В связи с сильным ветром и нестабильной погодой, для обеспечения безопасности посетителей сад может закрываться без предупреждения в любой день недели.

Приносим извинения за предоставленные неудобства

Группа динамики леса (лаборатория ПБДРиДЛ)

Лаборатория популяционной биологии древесных растений и динамики леса

Тема: Изучение закономерностей естественной и антропогенной динамики лесной растительности на Среднем и Южном Урале. 

Состав группы

Старший научный сотрудник, к.б.н. Алесенков Ю.М. 
Старший научный сотрудник, к.с.-х.н.Иванова Н. С.
Старший научный сотрудник, к.с.-х.н. Андреев Г.В.
Старший научный сотрудник, к.с.-х.н. Ермакова М.В.
Младший научный сотрудник, к.б.н. Золотова Е.С.
Старший инженер Иванчиков С.В.

Направления исследований

  1. Изучение продуктивности травяно-кустарничкового яруса в субкоренных ельниках и производных от них березняках и осинниках (коротко-, длительно и устойчиво-производных) в процессе их восстановительно-возрастной динамики после сплошных рубок в горах Южного Урала.
  2. Изучение естественного возобновления ели сибирской и пихты сибирской под пологом субкоренных ельников и производных от них коротко-, длительно- и устойчиво-производных лесов в западных низкогорьях Южного Урала.
  3. Апробация методов геоботаники для оценки уровня антропогенной трансформации лесных экосистем и выявление наиболее перспективных из них для западных низкогорий Южного Урала.
  4. Выявление лесотипологических особенностей разнообразия почв и растительности условно-коренных южно-таежных лесов Зауральской холмисто-предгорной провинции.
  5. Выявление лесотипологических особенностей растительности и почв сплошных вырубок-гарей Зауральской холмисто-предгорной провинции в сравнении с условно-коренными лесами.
  6. Апробация многомерных методов (метод главных компонент, многомерное шкалирование и др.) для  оценки степени антропогенной трансформации лесных экосистем и для изучения внутренних ценотических факторов, определяющих динамику лесной растительности.
  7. Использование систем связанных дифференциальных уравнений для описания, анализа и прогнозирования восстановительно-возрастной динамики лесной растительности.
  8. Апробация методов математической теории катастроф для описания, анализа и прогнозирования восстановительно-возрастной динамики лесной растительности

Основные научные достижения (фундаментальные исследования)

  1. Для западных низкогорий Южного Урала проведен анализ продуктивности травяно-кустарничкового яруса под пологом субкоренных ельников (140-160-летнего возраста), послерубочных (производных) ельников и пихтарников (50-160-летнего возраста), коротко-производных березняков (5-100 лет), длительно-производных березняков (20-100 лет) и устойчиво-производных осинников (8-110 лет). Рассмотрены общая продуктивность травяно-кустарничкового яруса, продуктивность семейств и отдельных видов. Выявлены особенности ранговых распределений фитомассы видов для субкоренных и производных лесов.
  2. Для западных низкогорий Южного Урала исследованы возрастная и высотная структуры подроста ели сибирской и пихты сибирской в субкоренных ельниках и в различных эколого-динамических рядах развития сообществ: вариантов формирования темнохвойных лесов (под воздействием выпаса, пожаров, после зимних рубок), в процессе формирования коротко-производных березняков, длительно-производных березняков и устойчиво-производных осинников.Выявлено:
    - Во всех изученных темнохвойных лесах отмечается разновозрастность древостоя и стабильность во времени появления новых генераций ели сибирской и пихты сибирской.
    - В коротко-производных березняках выявлена серьезная разбалансировка формирования возрастной структуры ценопопуляций темнохвойных видов: на начальных этапах восстановительно-возрастных смен появление новых генераций ели сибирской и пихты сибирской полностью подавлено, в формировании сообщества участвуют только предварительные генерации ели сибирской и пихты сибирской; на более поздних этапах восстановительно-возрастных смен восстанавливается способность к формированию новых поколений темнохвойных видов, разновозрастность подроста, но провалы в возобновительном процессе сохраняются. 
    - В длительно-производных березняках возрастная структура ценопопуляций темнохвойных видов серьезно нарушена: новые генерации ели сибирской и пихты сибирской появляются нестабильно, отмечаются лишь отдельные малочисленные поколения.
    - Под пологом устойчиво-производных осинников подростели сибирской и пихты сибирской представлен предварительными генерациями. Его численность быстро сокращается с увеличением давности рубки. Последующие генерации ели сибирской и пихты сибирской отмечены в осинниках в виде отдельных угнетенных особей.
  3. Установлено, что послерубочные ельники,производные березняки и осинники западных низкогорий Южного Урала имеют сходный сукцессионный статус:  это нестабильные серийные сообщества. В осях РСА они удалены от субкоренных ельников, которые в свою очередь расположены обособленно от всех остальных растительных сообществ. Следовательно, многомерные методы объективно и наглядно оценивают общий уровень трансформации растительности в пределах одного коренного типа леса только в том случае, если за эталон для сравнения взяты действительно коренные леса, сохранившие первозданную структуру.
  4. Анализ растительности и физических, химических свойств почв в обобщенном топоэкологическом профиле 12 типов леса Зауральской холмисто-предгорной провинции позволил в первом приближении оценить влияние отдельных физических, водно-физических и химических свойств почв на видовое разнообразие травяно-кустарничкового яруса условно-коренных лесов и вырубок-гарей южно-таежного округа Зауральской холмисто-предгорной провинции. Подтверждены общеэкологические законы: положительное влияние на биоразнообразие обладают мощность почв, устойчивость увлажнения; отрицательное – недостаточность или избыточность увлажнения, сильно- и среднекислая реакция водной вытяжки почв, доминирование ели сибирской. Совместное действие указанных факторов приводит к многообразию лесных экосистем и их специфичной структуре
  5. На основе систем связанных логистических уравнений предложены математические модели альтернативного развития растительности после сплошных рубок в пределах одного коренного типа леса западных низкогорий Южного Урала: ельников чернично-зеленомошных (Piceetummyrtilloso-hylocomiosum). Проанализировано два эколого-динамических ряда восстановления и развития лесных экосистем: коротко-производные березняки и длительно-производные березняки. Выявлено, что системы связанных дифференциальных уравнений хорошо описывают восстановительно-возрастную динамику лесной растительности, позволяют не только определить динамические характеристики экосистем, характер и уровень взаимозависимостей между отдельными подсистемами, но и корректно на количественном уровне сравнивать различные экодинамические ряды восстановления и развития сообществ. Наш подход позволяет разобраться в причинно-следственных связях, выявить и количественно оценить запаздывание восстановления отдельных компонентов экосистем, определить время, необходимое для восстановления исходной структуры сообществ. Выводы подтверждены в результате изучения восстановительно-возрастной динамики лесной растительности в Зауральской холмисто-предгорной провинции. Системы связанных логистических уравнений дали хороший результат для описания, анализа и прогнозирования совместного роста двух лесообразователей сосны обыкновенной и березы (пушистой и бородавчатой) в двух преобладающих типах лесорастительных условий.
  6. Комплексное изучение структуры и динамики лесной растительности 12 типов леса и 12 типов вырубок-гарей на Среднем Урале позволило получить необходимые количественные данные для построения обобщённой математической модели формирования лесной растительности на вырубках и выявить возможности синтеза математической теории катастроф и лесной экологии для количественного прогнозирования состояния и динамики лесов. На конкретном примере введены основные понятия и уравнения математической теории катастроф, разработана схема анализа и построения количественной модели, выявлены возможности и преимущества нового синтетического подхода. Разработаны объективные, количественные методы оценки устойчивости восстановительно-возрастной динамики, обеспечивающие обоснованное прогнозирование состояния описываемых объектов. В качестве основных критериев устойчивости развития предлагаются: вид потенциальной функции, удаленность от сепаратрисы и величина восприимчивости.

Основные научные достижения (прикладные исследования)

  1. Проведена оценка диагностической значимости геоботанических признаков для оценки уровня трансформации горных темнохвойных лесов Южного Урала. Выявлено, что под воздействием сплошных рубок темнохвойных древостоев происходят изменения структуры нижних ярусов, которыми нельзя пренебрегать при оценке уровня трансформации лесной растительности. Наиболее информативными показателями дигрессии нижних ярусов ельников чернично-зеленомошных западных низкогорий Южного Урала являются: отношение проективного покрытия мхов к проективному покрытию трав, проективное покрытие мхов, общее проективное покрытие и фитомасса трав, проективное покрытие и фитомасса злаковых и осоковых, синузиальная структура лесов. Имея достаточный опыт проективное покрытие мхов и трав можно определять глазомерно, что позволяет использовать эти показатели в лесоустройстве, хотя субъективность оценок остается достаточно высокой. Для более углубленной оценки общего уровня антропогенной трансформации лесной растительности в западных низкогорьях Южного Урала может служить синузиальная структура лесов. Показатели фитомассы, полученные путем взвешивания большого количества образцов, наиболее объективно отражают реальные количественные соотношения между видами и группами видов, но они же и наиболее трудоемкие, что в большинстве случаев не позволяет использовать их в процессе маршрутных исследований. Одним из основных признаков стабильности темнохвойных фитоценозов можно считать наличие разновозрастного подроста ели сибирской и пихты сибирской. Определение таких параметров структуры нижних ярусов как общее флористическое разнообразие, количество видов злаковых, лесных, луговых, синантропных, болотных и других групп видов, а также их относительных значений требует специальной подготовки и кроме того они не имеют достаточной сопряженности с общим уровнем трансформации лесной растительности, и видимо, их нецелесообразно использовать в лесоустройстве. Однако, следует иметь в виду, что только полные списки видов с отражением их количественных характеристик (обилия, проективного покрытия, фитомассы и др.) могут дать исчерпывающую информацию об уровне трансформации лесной растительности, изменении биоразнообразия лесов, о сопряженности изменений структуры древостоя и подчиненных ярусов. Нами проведен такой анализ, выявлены группы видов по приуроченности к эколого-динамическим рядам и стадиям дигрессивно-демутационных смен.
  2. В рамках теории катастроф разработаны объективные, количественные методы оценки устойчивости восстановительно-возрастной динамики, обеспечивающие обоснованное прогнозирование состояния описываемых объектов. В качестве основных критериев устойчивости состояния предлагаются: вид потенциальной функции, удаленность от сепаратрисы и величина восприимчивости.

Важнейшие прикладные разработки, готовые к внедрению

  1. Выявлены наиболее информативные показатели общего уровня антропогенной трансформации растительности темнохвойных лесов западных низкогорий Южного Урала.  
  2. Разработаны объективные, количественные методы оценки устойчивости восстановительно-возрастной динамики, обеспечивающие обоснованное прогнозирование состояния описываемых объектов. В качестве основных критериев устойчивости состояния предлагаются:  вид потенциальной функции, удаленность от сепаратрисы и величина восприимчивости.Разработана система мероприятий, позволяющая до возраста спелости производных мягколиственных со вторым ярусом и (или) подростом темнохвойных пород трансформировать их в темнохвойные насаждения. Система  включает в себя информацию о таксационной характеристике мягколиственных насаждений по элементам леса, начиная со средневозрастных, цикл рубок трансформации (от лат. transformation – преобразование, превращение),  методику отбора деревьев в рубку, определение срока первой рубки трансформации и количества этих рубок в онтогенезе первично – производных березняков и осинников,  классификацию деревьев ели и пихты по возрасту и состоянию, способных после вырубки верхнего мягколиственного яруса сформировать продуктивное темнохвойное насаждение, техническое и технологическое сопровождение рубок трансформации. Система входит составной частью в схему (модель) формирования рубками темнохвойных насаждений  (рис. 1, тонированная часть).

Публикации группы динамики леса (лаборатория ПБДРиДЛ)