колебаний, колебаний влажности и других причин.

Крип с большей скоростью перемещения материала происходит на гор­ных породах, содержащих воду, под влиянием колебания температуры и многократного перехода воды из жидкого состояния в твердое. Крип обы­чен в районах с вечной мерзлотой. Образовавшийся лед приподнимает глыбы нормально к поверхности склона и опускает вертикально вниз. Та­кое медленное, незаметное для глаза, перемещение материала происходит даже при небольших уклонах. По этой причине глыбово-каменные потоки приурочены к ложбинам и лощинам склонов гор.

Древостой лиственницы на медленном глыбово-каменном крипе не дос­тигают большого возраста. Повсюду наблюдаются поваленные или сло­манные глыбами стволы деревьев.

Одним из признаков развития медленного крипа является саблевидная форма стволов деревьев. Изгиб направлен в сторону падения склона. Ниж­ние части стволов кедрового стланика на быстром крипе часто стелются вниз по склону, затем изгибаются вверх, стремясь принять вертикальное положение.

Дефлюкция и солифлюкция развиты в районах с вечной мерзлотой. Водонасыщенный слой мелкозема, связанный дерниной, перемещается вниз по склону и образует характерные складки сползания. Дефлюкция захватыва­ет большую мощность отложений.

Быстрые гравитационные перемещения материала — осыпи и обвалы наблюдаются в случае подрезания основания склона земляными работами или боковой эрозией рек. Осыпавшийся и обвалившийся материал образует у основания склона конус осыпи. Характерно, что более мелкие обломки откладываются в верхней, а более крупные - в нижней части осыпи. Круп­ные изометрические глыбы породы часто откатываются на некоторое рас­стояние от осыпи.

На склонах, подверженных осыпанию, часто вообще отсутствует расти­тельность или она имеет фрагментарный характер, формируясь на относи­тельно слабоподвижных частях склонов. Хорошо известны подмываемые рекой безлесные борта долин рек, которые называются ярами.В верхней части яра на поверхность выходят горные породы различных горизонтов – это естественный разрез земной коры. Естественное обнажение горных по­род является стенкой отрыва. Со словом яр связано название многих насе­ленных пунктов России (Красноярск, Белоярск, Белый Яр, Веселоярск, Красный Яр, Сытный Яр, Яр, Ярцево, Ярославль).

К относительно быстрым гравитационным перемещениям материала относятся оползни. Под влиянием водонасыщения и резкого увеличения веса крупные блоки горных пород и отложений сползают вниз по склону. Оползни образуются часто в вогнутых частях склонов, где концентрируется сток, отсюда – оползневые цирки с их системой псевдотеррас.

Специфическими, очень быстрыми перемещениями материала являются селевые потоки, сели. Они приурочены к вогнутым склонам и долинам водотоков. Сель возникает в результате перенасыщения отложений в верх­ней части долины водой в результате обильных осадков. Кашеобразная масса материала стекает вниз по склону. Материал, перемещаемый селем, различен по величине от тонкого мелкозема до крупных глыб горной поро­ды. Селевые конуса выноса – достаточно богатые и плодородные земли (Алма-Ата).

Гравитационные «сползания» материала очень разнообразны по своей природе. Они зависят от крутизны склонов, состава горных пород и других факторов. В совокупности это приводит к тому, что склоны гор сильно раз­личаются по выраженности гравитационных процессов.

В совокупности с делювиальным смещением материала гравитационные движения прямо и непосредственно влияют на растительность и, в пер­вую очередь, на сплошность растительного покрова. Пихтовые леса на склонах гор Забайкалья часто имеют куртинный характер. Кедровые леса на курумах характеризуются редкостойностью, часто деревья далеко отсто­ят друг от друга, низкорослы, ветвисты с низко опушенными густыми кронами.

Водой производится перемещение материала на склонах, делювиальные процессы с плоскостным и линейно сосредоточенным сносом. В долинах рек материал перемешается с одновременной его сортировкой (русловой и пойменный аллювий). Эоловое перемещение материала также приводит к образованию редин и редколесий, характерных для дюнных ландшафтов.

Выделяются три ступени подвижности: П_о – неподвижные земли равнин; П₁ – слабо подвижные земли со сплошным, но видоизмененным раститель­ным покровом (саблевидность стволов); П₂ – сильно подвижные земли с фрагментарностью растительности, редколесьями, пьяным лесом, вплоть до полного отсутствия древесной растительности, развитием кустарников, кустарничковых, моховых и лишайниковых пустошей.

Мерзлотность

Мерзлотность.Выраженные мерзлотные процессы развиваются толь­ко в регионах с вечной мерзлотой. На Русской равнине и в Феноскандии они захватывают лишь узкую полосу на самом севере. За Уралом мерзлота опускается на юг до широтного отрезка Оби. За Енисеем мерзлота продви­гается далеко на юг, уходя в Монголию и Китай. В России мерзлота охватывает всю Среднюю и Восточную Сибирь. И только юг Дальнего Востока свободен от нее (Общее мерзлотоведение, 1978).

На экологический режим земель влияют следующие взаимосвязанные ус­ловия залегания мерзлоты: мощность, температура, сплошность, глубина и длительность сезонного протаивания.

Горные территории, как правило, охвачены вечной мерзлотой и мерзлота ужесточается с увеличением высоты над уровнем моря. Мерзлота развита в Тибете и на Гималаях - высокогорьях вблизи экватора. Она является при­чиной резкого климатического перепада от влажных и жарких равнин Ин­дии до резкоконтинентального сухого и холодного климата прилегающих с севера горных массивов.

Можно выделить три ступени мерзлотности.

М₀ – вечная мерзлота отсутствует и не лимитирует развитие леса.

М₁ – слабо мерзлотные земли. Мерзлота имеет малую мощность, остров­ное распространение, высокую температуру, близкую к 0°, глубоко и дли­тельно протаивает, особенно на песчаных землях. В этих условиях разви­ваются нормальные или несколько угнетенные и разреженные леса, пре­имущественно из лиственницы. Последние приурочены к местам, благо­приятным для сохранения мерзлоты (склоны северной экспозиции).

М₂ – сильно мерзлотные условия. Мерзлота мощная, измеряемая десят­ками и сотнями метров с низкой температурой, сплошная или разомкнутая (вдоль рек и более мелких водотоков), протаивающая летом на небольшую глубину и на короткое время. В этих условиях развиты редколесья лист­венницы, ерники, тундры.

Следует заметить, что самая сплошная и мощная мерзлота может иметь сквозные или частичные разрывы — талики.Они приурочены к во­дотокам и разломам земной коры, по которым поступает тепло. Поэтому в самых северных районах встречаются узкие полосы приречных лесов (галерейные леса)среди редколесий, ерников, тундр и болот. Иногда эти приречные древостой, располагающиеся в соседстве с тундрами, имеют II-III классы бонитета (северные притоки Нижней Тунгуски). Отсюда сле­дует вывод, что мерзлота является первопричиной смены лесов на редколе­сья и тундры.

Дренаж

Дренаж– поступление воздуха к корневым системам растений. Кисло­род проникает к корням растений через поры в почвах и подстилающих по­родах. В случае, когда поры заполнены водой, воздух может поступать только в условиях проточности – фильтрации вод через породы, подстилку почв, течению по поверхности. При плохом дренаже не разлагаются опад и органические вещества, происходит их накопление, что еще более ухудша­ет поступление кислорода. В землях накапливаются недоокисленные про­дукты, образуются водородистые и закисные соединения (сероводород, аммиак, метан, окись железа), которые вредны для растений. Развитие кор­невых систем становится поверхностным.

Можно выделить три ступени дренажа.

Д₀ – дренаж отсутствует; поры отложений заполнены застойной водой, в почвах может присутствовать аммиак, сероводород, закиси железа. Та­кие условия развиваются на заболоченных и болотных землях, на очень плотных глинах, бесструктурных почвах, где поры земель забиты мелко­земом и органикой. Древостои низкорослы и разрежены, корни деревьев сосредоточены на поверхности, в составе растительности преобладают олиготрофы.

Д₁ – слабый дренаж; может развиваться, когда застойные или слабо про­точные воды располагаются в пределах почвенных горизонтов, оглеение хорошо заметно в нижней части почвенного разреза в пределах 40-80 см, выше, до поверхности, располагаются ржавые пятна, развит торфянистый горизонт. В растительных сообществах встречаются олиготрофы и мезотрофы. Однако последние имеют угнетенный вид.

Д₂ – хороший дренаж земель происходит в случае достаточно глубокого, свыше 2 м, залегания грунтовых вод, когда поступающая вода отводится в водотоки, а также на дне проточных ложбин стока. Корни деревьев хорошо развиты, за исключением ложбин стока, где могут нормально расти только растения, приспособленные к избытку проточной воды (ольха, тополь, ива). В условиях хорошего дренажа и богатства отложений формируются сооб­щества растений с развитием мегатрофов хорошего роста (рамени, груды, дубравы, ольсы и т.д.).

Затопляемость

Затопляемость – кратковременное или длительное нахождение вод вы­ше поверхности земли. На плоских равнинах затапливаются не только пойма, но и микропонижения, впадины различного происхождения, ложби­ны стока, мочажины на болотах. Иногда в грядово-мочажинном, бугристо-западинном, крупнокочковатом рельефе – впадины и бугры настолько ма­лы, что не могут образовывать самостоятельных ПТК, а являются только их структурными элементами. Так образуются комплексные фации не толь­ко на болотах, но и на суходолах. В таких гетерогенных по затопляемости фациях режим затопляемости должен записываться в виде дроби раздельно для повышений и мочажин. В комплексных фациях деревья повышений и впадин образуют общий полог.

Растения по-разному переносят затопляемость, некоторые погибают да­же при кратком затоплении (сосна, некоторые злаки, лишайники и др.). Различное отношение растений к затопляемости приводит к формированию комплексных фаций на равнинах в условиях избыточного уводнения и раз­витого микро- и нанорельефа. Известны грядово-мочажинные комплексы болот и бугристо-западинные комплексы равнин. При длительном затопле­нии образуются длительно затопляемые земли и безлесные ПТК (низовья Оби, Верхней Ангары).

Можно выделить три основных категории затопления.

З₀ - выпуклые участки плакоров, которые не затопляются вообще; атмо­сферные воды быстро просачиваются вглубь или стекают по поверхности.

З₁ - краткая затопляемость; наблюдается на высоких поймах рек, верши­нах грив поймы, впадинах плоских равнин со слабо водопроницаемыми от­ложениями, в слабо выраженных ложбинах стока и днищах временных во­дотоков, мелких впадинах с хорошо водопроницаемыми почвообразующими породами. В этих условиях древесные породы испытывают угнетение, что проявляется в снижении бонитета и полнот древостоев, выпадении из состава сообществ растений, не приспособленных к затоплению.

З₂ - длительная затопляемость; развита на самых низких уровнях пойм рек, в мочажинах и топяных фациях болот, впадинах равнин с плохо водо­проницаемыми породами и отложениями, староречьях и межгривных лож­бинах пойм. Земли в таких условиях либо безлесны, либо в составе сооб­ществ остаются только поймовыносливые виды (ивы, тополя, ольхи), но и эти растения находятся в угнетенном состоянии.

Нарушенность

Нарушенность земель связана с внешними воздействиями: пожары, рубки, очаги энтомовредителей, вытаптывание с уплотнением почв, зем­ляные работы и сельскохозяйственная деятельность (косьба, пахота, па­стьба иногда со сбоем дернины). После разового или систематического воздействия происходит восстановление первоначального биоценоза ПТК. Иногда восстановление затягивается на долгие годы. В некоторых случаях оно не происходит, и на месте старых образуются новые постоянные или длительно производные ПТК.

Если существенно не нарушена литогенная основа ПТК (рельеф, литологический состав отложений), то со временем возможно восстановление ко­ренных или условно коренных насаждений. В противном случае формиру­ются новые ПТК.

Н₀ – ПТК слабо видоизменены, преобладают коренные и условно корен­ные группировки растений. В случае пожаров и вырубок идет процесс вос­становления через смену или без смены лесообразующих древесных пород.

H₁ – вo время рубок, сельскохозяйственных воздействий нарушена не только растительность, но и почвы. Лесовосстановление затягивается на долгие годы или появляются производные растительные группировки вследствие систематического характера воздействия (ежегодные низовые пожары). Примером могут служить лиственично-сосновые пирогенные травяные леса Приангарья.

Н₂ – разовое или систематическое воздействие, приводит к изменению литогенной основы ПТК. Рытье дренажных канав, насыпей, дорог, выра­ботка торфяников, пахота с изменением литологического состава почв, по­следующее развевание, выдувание или смыв верхних горизонтов почвы, сильное уплотнение или сбой дернины в результате выпаса, деградация мерзлоты после пожаров и вырубок, возникновение новообразованных кар­бонатных или засоленных горизонтов. В результате таких изменений лито­генной основы (нарушенный рельеф и литологический состав отложений), как правило, образуются новые ПТК на месте старых, обратное восстанов­ление растительных группировок не происходит.

Такие коренные изменения ПТК особенно часты в горных условиях при поранении склонов, растительных сообществ на них при неправильном и непродуманном ведении хозяйства. Также очень подвижны и динамичны ПТК в аридных регионах.