Современное состояние сосновых лесов природного парка «Бурабай» после пожаров

Представлены результаты изучения восстановления сосновых лесов после пожаров в Государственном национальном природном парке «Бурабай». Материалы получены в результате полевых исследований (2010–2017 гг.): изучены каменистые боры, мертвопокровно-лишайниковые боры, мшистотравяные сухие боры, кустарниковые боры, мшисто-травяные влажные боры, сфагновые сосняки. Сукцессионные процессы проходят медленно в каменистых и мертвопокровно-лишайниковых борах. Лесовозобновление сосны в сфагновых борах удовлетворительное; в мшисто-травяных влажных и в мшисто-травяных сухих борах — хорошее.

Введение

На территории Республики Казахстан представлены особо ценные по породному составу, с наличием реликтовых и эндемичных пород, уникальные по продуктивности и генетическим качествам лесные массивы [1].

Из 31 показателя «качества жизни», приводимых ЮНЕСКО, 15 непосредственно связаны с лесом или определяются им. Сохранение лесов, как стабилизатора глобальных биосферных процессов и источника множества ценных продуктов, является необходимым условием обеспечения экологической безопасности и устойчивого социально-экономического развития человечества [2].

В степной зоне лесные экосистемы распространены фрагментарно и занимают незначительные площади. Несмотря на это, они являются убежищем многих редких видов флоры и фауны, выполняют водоохранную, ландшафтостабилизирующую роль и повышают эстетическую ценность степных ландшафтов [3]. Важнейшую роль в сохранении природных ландшафтов, лесных экосистем и поддержании их устойчивого функционирования выполняют национальные природные парки.

Государственный национальный природный парк (ГНПП) «Бурабай» является природоохранным государственным учреждением, входящим в систему особо охраняемых природных территорий республиканского значения и находится в ведении Управления делами Президента Республики Казахстан. История организации лесного предприятия относится к XIX в., когда в 1898 г. в западной части современной территории национального парка были образованы Боровское казенное лесничество и лесная школа [4].

В сегодняшнем статусе ГНПП «Бурабай» функционирует с 2000 г. и располагается на территории Бурабайского и Енбекшильдерского районов Акмолинской области. Территория национального парка «Бурабай» находится в границах Щучинско-Боровской курортной зоны.

Основная цель деятельности природного парка «Бурабай» — развитие и устойчивое функционирование национального природного парка, сохранение, восстановление и изучение уникального природного комплекса — Бурабайского горно-лесного массива, имеющего особую экологическую, научную, культурную и рекреационную ценность [5].

Лесистость Бурабайского района самая высокая в Северном Казахстане — 13 % площади района [6]. Основными лесообразующими породами на территории национального парка являются сосна и береза, которые занимают 65 % и 31 % покрытой лесом площади соответственно. Другими древесными и кустарниковыми породами занято всего 4 % площади.

Лесные биогеоценозы относятся к числу наиболее сложных экологических систем. Одним из экологических факторов, влияющих на их развитие, являются пожары, которые в большинстве случаев ведут к смене пород и снижению продуктивности. Основные параметры природноклиматических условий республики благоприятствуют возникновению пожароопасной ситуации. Общий дефицит влаги, сухое и жаркое лето на преобладающей части страны способствуют установлению продолжительных засух, сопровождаемых суховеями и пыльными бурями. В результате этого основная масса напочвенного покрова быстро высыхает, превращаясь в опасный горючий материал.

Количество лесных пожаров в Казахстане с каждым годом неуклонно увеличивается. В 2012 г. количество лесных пожаров составило 665 (увеличилось на 11 % по сравнению с 2011 г.), а площадь пожаров составила 6606 гектаров (увеличилась на 3 %) [7]. В одной только Акмолинской области площадь пожаров в 2012 г. составила 1256 гектаров, что составляет 20 % от общей площади пожаров. Такое увеличение числа пожаров может представлять угрозу уникальному ботанико-географическому комплексу — Государственному национальному природному парку «Бурабай».

Объекты и методика исследований

Флористические исследования были ограничены территорией Государственного национального природного парка «Бурабай». Площадь национального парка 129 935 га, что составляет примерно 1/5 площади Кокшетауской возвышенности. Исследования проводились маршрутным методом. Изучением были охвачены территории 10 лесничеств ГНПП «Бурабай». Исследования проводились на шести типах сосновых лесов. На основе материалов, собранных в ходе полевых работ 2010-2017 гг. на территории ГНПП «Бурабай», составлен аннотированный список сосудистых растений гарей и горельников. Ценофлора гарей насчитывает 170 видов, относящихся к 113 родам и 39 семействам [8]. Коллекция гербарных образцов хранится на кафедре биологии и химии Костанайского государственного университета имени А.Байтурсынова.

За основу типологии сосновых лесов взята типология леса, разработанная В.Н. Сукачевым (1948): каменистые боры, мертвопокровно-лишайниковые боры, мшисто-травяные — более сухие боры, кустарниковые боры, мшисто-травяные — более влажные боры, сфагновые сосняки [9].

Возраст пожара уточнялся по отчетным данным. Описание типа леса производилось с учетом работ В.Н. Сукачева (1948), Э.Л. Березина (1961), П.Л. Горчаковского (1987). Всего обследовано более 50 гарей и горельников. На изучаемой площади соснового леса определялись тип пожара и время его возобновления. Рядом с территорией, пройденной пожаром, в том же типе леса выбирался контрольный участок, не пройденный пожаром.

Учет возобновления проводился на пробных площадках размером 1 м². Располагались пробные площади лентами и закладывались регулярно, через 2 м. В опытных вариантах и в контроле закладывалось по 200-300 площадок. В однотипных и одновозрастных гарях и горельниках площадки объединялись. Ленты располагались в срединной части гари или горельника, с отступлением от края не менее, чем на 50 м. Всего обследовано 9300 учетных площадок, включая контроль. На каждой учетной площадке учитывалось количество основных лесообразующих пород (сосна обыкновенная, береза, осина, древовидные ивы). Для сосны и березы учитывали возобновление и молодой подрост — от 2 до 15 лет, высотой до 1,5 м.

Результаты и обсуждение

Каменистые боры. Сосновые насаждения на гранитах расположены по вершине Кокшетауского хребта и по каменистым гривам. Большая часть поверхности представлена выходами крупных гранитных глыб. Почвы, как правило, неполноразвитые, образуются в трещинах, в небольших углублениях в гранитных плитах, куда смывается мелкозем, где скапливаются отмершие остатки растений. Почва буроземная, примитивно-аккумулятивная, фрагментарная, местами горные черноземы неполноразвитые. Как правило, верхняя часть почвы состоит из разной степени перегнившей сосновой хвои (0-3(5) см), затем — гранитная дресва, с остатками отмерших растений, с включением мелких и средних камней (до 10 см), далее — гранитная плита.

Древесный ярус образует сосна V бонитета с единичной примесью березы (Betula pendula) (табл. 1). По трещинам встречаются кустарники — Cotoneaster melanocarpus, Juniperus communis, Spiraea hypericifolia, лишайники — Cladonia sylvatica, C. alpestris C. rangiferina, мхи — Politruchum striktum, Р. juniperinum, Р. piliverum, высшие растения — Achillea nobilis, Antennaria dioica, Asplenium septentrionale, Calamagrostis epigeios, Carex supina, Trifolium lupinaster, Sedum hybridum, Woodsia ilvensis.

Таблица 1 Характеристика участков на гарях в каменистых борах

В каменистых борах количество возобновлений сосны не превышает 1 тыс. шт./га, а на молодых гарях — не более 0,1 тыс. шт./га. Всходы и молодой подрост распределены крайне неравномерно и приурочены к трещинам в скалах, в микропонижениях, заполненных дресвой и перепревшей хвоей. Возобновление лиственных пород также неудовлетворительное.

Мертвопокровно-лишайниковые боры имеют наибольшее распространение на территории национального парка и занимают пологие склоны низкогорий и межсопочных пространств. Бонитет насаждений относится к IV классу, но в некоторых условиях может быть III и даже II класс. Напочвенный покров чрезвычайно разреженный — 5–20 %. Почвы ландшафтов, занятых мертвопокровными лишайниковыми борами, представлены черноземами обыкновенными с укороченным профилем, малоразвитыми, приуроченными к щебню пород протерозоя. Накопление в почвах оксидов серы, магния обусловлено биогенной аккумуляцией. Черноземы обыкновенные содержат много частиц с фракцией < 0,01 мм, и по механическому составу они относятся к тяжелым суглинкам. Почвы и породы ландшафтов на кварцитах обеднены микроэлементами, исключая Сư, Ti, Sr. Сосна формирует чистые средневозрастные насаждения с единичной примесью березы.

В этом типе леса широко представлены лишайники: на валунах и скалах встречаются накипные лишайники Parmelia saxatilis Linds., Р olivacea (L.) Ach., Peltiqera rufescens (Weis.) Humb.; на почве — Cladonia sylvatica (L.) Hoffim, C. alpestris (L.) Rabenh, C. coccifera (L.) Willd. На старых сосновых стволах встречаются эпифитные лишайники Cetrariapinastri (Scop.) S. Gray, Hypogymnia physodes (L.) Nyl., Evernia prunastri (L.) Ach., Letharia thamnodes (Flot.) Arnold. Многочисленные мхи имеются на камнях (Grimmia ovalis (Hedv.) Lindb., Hedvigia ciliata (Hedv.) P.B.), на почве (Politruchum juniperinum Hedv., P piliverum Hedv.). В напочвенном покрове присутствуют Calamagrostis epigeios, Poa angustifolia, P. stepposa, Antennaria dioica, Veronica spicata, V. incana, Aster alpinus, Galium verum, Seseli libanotis, Potentilla argentea, Artemisia sericea. Здесь попадается чрезвычайно редкий для всей территории мелкосопочника вид Neottianthe cucullata, а также редкие папоротники Asplenium septentrionale, Woodsia ilvensis.

В. Н. Сукачев (1948) отмечал своеобразие этого типа бора. Отличие его от аналогичных лишайниковых сосняков прежде всего в том, что здесь по-иному идут процессы возобновления и формирования насаждений. Также он отмечал значительное разнообразие напочвенного покрова, в зависимости от эдафических условий (табл. 2).

Таблица 2

Характеристика участков на гарях в мертвопокровных лишайниковых борах

В мертвопокровно-лишайниковых борах на свежих гарях возобновление сосны довольно высокое — 10 тыс. шт./га, но на старовозрастных гарях оно составляет 1,3 тыс. шт./га. Это связано с тем, что нарушение целостности бора приводит к быстрому олуговению и остепнению. Появление возобновлений на ранневозрастных и средневозрастных гарях сдерживается мощным развитием длиннокорневищных злаков, и прежде всего Calamagrostis epigeios. На поздневозрастных и старовозрастных гарях возобновление сосны сдерживается быстрым формированием мелколиственных пород.

Кустарниковый бор формируется по довольно суховатым увалам, с сильным развитием полога из лесных и степных кустарников. Почвы легкие, супесчаные, дресвянистые, неполнопрофильные, как правило, черноземы выщелочные. Характеризуется невысокой полнотой, но достаточно высоким бонитетом сосны — III, иногда II (табл. 3).

Характеристика участков гарей в кустарниковых борах

Таблица 3

В.Н. Сукачев считает, что боры возникли на месте бывших гарей. В подлеске встречаются Spiraea crenata, S. hypericifolia, Cotoneaster melanocarpa, Rosa acicularis, Crataegus sanguinea, Salix caprea. В отличие от других боров Центрально-Казахстанского мелкосопочника на некоторых участках кустарниковый ярус образован Cerasus fruticosa (Pall.) G. Woron. В напочвенном покрове встречаются Роа angustifolia, Dactylis glomerata, Phlomis phleoides, Trifolium lupinaster, Veronica spuria,V. longifolia, Thalictrum simplex. Моховой и лишайниковый покров развит слабо. Эти боры имеют небольшое распространение и приурочены к пологим склонам к озерам Боровое и Большое Чебачье.

Возобновление сосны в кустарниковых борах происходит неравномерно, более всего всходов и молодого подроста появляется на участках с поврежденным почвенным покровом, там же поселяется береза. Возобновление осины более равномерно по площади гари, в основном это порослевые побеги. Небольшое количество возобновления связано с довольно быстрым задернением поверхности гари Calamagrostis epigeios. В этих условиях сеянцы сосны практически не появляются. Недостаточное количество возобновления сосны в каменистых и кустарниковых борах связано с сухостью субстрата, перегреванием почв, высокой инсоляцией.

Мшисто-травяные сухие боры. В подлеске встречаются Salix cinerea, Rubus idaeus, Ribes nigrum, R. hispidulum. Проективное покрытие 10-40 % (табл. 4). В напочвенном покрове большое участие принимают мхи: Dicranum polysetum Sw., Hylocomium splendens (Hedw.) Bruch et al., Pleurozium schreberi (Brid.) Mitt., Climacium dendroides (Hedw.) Web. et Mohr., Plagiomnium ellipticum (Brid.) T. Кор. Из травянистых растений местами весьма обильные заросли образует Equisetum sylvaticum и Matteuccia strutiopteris. Злаки немногочисленны: Brachypodium pinnatum, Calamagrostis canescens, Melica nutans, Poa palustris. Из разнотравья встречаются Solidago virgaurea, Rubus saxatile, Fragaria vesca, Equisetum pratense, Ortilia secunda, Vaccinium vitis-idaea. Довольно редки Neottinanthe cucculata, Monesis uniflora, Dactylorhiza fuchsia. Для этого типа леса П.Л. Горчаковский [10] выделяет присутствие трех индикаторных видов: Moneses uniflora, Neottianthe cucullata, Orthilia secunda.

Таблица 4

Характеристика участков гарей в мшисто-травяных сухих борах

Наибольшее количество возобновлений в мшисто-травяных сухих борах появляется на свежих гарях за счет массовых всходов на минерализованной после пожара почве. Возобновление сосны во много раз больше, чем лиственных пород. Но большая часть всходов сосны погибает, не достигнув состояния молодого подроста.

Мшисто-травяные влажные боры имеют распространение у подножия сопок и низкогорий в широких долинах ручьев с хорошо выраженным слоем почв на дресвянистой или песчаной основе. В подлеске встречаются Salix cinerea, Rubus idaeus, Ribes nigrum, R. hispidulum. Моховой покров развит (Politruchum juniperinum Hedv., P. piliverum Hedv., P. piliverum Hedv., Dicranum bonjooni Do Not., D. congestrum Brid., Mnium drummondii Br., Sch. Et Gmt., Hylocomium splendens (Hedw) Br. Sch. et Gmb.). В качестве наиболее распространенного мха на гарях отмечен Pleumzium schreberi. Проективное покрытие 10-40 %. Напочвенный покров хорошо развит, местами обильные заросли образуют Equisetum sylvaticum и Matteuccia strutiopteris. Злаки немногочисленны: Brachypodium pinnatum, Calamagrostis canescens, Melica nutans, Poa palustris. Из разнотравья встречаются Solidago virgaurea, Rubus saxatile, Fragaria vesca, Equisetum pratense, Ortilia secunda, Vaccinium vitis-idaea. Довольно редки Neottinanthe cucculata, Monesis uniflora, Dactylorhiza fuchsii и др. (табл. 5).

H. Сукачев (1948) отмечал своеобразие этого типа бора по моховому покрову и флористическому составу и подчеркивал, что наличие Vaccinium vitis-idaea L. не может быть обоснованием к отнесению его к широко распространенному в лесной зоне бору брусничнику.

Таблица 5

Характеристика участков в мшисто-травяных влажных борах

Возобновление сосны после сильных низовых пожаров в мшисто-травяных влажных борах составляет на свежих гарях 62,27 тыс. шт./га, и оно уменьшается до 21,34 тыс. шт./га на старовозрастных гарях.

Сфагновые сосняки располагаются в древних депрессиях, на месте заросших и зарастающих озер, вокруг родников. Более всего их вокруг оз. Боровое. Флористический состав их носит мезофильный и гигрофильный характер, хорошо выражен комплекс вечнозеленых кустарничков (Chimaphila umbellate, Linnaea borealis, Moneses uniflora, Pyrola rotundifolia) и папоротников (Cystopteris fragilis, Dryopteris filix-mas, Matteuccia struthiopteris, Pteridium aquilinum). В данном типе сосняка широко представлены мхи: Aulacomnium palustre (Hedw.) Schwaegr., Dicranum polysetum Sw., Pleurozium schreberi (Brid.) Mitt., Pohlia nutans (Hedw.) Lindb., Polytrichum strictum Sw., Ptilium crista- castrensis (Hedw.) De Not., Sphagnum fuscum (Schimp.) Klinggr., S. teres (Schimp.). Angstr., S. warnstorfii Russ., Tetraphispellucida Hedw. [11].

Пожары в этом типе леса возникают достаточно редко и носят низовой характер — от устойчивого низового пожара до беглого (табл. 6).

Количество возобновления сосны в сфагновых сосняках самое большое на свежих гарях — 9,12 тыс. шт./га, что почти в три раза больше, чем в контроле. На средневозрастных гарях доля возобновления сосны составляет 58 % от контроля. Доля березы в составе возобновления на свежих гарях составляет 23 %, а на средневозрастных — 35 %.

Таблица 6

Характеристика гарей в сфагновых сосняках

Таким образом, на основе проведенных исследований установлено, что возобновление сосны в каменистых и кустарниковых борах плохое, в сфагновых борах — удовлетворительное, в мшистотравяных влажных и в мшисто-травяных сухих борах — хорошее. В степных типах леса даже большое появление всходов сосны не обеспечивает их сохранности со временем. Лесовозобновлениеможно считать хорошим и удовлетворительным в свежих типах леса, где складываются благоприятные экологические условия для лесовозобновления.

Список литературы

1. Кодекс РК от 8 июля 2003 года № 477 «Лесной кодекс Республики Казахстан». — [ЭР]. Режим доступа: http://adilet.zan.kz/rus/docs/K030000477.
2. Демаков Ю.П. Диагностика устойчивости лесных экосистем: методологические и методические аспекты / Ю.П. Демаков. — Йошкар-Ола, 2000. — 416 с.
3. Огарь Н.П. Инвентаризация и картографирование лесных угодий степной зоны с использованием экосистемного подхода, технологий дистанционнного зондирования и ГИС / Н. П. Огарь // Биологическое разнообразие азиатских степей: материалы II Междунар. науч. конф. — Костанай, 2012. — С. 115–120.
4. Флора национального природного парка «Бурабай» / Г. Ж. Султангазина, И. А. Хрусталева, А. Н. Куприянов, С. М. Адекенов. — Новосибирск: Изд. СО РАН, 2014. — 242 с.
5. О Государственном национальном природном парке «Бурабай»: постановление Правительства РК от 12 августа 2000 г. № 1246 // САПП Республики Казахстан. — 2000. — № 36/37. — Ст. 427.
6. Научные исследования по биоразнообразию и экологической ситуации природного комплекса территории ГНПП «Бурабай»: отчёт о НИР. рук. А.А. Корчевский; исполн. В.А. Кащеев [и др.]. — Алматы, 2007. — 421 с. — по договору № 25/07.
7. Мамытбеков А. Аналитическая записка к оперативному отчету за 2012 год по проведению мониторинга стратегического плана Министерства сельского хозяйства РК на 2011–2015 годы / А. Мамытбеков. — Астана, 2012.
8. Султангазина Г.Ж. Пирогенные сукцессии в сосновых лесах Кокшетауской возвышенности после пожаров / Г.Ж. Султангазина., А.Н. Куприянов. — Новосибирск: Гео, 2017. — 174 с.
9. Сукачев В. Н. Очерк лесной растительности заповедника «Боровое» // Тр. Государственного заповедника «Боровое». — Алма-Ата. — 1948. — Вып. 1. — С. 14–41.
10. Горчаковский П.Л. Лесные оазисы Казахского мелкосопочника / П.Л. Горчаковский. — М.: Наука, 1987. — 160 с.
11. Ноженков А.Е. К флоре мхов НПП «Бурабай» (Республика Казахстан) / А.Е. Ножинков, К.К. Скорик // Ботанические исследования Сибири и Казахстана. — 2014. — Вып. 20. — С. 68–71.