Ботанический журнал, 2021, T. 106, № 12, стр. 1167-1179

ВОЗОБНОВЛЕНИЕ ТЕМНОХВОЙНЫХ ПОРОД В ОЧАГАХ УСЫХАНИЯ PICEA ORIENTALIS (PINACEAE) В ТЕБЕРДИНСКОМ ЗАПОВЕДНИКЕ (ЗАПАДНЫЙ КАВКАЗ)

М. Ю. Пукинская *

Ботанический институт им. В.Л. Комарова РАН
197376 Санкт-Петербург, ул. Проф. Попова, 2, Россия

* E-mail: pukinskaya@gmail.com

Поступила в редакцию 04.06.2021
После доработки 10.09.2021
Принята к публикации 21.09.2021

Полный текст (PDF)

Аннотация

В работе приведены результаты обследования очагов усыхания ели восточной (Picea orientalis (L.) Link.) в Тебердинском государственном природном биосферном заповеднике на Западном Кавказе. Массовое усыхание ели от короеда-типографа отмечено как в чистых ельниках, так и в смешанных древостоях с Abies nordmanniana (Stev.) Spach и Fagus orientalis Lipsky. В очагах усыхания ели в настоящее время в подросте преобладают темнохвойные породы, а участие лиственных мало. Широколиственные породы присутствуют во II ярусе на половине пробных площадей в небольшом количестве, и заметного влияния на численность хвойного возобновления не оказывают. Отмечено более равномерное и стабильное возобновление пихты, по сравнению с елью, – на большинстве пробных площадей численность возобновления пихты закономерно убывает по мере его взросления, в то время как у ели имеют место “взрывы” возобновления. Обсуждаются приросты подроста пихты и ели в высоту и по радиусу, а также их численность и размещение по площади. Показано, что через 7 лет после начала массового усыхания ели в Тебердинском заповеднике благонадежным подростом темнохвойных пород обеспечено не более 1/5 площади участков усыхания. В ближайшие годы возобновление темнохвойных пород будет пополняться только за счет пихты, так как плодоносящих елей практически не осталось. В дальнейшем, при условии сохранения от пожара, часть крупного подроста ели может стать источником елового возобновления, а упавшие сушины – пригодным для его поселения субстратом.

Ключевые слова: ель восточная, усыхание темнохвойных лесов, подрост ели, Тебердинский заповедник

Усыхание древостоев, наряду с ветровалами и пожарами, продолжает оставаться одной из основных причин гибели темнохвойных лесов по всей территории их распространения в Северном полушарии (Rehfuess, 1991; Fedorov, 2000; Man’ko, Gladkova, 2001a; Vostochnoyevropeiskiye…, 2004; Nevolin et al., 2005; Maslov, 2010; Cherpakov, 2011; Malakhova, Krylov, 2012; Malakhova, Lyamtsev, 2014; Pukinskaya, 2016; Pukinskaya et al., 2019; и др.). Причины усыхания различные. Оно может быть вызвано засухами, морозами, изменением уровня грунтовых вод, насекомыми-вредителями, бактериальными болезнями, техногенными загрязнениями, высоким возрастом древостоя и др. (Man’ko, Gladkova, 2001b). Кроме того, генетическая изоляция вида также может быть одним из факторов, снижающим его устойчивость (Wright, 1955; Larsen, 1986). Потепление климата способствует массовым вспышкам численности короедов и развитию у них дополнительных поколений (Maslov, 2010; Romashkin et al., 2020). В Евразии особенно подвержены усыханию древостои из разных видов ели и пихты. В последнее время все больше внимания уделяется естественному возобновлению темнохвойных пород в очагах усыхания (Vlasenko, 2005; Heurich, 2009; Man’ko et  al., 2009; Ermakov, Maslov, 2012; Pukinskaya, 2020).

Усыхание темнохвойных лесов Кавказа вызывает особое беспокойство в связи с их небольшим ареалом и уникальностью природы Кавказа. Тебердинского заповедника это касается в первую очередь, поскольку елово-пихтовые древостои из ели восточной и пихты Нордмана находятся здесь на границе (восточной) своего распространения и потому особенно уязвимы.

Ареалы ели восточной и пихты Нордмана почти полностью совпадают (пихта заходит немного западнее ели, а ель – немного дальше пихты на восток) и занимают западную часть Кавказа, включая Главный хребет и Малый Кавказ, а также склоны Понтийского хребта в Турции (Derev’ya i kustarniki…, 1949). Поскольку ареалы этих двух пород небольшие, а леса из них много веков интенсивно эксплуатировались и расчищались под сельскохозяйственные земли (Tumadzhanov, 1947), изучение оставшихся массивов темнохвойной тайги Кавказа актуально. Уже сейчас очевидно, что в связи с глобальным потеплением климата они особенно уязвимы.

В Тебердинском заповеднике темнохвойные леса покрывают склоны северной, западной и восточной   экспозиций на высотах 1400–1800 м над ур.м. К южным склонам приурочены сосновые леса. На обследованных нами участках до массового усыхания древостои состояли из ели и пихты или представляли собой чистые ельники. Бук восточный присутствовал в виде примеси на половине пробных площадей.

Целью работы было изучение состояния подроста лесообразующих пород на раннем этапе зарастания очагов усыхания ели и оценка перспектив лесовозобновления.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Материал собран в 2017–2019 гг. в Тебердинском государственном природном биосферном заповеднике. Космоснимки Google Earth Pro свидетельствуют, что усыхание началось в 2012 году. По результатам обследования к 2017 году в Гоначхирском лесничестве сплошное усыхание ели охватило площадь более 100 га, в трех других лесничествах ель усыхала диффузно или очагами по 0.1–0.3 га. Усыхание затронуло только ель. В очагах усыхания на стволах ели были обнаружены многочисленные ходы короеда-типографа (Ips typographus L.), свидетельствующие о его массовом размножении, которое явилось основной причиной усыхания. Гибели ели от типографа способствовал ряд факторов, снижающих устойчивость древостоя: крутизна склонов и слабо развитые почвы, старовозрастность ели, фаутность стволов и др. (Pukinskaya et al., 2019). К 2019 году усыхание ели на всех участках стало сплошным. Как и в большинстве районов усыхания древостоев ели разных видов, оно не затрагивает имеющийся подрост.

Первоначально, в 2017 г., через 5 лет после начала массового усыхания ели, для наблюдений за динамикой древостоя и лесовозобновлением в очагах усыхания были заложены 11 пробных площадей размером по 400 м2 в Гоначхирском, Джамагатском, Домбайском и Тебердинском лесничествах. В 2019 г. было заложено еще 2 пробные площади и проведено повторное обследование состояния растительности на пробных площадях, заложенных ранее. На пробных площадях выполнено описание травяно-кустарничкового яруса, краткое описание мохового покрова; отмечены координаты пробных площадей; замерена глубина почвенного слоя (до материнской породы); проведены измерения крутизны склона при помощи угломера. Проведена оценка состава и жизненности подроста лесообразующих пород. Численность подроста на пробной площади определялась, как среднее по 5–7 учетным площадкам по 25 м2. К категории “всходы” мы относили хвойное возобновление высотой до 0.3 м (то есть, не выше уровня пня). К подросту древесных пород относили экземпляры от 0.3 до 15 м высотой. Особи для обмеров выбирались среди благонадежного подроста (Metodicheskie …, 2011). Всего промерено 59 особей подроста хвойных пород высотой 0.6–4 м, а также взяты керны у 11 экземпляров крупного подроста ели и пихты. Приросты главной оси11 в высоту елового и пихтового подроста определялись по мутовкам и кольцевым рубцам от верхушечных почечных чешуй, маркирующих границы годичных приростов. Для выяснения скорости роста подроста ели и пихты в толщину у модельных экземпляров подроста произведены промеры штангенциркулем диаметра главной оси на уровне пня (у.п., на высоте 30 см, n = 42) и уровне груди (у.г., на высоте 130 см, n = = 30). Средний радиальный прирост в период роста особи от у.п. до у.г. (длительность периода А лет) определялась как частное от деления (D30–D130): 2: А, мм/год (где D – диаметры, мм). У крупного подроста радиальные приросты определялись по кернам на у.п. и на у.г. (среднее за начальные 10 лет). Скорость роста главной оси крупного подроста в высоту в интервале от 30 до 130 см (длиной 100 см) определялось как частное от деления 100: (А30–А130), см/год, где А – возраст, лет. Измерение радиальных приростов елей по кернам проводилось при помощи бинокуляра (с точностью до 0.1 мм).

При статистической обработке данных использовались коэффициент корреляции (r), ошибка коэффициента корреляции (mr) и t-критерий Стьюдента. В работе использовался 5% уровень значимости достоверности различий (Plohinskii, 1970).

Названия сосудистых растений приведены по С.К. Черепанову (Czerepanov, 1995), названия споровых – по Флоре споровых растений СССР (Flora USSR spore plants, 1952, 1954).

РЕЗУЛЬТАТЫ

Напочвенный покров и подлесок на пробных площадях

В напочвенном покрове на пробных площадях отмечено 92 вида сосудистых растений и 9 видов мхов. Список наиболее константных видов (со встречаемостью более 0.4) приведен в табл. 1. Полный список видов опубликован нами ранее (Pukinskaya et al., 2019). Проективное покрытие травяно-кустарничкового яруса на 12 пробных площадях составляло от 10 до 80%, а мохового – от 2 до 80%. Oxalis acetosella L. представлена на всех пробных площадях с проективным покрытием от 0.5 до 70%. А.Я. Орлов (Orlov, 1951), подробно изучавший темнохвойные леса Кавказа, относит к бореальным видам, характерным для моховых ельников следующие: Dryopteris carthusiana (Vill.) H.P. Fuchs, Goodyera repens (L.) R.Br., Huperzia selago (L.) Bernh. ex Schrank. et Mart., Listera cordata (L.) R.Br., Linnaea borealis L., Solidago virgaurea L.). На наших пробных площадях эти виды имеют низкие показатели встречаемости и обилия. По сравнению с описанием травяного покрова кавказских елово-пихтовых лесов кисличного типа Е.Н. Синской (Sinskaya, 1933), обследованные нами участки имеют сходный, но несколько обедненный состав видов. Из перечисленных ею 10 основных “травянистых констант”, на наших пробных площадях отсутствуют или не являются константными 5 видов (в том числе основной, после кислицы, константный вид – Festuca drymeja Mert. et Koch).

Таблица 1.

Общая характеристика напочвенного покрова на пробных площадях. Лесничества: I – Гоначхирское, II – Джамагатское, III – Домбайское, IV – Тебердинское Table 1. Total characteristics of ground cover on the plots. Forestries: I – Gonachkhir, II – Djamagat, III – Dombay, IV – Teberda

Лесничество/Forestry I II III IV
№ пробной площади/№ of sample plot 1 2 3 4 6 7 9 10 11 12 1–19 13
Общее число видов травяно-кустарничкового яруса
Total species number of grass-shrub layer
32 19 21 20 15 18 27 25 24 41 36 23
Проективное
покрытие (%)
Projective cover, %
Травяно-кустарничкового яруса Grass-shrub layer 65 40 30 45 10 60 80 35 60 65 15 75
в т.ч./among them
неморальных трав/nemoral herbs
23 3 20 4 2 6 19 6 3 13 2 25
папоротников/ferns 50 34 12 29 0.5 16 18 13 12 26 1 32
мхов/mosses 30 70 70 40 30 80 15 10 30 10 2 40
Actaea spicata L. 0.5     0.5     0.5     1   1
Athyrium filix-femina (L.) Roth 2 1 0.5 0.5     3     10   7
Calamagrostis arundinacea (L.) Roth   2 10 0.5         15   8  
Carex digitata L. 0.5       0.5     5 2 3 0.5 1
Dryopteris carthusiana (Vill.) H.P. Fuchs 2 10   5           2   7
Dryopteris expansa (C. Presl) Fraser-Jenkins 20 5 1 2   10     2      
Dryopteris filix-mas (L.) Schott             10 1   5 0.5 15
Festuca altissima All. 5 3           15 1   0.5 3
Galium odoratum (L.) Scop. 10   5   0.5 1 10 0.5   7 0.5 20
Geranium robertianum L. 10 0.5 10 0.5 0.5 5 5   2 8    
Gymnocarpium dryopteris (L.) Newm. 15 15 5 20   5 5   10 1   3
Hieraciummurorum L. aggr.         0.5 0.5     0.5 0.5 0.5  
Milium effusum L. 5 2 15 2 0.5 5 2         1
Moehringia trinervia (L.) Clairv.         0.5 1 1 0.5 5 2 0.5 1
Mycelis muralis (L.) Dumort. 0.5   0.5     1 3 0.5 5 1 0.5  
Myosotis sylvatica Ehrh. ex Hoffm. 0.5           0.5 0.5 1 2    
Oxalis acetosella L. 15 30 10 30 8 40 70 1 40 20 0.5 60
Petasites albus (L.) Gaertn.   0.5         1   0.5 3 0.5  
Polypodium vulgare L. 0.5   3     0.5   0.5     0.5  
Rubus idaeus L. 5 0.5 20     0.5 2   2   0.5  
Salvia glutinosa L.           0.5 1 2 0.5 2 0.5  
Senecio racemosus (M. Bieb.) DC.     1 0.5     1   5 1 0.5  
Senecio renifolius (C.A. Mey.) Sch. Bip.   0.5   0.5 0.5 2   2   12 0.5 5
Urtica dioica L. 5 1 3 0.5   0.5       1   2
Valeriana alliariifolia Adams     0.5 5     2 5   3 0.5 0.5
Мхи / Mosses                        
Hylocomium splendes (Hedw.) BSG 5   10   5 35   1 5   2 10
Plagiomnium affine (Bland.) T. Kop. 30   5 5   1     5      
Pleurozium schreberi (Brid.) Mitt. 20 10 5           0.5 10   30
Sanionia uncinata (Hedw.) Loeske   60 30 10 35 55            
Подлесок / Undergrowth                        
Sambucus nigra L.   0.5 0.5 0.5 0.5   2          
Sorbus aucuparia L. 10   0.5 0.5         2 8 0.5  

Примечание. В таблице приведены только виды со встречаемостью более 0.4

Note. The table gives only the species with an occurrence more than 0.4

А.Я. Орлов среди основных типов темнохвойных лесов Северного Кавказа выделял группы типов ельников: овсяницевые, моховые, мертвопокровные и скальные. На наших пробных площадях в напочвенном покрове преобладают мхи, папоротники и кислица, в разных соотношениях, то есть, представлены пихто-ельники папоротниково-кислично-зеленомошные. Овсяницевый тип леса, с наиболее производительными древостоями, в обследованном районе не встречен. По нашим данным связи численности и жизненности подроста ели и пихты, и доминантов нижних ярусов не выявлено.

Проективное покрытие подлесочных пород (Daphne mezereum L., Grossularia reclinata (L.) Mill., Lonicera xylosteum L., Padus avium Mill., Ribes alpinum L., Rhododendron luteum Sweet, Salix caprea L.) на пробных площадях не превышает 15%.

Породный состав, численность и распределение подроста в очагах усыхания ели

На пробных площадях в подросте представлено 8 древесных пород: Abies nordmanniana (Stev.) Spach, Acer platanoides L., Acer trautvetteri Medw., Betula litwinowii Doluch., Fagus orientalis Lipsky, Picea orientalis (L.) Link., Populus tremula L., Taxus baccata L. (тис ягодный) (табл. 2). Тис и бук имеют довольно высокую встречаемость (0.3), но малочисленны: только на одной пробной площади в Джамагатском лесничестве их участие в подросте составляет по 25% от общего числа экземпляров (по 400 шт./га, пробная площадь № 6), а на других пробных площадях их количество мало. Встречаемость кленов, осины и березы не превышает 0.1–0.2. Клен Траутфеттера преобладает в подросте на пробной площади № 9. Участие лиственных пород на остальных пробных площадях небольшое (не более 300 экз./га). Что касается всходов лиственных деревьев, то они присутствуют в значительном количестве (до 3200 экз./га) на пологих участках Джамагатского и Тебердинского лесничеств (пробные площади № 7, 9, 13). Таким образом, в настоящее время по числу экземпляров на большинстве пробных площадей в подросте преобладают темнохвойные породы, а участие лиственных мало. Только на двух пробных площадях (№ 9 и 13), где хвойного подроста почти нет, преобладают лиственные породы.

Таблица 2.

Густота исходного древостоя и численность подроста на пробных площадях, шт./га Table 2. Density of initial stand and regrowth on the sample plots, trees/ha

Склон
Slope
Толщина почвы, см
Soil depth, cm
№ ПП
Number of sample plot
Picea orientalis Abies nordmanniana Густота темнохвойного (ель+пихта)
Density of spruce and fir
Taxus baccata Fagus orientalis Acer traut-vetteri Acer plata-noides Populus tremula Betula litwinowii
<0.3 м 0.3–2 м* 2.5–5 м 5.5–15 м <0.3 м 0.3–2 м 2.5–5 м 5.5–15 м древостоя
stand
подроста
undergrowth
<0.3 м 0.3–15 м <0.3 м 2.5–15 м <0.3 м 0.3–2 м <0.3 м 2.5–15 м <0.3 м 0.3–2 м <0.3 м 2.5–15м
/ 10–15 Г-3       2000       160 1200 2160                        
/ 10–15 Г-4 1760 19040     1040 640 240   1000 19 920               25       25
25–30 Г-1 228 1028 456 456 456 228 57 57 1200 2280   114     570 57           25
/ 10 Д-1-19 2880     80 2480       1070 80                        
/ 10 Д-2-19       50 250     50 1800 100     50 25                
/ 0–30 Д-10 800 425 400 50 3000 375 50   325 1310 50     75             50  
/ 10 Д-11 1500   50   6000       800 50 1000                      
/ 0–30 Д-12 75 400     25 200     180 600 75                 50    
/ 30 Дж-6     800   1600       1000 420   400 800 400                
10–35 Дж-9 267       3500 133     1200 133 800 133 1600   133 533 133 133 133      
20–30 Дж-7     800   7600 50     1400 850 1200 25         1600   3200   50  
15 Дж-8       25 425 50 50   2900 125     175 25                
30 Т-13 1000 25 50 25 5000       2500 100 2000   1000 250     3000 300        

Примечание. Г – Гоначхирское лесничество; Д – Домбайское лесничество; Дж – Джамагатское лесничество; Т – Тебердинское лесничество; / – крутой склон (30–40°), – пологий склон (10–25°). * – Возраст подроста ели 0.3–2 м высотой составлял от 5 до 30 лет

Note. Г – Gonachkhirsky forestry; Д – Dombayskoye forestry; Дж – Jamagatskoe forestry; Т – Teberda forestry; / – steep slope (30–40°), – gentle slope (10–25°). * – The age of spruce regrowth 0.3–2 m high ranged from 5 to 30 years.

Подрост ели и пихты во всех очагах усыхания был предварительного происхождения (старше 7 лет), то есть, поселившийся под материнским пологом. Всходы (экземпляры до 0.3 м высотой) ели и, особенно, пихты как предварительного, так и последующего происхождения. Для успешного возобновления (поселения и выживания всходов и подроста) ели очень благоприятно наличие полуразложившегося крупномерного валежа (Timofeev, 1936; Voronova, 1959; Izvekov, 1962; Melekhov, 1980; Skvortsova et al., 1983; Abaturov et al., 1988; Pukinskaya, 2011 и др.). Это характерно и для восточной ели на Кавказе. А.Я. Орлов (Orlov, 1951) пишет, что ель восточная хорошо возобновляется на гниющем валеже и что подрост ели на валеже в 2–2.5 раза выше, чем особи того же возраста в фоне. Из обследованных нами участков крупномерный валеж разных стадий разложения в изобилии имелся только в Домбайском лесничестве. Здесь число всходов в среднем на пробных площадях немного больше, чем в других местах. Однако, подрост ели, хотя и хорошей жизненности, но немногочисленный. Пихта хорошо возобновляется в фоновых участках (не на валеже), что заметно по обилию ее всходов на большинстве пробных площадей (табл. 2).

Обращает на себя внимание более равномерное и стабильное возобновление пихты, по сравнению с елью. На большинстве пробных площадей численность возобновления пихты закономерно убывает по мере его взросления, в то время как у ели скорее имеют место “взрывы” возобновления (рис. 1). Зависимости численности подроста от плотности древостоя ели и пихты не прослеживается. Широколиственные породы, хотя и присутствуют во II ярусе на половине пробных площадей, но в небольшом количестве, и заметного влияния на численность хвойного возобновления также не оказывают. Зависимости количества подроста от крутизны склона не выявлено.

Рис. 1.

Численность возобновления ели и пихты (по высотным группам) на пробных площадях в Гоначхирском лесничестве.

Fig. 1. The number of spruce and fir regrowth (by height groups) on the sample plots in the Gonachkhir forestry.

Сопоставляя плотность исходного древостоя22 с численностью подроста можно констатировать, что на большинстве пробных площадей предварительного подроста меньше (в 2–25 раз), чем стволов древостоя до усыхания. И только в Гоначхирском лесничестве численность подроста в 2–20 раз превышает плотность исходного древостоя. Однако и здесь восстановление усохшего лесного массива только за счет предварительного возобновления невозможно из-за неравномерности его размещения.

Распределение подроста и всходов ели и пихты по площади крайне неравномерное. На пологих склонах и выровненных участках подрост ели и пихты редкий и размещен куртинами. На крутых склонах он образует неровные полосы ориентированные сверху вниз по склону. Например, на участке вблизи пробной площади № 4 в Гоначхирском лесничестве ширина полос возобновления составляла от 3 до 18 м, ширина промежутков между ними – от 3 до 15 м. В других местах Гоначхирского склона ширина промежутков значительно больше, 50 м и более. В среднем, по результатам маршрутного обследования усохшего склона можно сказать, что хвойным подростом обеспечена примерно 1/5 часть площади; на остальных участках доминирует малина, а возобновление древесных пород пока отсутствует.

Развитие подроста ели и пихты в очагах усыхания

Основные данные по развитию подроста были получены в Гоначхирском лесничестве. Здесь преобладает подрост ели и пихты хорошей жизненности. Он начал расти под пологом материнского древостоя. Дальнейшее развитие подроста происходило в условиях ослабевающего влияния древостоя по мере его усыхания.

После усыхания древостоя в Гоначхирском лесничестве прирост в высоту разновысотного и разновозрастного подроста ели резко и синхронно увеличился (рис. 2а) в среднем в 7 раз: с 4 до 28 см/год; пихты (рис. 2б) – в 5.5 раза: с 6 до 33 см/год. Прирост по радиусу у подроста ели увеличился при этом в среднем в 2 раза: с 0.7 до 1.2 мм/год на у.г., а у пихты в 3 раза: от 0.8 до 2.2 мм/год на у.г.

Рис. 2.

Ход роста в высоту главной оси подроста под пологом ельника, усохшего в период 2012–2017 гг. a – ель (6 шт.), b – пихта (6 шт.).

Fig. 2. The height growth of the main axis of the regrowth under the canopy of the spruce forest, which dried up in 2012–2017. a – spruce (6 trees), b – fir (6 trees).

Параметры роста подроста ели и пихты, характеризующие его развитие в разных условиях приведены в табл. 3. Обратный отсчет лет (по мутовкам и кольцевым рубцам от почечных чешуй) показывает, что в Гоначхирском лесничестве большинство модельных экземпляров подроста ко времени усыхания древостоя достигли высоты 1–2.5 м. То есть, до достижения уровня груди подрост развивался под немного разреженным пологом древостоя. Тем более это относится к моделям подроста из Джамагатского и Тебердинского лесничеств, где ель усохла на 2–3 года позднее (к 2019 г.). Таким образом, можно заключить, что под пологом средней сомкнутости приросты ели в высоту в диапазоне 30–130 см составляют 5–7 см/год, а радиальные приросты на у.п. – 0.6 мм/год. У пихты, соответственно, 6 см/год в высоту и 0.5 мм/год по радиусу.

Таблица 3.

Параметры роста подроста ели и пихты среднее (мин-макс); – нет данных Table 3. Growth parameters of spruce and fir regrowth: average (min-max); – no data

Лесничество
Forestry
Ель/Spruce Пихта/Fir
Прирост в высоту, см/год
Height growth, cm/year
Прирост по радиусу, мм/год
Radial growth, mm/year
Прирост в высоту, см/год
Height growth, cm/year
Прирост по радиусу, мм/год
Radial growth, mm/year
в диапазоне 30–130 см
in the range of 30–130 cm
в первые 5–10 лет выше у.г.
in the first 5–10 years above breast height
на у.п.
at stump level
на у.г.
at breast height
в диапазоне 30–130 см
in the range of 30–130 cm
в первые 5–10 лет выше у.г.
in the first 5–10 years above breast height
на у.п.
at stump level
на у.г.
at breast height
Гоначхирское
Gonachkhir
7 (4–12)
n = 19
21 (7–36)
n = 13
0.6 (0.1–1.4)
n = 19
2.3 (1.2–3.5)
n = 13
6 (4–8)
n = 7
22 (10–39)
n = 4
0.5 (0.3–1.0)
n = 4
3.2 (1.6–4.9)
n = 4
Джамагатское
Djamagat
5 (4–6)
n = 6
9 (5–17)
n = 5
1.5 (1.0–2.5)
n = 5
6
n = 2
13
n = 1
1.9
n = 1
Тебердинское
Teberda
5 (2–7)
n = 8
6 (4–8)
n = 7
1.0 (0.8–1.5)
n = 7
-

Приросты в высоту выше у.г., а также радиальные приросты в первое десятилетие на у.г. в Гоначхирском лесничестве характеризуют рост большинства моделей уже после открытия полога. Можно сказать, что после открытия полога в первое десятилетие выше у.г. ель растет со средней скоростью 21 см/год в высоту и 2.3 мм/год по радиусу. Пихта в этих же условиях увеличивает прирост по высоте до 22 см/год, а по радиусу – до 3.2 мм/год. В Джамагатском и Тебердинском лесничествах показатели роста подроста выше у.г. значительно ниже. Усыхание ели здесь произошло позже, а состав древостоя смешанный, так что подрост и после усыхания ели остается под влиянием древесного полога. Можно считать, что приросты 6–9 см/год в высоту и 1.0–1.5 мм/год по радиусу характеризуют развитие подроста ели выше у.г. под разреженным пологом. Сравнение радиальных приростов на у.г. подроста ели под разреженным пологом (Джамагатское и Тебердинское лесничества, в среднем 1.2 мм/год, n = 12) и после открытия полога (Гоначхирское лесничество, 2.3 мм/год, n = 13) показало достоверные отличия средних (t = 4.14).

Поскольку из трех выше перечисленных лесничеств наименьшая толщина почвы в Гоначхирском, то понятно, что различия приростов обследованного елового подроста связаны не с почвенно-грунтовыми условиями, а с освещенностью.

По модельным экземплярам подроста ели из трех лесничеств, корреляция прироста в высоту от у.п. до у.г. и радиального прироста на у.п. достоверна, r = 0.66 (mr = 0.16, n = 13). Еще теснее связь прироста елового подроста в высоту выше у.г. и радиального прироста на у.г.: r = 0.84 (mr = 0.06, n = 25). Поэтому, возможно судить о скорости роста ели восточной в молодом возрасте по любому из этих показателей. Это актуально потому, что основные литературные данные 50–70-летней давности по Кавказу, касающиеся подроста (Orlov, 1951; Dzhaparidze, 1971), содержат сведения о приростах в высоту (по радиусу измерялись единичные модельные экземпляры). Наши данные расширяют возможности сравнения скорости роста старых и молодых деревьев. Так, взяв керны старых деревьев и учитывая полученные нами характеристики приростов подроста ели восточной в высоту и по радиусу, а также учитывая их тесную взаимосвязь, мы можем узнать, с какой скоростью прирастали в высоту взрослые деревья в молодом возрасте (когда они были подростом). То есть, можно приблизительно оценить, лучше или хуже стал расти подрост, чем 100–200 лет назад, а также в каких условиях формировались разные возрастные группы древостоя (под пологом, или в его отсутствии, или в разреженном древостое).

Данные по подросту пихты в Гоначхирском лесничестве свидетельствуют о том, что связь радиального прироста на у.г. со средним приростом в высоту выше у.г. у подроста пихты еще теснее, чем у ели: r = 0.94 (mr = 0.05, n = 5).

ОБСУЖДЕНИЕ

Данные по приростам ели и пихты на Кавказе очень малочисленны. У А.Я. Орлова (Orlov, 1951) имеются сведения о ходе роста подроста этих пород в высоту и по радиусу, основанные на измерениях отдельных моделей в разных лесорастительных условиях. Сравнение наших данных из Тебердинского заповедника с данными А.Я. Орлова возможно только очень приблизительное, поскольку не ясно, по какому принципу и в каких районах отбирались модели. А.Я. Орлов указывает, что для наилучшего развития этих пород необходим разреженный древесный полог (полнота 0.5) и развитые почвы (то есть, пологие склоны и террасы). По его данным можно подсчитать, что в оптимальных условиях в диапазоне 30–130 см подрост ели прирастает в высоту в среднем на 14 см/год, пихта – на 10 см/год. В средних по качеству условиях (лесосека с разреженным пологом, на склоне крутизной 35°) подрост ели прирастает в высоту по 8 см/год, пихты – 3–4.5 см/год. Худшими условиями А.Я. Орлов считает сомкнутый древесный полог (полнота – 0.9–1.0), но сравнимых данных не приводит. Сопоставляя наши материалы с данными А.Я. Орлова можно сказать, что наши модельные экземпляры елового подроста (при выборке только благонадежных), растущие под сухостоем бывшего сомкнутого ельника, растут в высоту немного хуже, чем в средних условиях у А.Я. Орлова (5–7 см/год по нашим данным и 8–8.5 см/год по данным А.Я. Орлова). Пихта – наоборот, по нашим материалам растет лучше, чем в средних условиях А.Я. Орлова: 6 см/год в Тебердинском заповеднике (а в Домбайском лесничестве даже 11 см/год, n = 3) и 4–4.5 см/год по данным А.Я. Орлова. То есть, условия роста наших моделей соответствуют лучшим условиям для пихты и несколько хуже средних для ели. Относительно слабый рост подроста ели может объясняться тем, что А.Я. Орлов, по-видимому, выбирал модельные экземпляры подроста в бассейне р. Лабы. Он указывает, что здесь, в центре своего ареала, ель и пихта образуют лучшие древостои. На запад и, особенно, на восток от р. Лабы (где и расположен Тебердинский заповедник) средние высоты, запасы и другие качественные показатели древостоев снижаются. Причиной различий показателей роста может быть также несоответствие сукцессионной стадии.

По данным Т.М. Джапаридзе (Dzhaparidze, 1971), сравнивавшего развитие подроста пихты и ели (высотой до 5 м) в Грузии в разных световых условиях, радиальные приросты ели в окне составляли 2 мм/год на у.г., под пологом леса средней полноты 1 мм/год, в высокополнотном лесу 0.16 мм/год (у пихты – 1.8, 0.8 и 0.14 мм/год соответственно). Первые два значения очень близки к полученным нами в Тебердинском заповеднике.

Описанием начального этапа возобновления кавказских ельников в короедных очагах прошлого мы обязаны П.А. Метревели (Metreveli, 1955). Он сообщает, что усыхание ели в еловых и елово-пихтовых лесах Грузии произошло в 1938–1940 гг. в результате вспышки численности короеда-стенографа (Ips sexdentatus (Böern.) в сухое и жаркое лето 1938 года. Погибшие ельники, в основном овсяницевые и папоротниковые, располагались на высоте 1300–2000 м над у.м. на склонах крутизной в среднем 20°, в основном южной экспозиции. От елового древостоя остались маленькие группы живых елей; пихта сохранилась.

Через 10 лет из травостоя исчезла кислица, а разрослись овсяница и вейник. Основную площадь заняли ежевика, малина, валерьяна, крапива и другие (до 50 видов), не характерные для ельника виды. П.А. Метревели связывает почти полное отсутствие последующего возобновления хвойных как с задернением, так и с сильным нагревом почвы. Всходы найдены только на северном склоне. Предварительный подрост имеет неравномерное групповое размещение. Ярко выражена зависимость численности подроста от сомкнутости исходного древостоя. – При полноте 0.5–0.6 численность подроста составляет 1540–7010 шт./га; 0.9–1.0 – 30–570 шт./га (Metreveli, 1955).

Сравнивая описание П.А. Метревели из Грузии и наши данные по Тебердинскому заповеднику можно отметить как большое сходство, так и значительные отличия. В обоих случаях жара и засуха привели к гибели ели не прямо, а косвенно, благоприятствуя развитию вспышки численности короеда33. Пихта сохранилась, как более устойчивая к короедам порода. Всходы последующего возобновления ели отсутствуют, в Грузии – из-за высоких температур почвы, в Тебердинском заповеднике, как мы считаем, из-за отсутствия плодоносящих елей. Поселения пионерных пород (береза, сосна), под которыми в дальнейшем поселяется ель, также не наблюдается. Так что основой возобновления темнохвойных пород в обоих районах является предварительный подрост. Численность предварительного подроста (в том числе и благонадежного) в Тебердинском заповеднике меньше. – Более 500 шт./га П.А. Метревели насчитал на 60% пробных площадей, из них на 40% пробных площадей – более 1000 шт./га. В Тебердинском заповеднике, как мы выяснили, соответственно 50% и 25%. Зависимость численности подроста от плотности древостоя не заметна. Решающее значение в обеспеченности площади подростом имеет его размещение, в обоих районах очень неравномерное.

Через 7 лет после усыхания тебердинских ельников кислица продолжает доминировать в  напочвенном покрове. Из перечисленных П.А. Метревели видов, склонных к быстрому разрастанию после открытия полога, сильно разрослась малина, а задернения злаками не наметилось. 10-летние наблюдения в очагах усыхания в национальном парке “Баварский лес” показали, что, как и на наших пробных площадях, теневыносливые виды сохраняются, и состав травяно-кустарничкового яруса меняется слабо, что связывают с притенением сухостоем (Fischer et al., 2015). По исследованиям, проведенным в очагах усыхания ели европейской в национальном парке “Шумава”, смена состава травяного яруса в пользу светолюбивых видов и задернение, препятствующие естественному возобновлению ели, происходят там только на участках с проведенными санитарными рубками сухостоя. В нетронутых рубкой очагах усыхания ельник восстанавливается без пионерных стадий сукцессии. Авторы пришли к выводу, что вырубка сухостоя отрицательно сказывается на видовом составе еловых лесов, задерживает лесовосстановление и не должна разрешаться в национальных парках (Jonášová, Prach, 2008).

Доминирования рябины, как, например, в Московской области (Ermakov, Maslov, 2012) или на Урале (Alesenkov, 1997) на наших пробных площадях также не наблюдается. Лишь на двух пробных площадях проективное покрытие рябины составляет 8–10%, а на остальных оно не превышает 2%. В перспективе, с появлением плодоносящих елей, выросших из современного крупного подроста, условия для восстановления ельника в Тебердинском заповеднике могут оказаться даже лучше, чем в Грузии. Там усохшие ельники расположены на южных и более пологих склонах, с более развитой и плодородной почвой (овсяницевые ельники наиболее производительные). Ель, как известно, успешнее возобновляется на бедных почвах, где конкуренция с другими видами меньше. Этому условию больше соответствует Тебердинский заповедник, и на северных склонах меньше опасность гибели всходов от перегрева.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Рассматривая ситуацию с деградацией лесов в Тебердинском заповеднике в свете климатических изменений, можно констатировать, что массовое усыхание ели восточной началось здесь после жаркого лета 2012 года и усилилось после 2015 г. Хотя эти годы по температуре и влажности не были экстремальными для ели и пихты, но они были наиболее благоприятными для размножения и выживания нескольких генераций короедов (Pukinskaya et al., 2019).

Через 7 лет после начала массового усыхания ели в Тебердинском заповеднике благонадежным подростом темнохвойных пород обеспечено не более 1/5 площади участков усыхания. Разрастания травяного покрова в очагах усыхания и тенденции к задернению почвы, которое препятствовало бы естественному возобновлению древесных пород, пока не наблюдается. В ближайшие годы возобновление темнохвойных пород будет пополняться только за счет пихты, так как плодоносящих елей практически не осталось. В дальнейшем, при условии сохранения от пожара, часть крупного подроста ели может перейти в генеративное состояние и стать источником елового возобновления, а выпавший сухостой – пригодным для его поселения субстратом.

Список литературы

  1. [Abaturov et al.] Абатуров Ю.Д., Зворыкина К.В., Орлов А.Я., Письмеров А.В. 1988. Типы леса. – В кн.: Коренные темнохвойные леса южной тайги. М. С. 48–129.

  2. [Alesenkov] Алесенков Ю.М. 1997. К характеристике начального этапа посткатастрофической сукцессии горных темнохвойных лесов Висимского заповедника. – В сб.: Исследования лесов Урала. Мат. науч. чтения, посвящ. памяти Б.П. Колесникова. Екатеринбург. С. 26–27.

  3. [Czerepanov] Черепанов С.К. 1995. Сосудистые растения России и сопредельных государств. СПб. 992 с.

  4. [Cherpakov] Черпаков В.В. 2011. Бактериозы лесных пород: диагностика, специфичность патологических процессов. – Матер. Всерос. конф. с междунар. участием и V ежегодных чтений памяти О.А. Катаева “Болезни и вредители в лесах России: век XXI”. Красноярск. С. 96–98.

  5. [Derev’ya i kustarniki] Деревья и кустарники СССР. Т. 1. Голосеменные. 1949. М. – Л. 464 с.

  6. [Dzhaparidze] Джапаридзе Т.М. 1971. Рост и развитие подроста ели и пихты при разных режимах освещения. – В кн.: Состояние возобновления и пути формирования молодняков на концентрированных вырубках Северо-Запада европейской части СССР. Архангельск. С. 283–285.

  7. [Ermakov, Maslov] Ермаков А.Л., Маслов А.А. 2012. Породный состав естественного возобновления в очагах усыхания ели от короеда-типографа в Московской области. – Изв. Самарского научного центра РАН. 14 (1 (5)): 1236–1238.

  8. [Fedorov] Федоров Н.И. 2000. Основные факторы региональных массовых усыханий ели в лесах Восточной Европы. Грибные сообщества лесных экосистем. – Матер. координац. исслед. М. – Петрозаводск. С. 252–291.

  9. Fischer A., Fischer H.S., Kopecký M., Macek M., Wild J. 2015. Small changes in species composition despite stand-replacing bark beetle outbreak in Picea abies mountain forests. – Canadian Journal of Forest Research. 45 (9): 1164–1171.

  10. [Flora USSR spore plants] Флора споровых растений СССР (под ред. В.П. Савич). 1952–1954. Т. 1–3. М.–Л.

  11. Heurich M. 2009. Progress of forest regeneration after a large-scale Ips typographus outbreak in the subalpine Picea abies forests of the Bavarian Forest National Park. – Silva Gabreta. 15 (1): 49–66.

  12. [Izvekov] Извеков А.А. 1962. Естественное возобновление ели в основных типах еловых лесов подзоны средней тайги. – Труды института леса и древесины. LIII: 25–62.

  13. Jonášová M., Prach K. 2008. The influence of bark beetles outbreak vs. salvage logging on ground layer vegetation in Central European mountain spruce forests. – Biol. Conserv. 141 (6): 1525–1535.

  14. Larsen J.В. 1986. Das Tannensterben: Eine neue Hypothese zur Klazung des Hintergrundes dieser ratselhaften Komplexkrankheit der Weisstanne (Abies alba Mill.). – Forstw. Cbl. Bd. 105: 381–396. Цит. по: Манько, Гладкова, 2001a.

  15. [Malakhova, Krylov] Малахова Е.Г., Крылов А.М. 2012. Усыхание ельников в Клинском лесничестве Московской области. – Изв. Самарского науч. центра РАН. 14 (18): 1975–1978.

  16. [Malakhova, Lyamtsev] Малахова Е.Г., Лямцев Н.И. 2014. Распространение и структура очагов усыхания еловых лесов Подмосковья в 2010–2012 годах. – Изв. СПб ЛТА. 207: 193–201.

  17. [Man’ko, Gladkova] Манько Ю.И., Гладкова Г.А. 2001а. Усыхание ели в свете глобального ухудшения темнохвойных лесов. Владивосток. 228 с.

  18. [Man’ko, Gladkova] Манько Ю.И., Гладкова Г.А. 2001b. Основные итоги изучения усыхания пихтово-еловых лесов на российском Дальнем Востоке. –Региональные основы организации и ведения лесного хозяйства. Хабаровск. 35: 137–166.

  19. [Man’ko et al.] Манько Ю.А., Гладкова Г.А., Бутовец Г.Н. 2009. Динамика усыхания пихто-еловых лесов в бассейне р. Единка (Приморский край). – Лесоведение. 1: 3–10.

  20. [Maslov] Маслов А.Д. 2010. Короед-типограф и усыхание еловых лесов. Пушкино. 135 с.

  21. [Melekhov] Мелехов И.С. 1980. Лесоведение. М. 406 с.

  22. [Metodicheskie…] Mетодические рекомендации по проведению государственной инвентаризации лесов. Утверждены приказом РосЛесхоза от 10.11.2011. С. 119–120. http://www.forestforum.ru/info/gil.pdf

  23. [Metreveli] Метревели П.А. 1955. Естественное возобновление ельников, высохших от короеда-стенографа (Ips sexdentatus Boern.) в лесничестве Цителминдори Маяковского лесхоза. – Труды Института леса. Тбилиси. V: 116–121.

  24. [Nevolin et al.] Неволин О.А., Грицынин А.Н., Торхов С.В. 2005. О распаде и гибели высоковозрастных ельников в Березниковском лесхозе Архангельской области. – Лесной журнал. 6: 7–22.

  25. [Orlov] Орлов А.Я. 1951. Темнохвойные леса Северного Кавказа. М. 256 с.

  26. [Plokhinskii] Плохинский Н.А. 1970. Биометрия. 2-е изд. М. 368 с.

  27. [Pukinskaya] Пукинская М.Ю. 2011. Выживаемость ели в первые годы жизни в Центрально-Лесном заповеднике. – Материалы Всероссийской конф. “Развитие геоботаники: история и современность”. СПб. С. 98–99.

  28. [Pukinskaya] Пукинская М.Ю 2016. Очаговое усыхание ели в южнотаежных ельниках. – Бот. журн. 101 (6): 650–671.

  29. [Pukinskaya et al.] Пукинская М.Ю., Кессель Д.С., Щукина К.В. 2019. Усыхание пихто-ельников Тебердинского заповедника. – Бот. журн. 104 (3): 3–28.

  30. [Pukinskaya] Пукинская М.Ю. 2020. Смена пород в неморальных ельниках Центрально-Лесного заповедника. – Поволжский экологический журнал. 4: 459–476.

  31. Rehfuess K.E. 1991. Review of forest decline research activities and results in the Federal Republic of Germany. – Journal of Environmental Science and Health. 26 (3): 415–445.

  32. Romashkin I., Neuvonen S., Tikkanen O.-P. 2020. Northward shift in temperature sum isoclines may favour Ips typographus outbreaks in European Russia. – Agricultural and Forest Entomology. 22 (3): 238–249.

  33. [Serebryakov] Серебряков И.Г. 1962. Экологическая морфология растений. М. 378 с.

  34. [Sinskaya] Синская Е.Н. 1933. Основные черты эволюции лесной растительности Кавказа в связи с историей видов. – Бот. журн. 18 (5): 370–406.

  35. [Skvortsova et al.] Скворцова Е.Б., Уланова Н.Г., Басевич В.Ф. 1983. Экологическая роль ветровалов. М. 190 с.

  36. [Timofeev] Тимофеев В.П. 1936. Возобновление ели в елово-широколиственных лесах. – Советская ботаника. 5: 110–115.

  37. [Tumadzhanov] Тумаджанов И.И. 1947. Лесная растительность долины Теберды в свете послеледниковой истории развития фитоландшафтов. – Труды Тбил. бот. ин-та. 11: 3–106.

  38. [Vlasenko] Власенко В.И. 2005. Усыхающие ельники среднего Сихотэ-Алиня.– Ритмы и катастрофы в растительном покрове Дальнего Востока. Владивосток. С. 129–135.

  39. [Voronova] Воронова В.С. 1959. Естественное возобновление под пологом еловых лесов. – Труды Карельского филиала АН СССР. XVI: 30–37.

  40. [Vostochnoyevropeiskiye…] Восточноевропейские леса. 2004. 1: 575 с.

  41. Wright J.W. 1955. Species crossability in spruce in relation to distribution and taxonomy. – Forest Sci. 1: 319–349.

Дополнительные материалы отсутствуют.