Кедровым лесам присуща определенно выраженная зонально-типологическая обусловленность лесообразовательных процессов в зависимости от гидротермического режима и колебании климата.
За последние годы рядом исследователей замечено, что на территории таежной зоны наблюдаются чередования различных по продолжительности и активности климатических циклов, которые особенно связаны с 11 и 80-летней активностью солнца.
Ряд авторов отмечают большое влияние их на лесообразовательный процесс. Большинство из них склонны разновозрастную структуру древостоев, вспышки и спады лесовозобновления, пространственные смены одних формаций другими, динамику парцелл в биогеоценозах и т. д. объяснять чередованием различных по продолжительности засушливых и влажных периодов. По мнению Н. С. Нестерова, образование редкостойных лесов приурочено к засушливым периодам. Г. Е. Комин установил промежутки между «взрывами» возобновления для ельников осочково-сфагновых в среднем 76 лет, а кассандрово-сфагновых — 11 лет. Большое внимание влиянию климатических факторов на лес уделяет М. П. Скрябин. По его мнению, в европейской части страны под влиянием отдельных фаз циклов природных условий значительно изменяются условия в лесу, своеобразно складываются взаимоотношения пород, происходят сокращение или увеличение площадей отдельных формаций, уменьшение прироста и усиление отпада старой части древостоя.
Отмечая тесную взаимосвязь солнечной активности с процессами, происходящими на Земле, большинство исследователей указывают на неодинаковую степень влияния ее в различных географических зонах. Подобные различия в пределах лесорастительной зоны зависят главным образом от типологических особенностей. Типы леса, занимающие крайние экологические положения по влажности и сухости местообитаний реагируют на климатические колебания более заметно, нежели находящиеся в более оптимальных гидротермических условиях. Реакции в первых более скоротечны и носят скачкообразный характер и часто согласуются с продолжительностью и активностью климатического цикла. Процессы опосредствования среды здесь более адекватны и укладываются в менее сложную схему, чем в типах леса, имеющих умеренную увлажненность. Это касается в первую очередь сфагновой, долгомошниковой, травяно-болотной и лишайниковой групп типов леса довольно широко распространенных в разных лесных подзонах Западной Сибири.
Во влажных типах в сухие периоды происходят вспышки в возобновлении, увеличение прироста, усиление позиций ксерофильных древесных пород. Количество подроста в эти периоды может увеличиваться в 5 раз и более. Обратная реакция отмечается в сухих типах леса. Часто 2—4-летние засухи приводят к интенсивному отпаду подроста, изменению возрастной структуры древостоя.
Так, на территории Томской обл. в подзоне средней тайги после засух 50-х гг. XX в. произошло усыхание старой части кедрово-пихтовых смешанных древостоев. Древостой из категории абсолютно разновозрастных перешли в относительно разновозрастные, а в отдельных случаях процент усыхания достиг такой величины, что сохранилась лишь самая молодая часть древостоя, т е. насаждение стало одновозрастным.
Подобному явлению способствовало то, что к середине 50-х гг вековой цикл солнечной активности достиг своего максимума. В это же время отмечался и максимум 11-летнего цикла. Наложение двух максимумов взывало резкое изменение в экологической обстановке, на которое особенно болезненно реагировала старая часть древостоя. Как следствие подобного изменения в циклы засушливых лет происходят массовые вспышки (инвазии) распространения сибирского шелкопряда и других первичных энтомовредителей.
Особенно тесно взаимосвязаны цикличные колебания с процессами восстановления вырубок и горельников, Поскольку климатические циклы имеют различную продолжительность и активность, то степень влияния их неодинакова не только на отдельные лесные ценозы, но и на отдельные этапы лесообразования. Примером этому может служить ход восстановления темнохвойных пород на гарях и вырубках. При прочих равных условиях процесс поселения и взаимоотношения между лиственными и хвойными породами в различные климатические циклы развиваются неодинаково.
Гари, возникшие в сухие климатические циклы, как правило, не восстанавливаются темнохвойными породами непосредственно. Для темнохвойных в это время создается неблагоприятная экологическая обстановка. В таких случаях в наиболее выгодном положении оказывается береза, которая захватывает территорию на длительное время. Заметное усиление позиций темнохвойных пород наступает во влажные периоды, чему способствует также влияние самого полога березы, который значительно нивелирует действие климатических колебаний. В большинстве случаев в подзоне южной тайги совпадение начальных этапов восстановления гари или вырубки с влажным климатическим циклом приводит к усилению позиций темнохвойных пород. Процесс поселения темнохвойных пород в этих случаях происходит сразу после пожара и, наоборот, в сухие циклы наблюдается обратное явление Климатические колебания обусловливают взаимоотношения не только между лиственными и хвойными породами, но и между березой и осиной. Изменения в экологической обстановке под влиянием таких колебаний в сторону улучшения какой-то из пород оказывают влияние на взаимоотношения пород не только внутри фитоценоза, но и между отдельными лесными формациями.
Во влажные периоды под пологом лиственных пород кедр усиливает свои позиции в 2—5 раз, активно поселяется под пологом сосновых насаждений, что наблюдается в Приобском районе Новосибирской обл. Количество его в это время в мшистых сосняках может достигать 20—30 тыс. шт. на 1 га, тогда как в сухие годы оно не превышает 2—3 тыс.
Весьма ощутимое влияние оказывают климатические колебания на возобновление сплошных вырубок. Особенно заметно это сказывается на динамике поселения хвойных пород в первые 3 года после рубки. В последующие годы влияние климатических колебаний заметно нивелируется особенностями формирования того или иного типа вырубки, а также ходом поселения лиственных пород. Следует заметить, что климатические колебания на различных типах вырубок вызывают далеко не одинаковые, часто противоположные качественные и количественные изменения в динамике поселения подроста. На типах вырубок с сухими местообитаниями количество подроста увеличивается во влажные годы в 2 раза и более. Наоборот, на влажных типах вырубок отмечается заметное его сокращение.
Климатические циклы оказывают большое влияние и на жизненное состояние предварительного подроста после рубки. Нами установлено, что наибольшую выживаемость имеет подрост предварительного происхождения в возрасте 3—7 лет, особенно болезненно реагируют на климатические изменения самосев и всходы, а также крупномерные экземпляры хвойных пород.
Как уже отмечалось, чередование малых климатических циклов проходит аритмично и процессы вспышек и спадов в поселении отдельных пород в значительной степени нивелируются. Степень проявления этого явления в различных лесорастительных подзонах неодинакова. Оно наиболее выражено в северных и южных, и менее в центральных. В последних это обусловливается оптимальным соотношением тепла и влаги, а также более высокой саморегулирующей способностью лесных фитоценозов.
Это выражается в том, что сдвиги в процессе лесообразования (вспышки возобновления, распад древостоя и др.) в подзонах с оптимумом соотношения тепла и влаги, особенно в умеренно увлажненных типах леса, происходят гораздо замедленнее, чем в северных и южных. Характер изменений идет по более сложной схеме. Как правило, промежуток между началом сухого или влажного периода и моментом вспышки или спада возобновления составляет 3—5 лет.
После смены одного периода другим состояние древостоя в этих типах леса приходит в соответствие с состоянием изменившейся среды также не сразу. Таким образом, ритмика смен климатических циклов не всегда совпадает с периодами спада и вспышек возобновления и изменения других элементов леса.
Ощутимое влияние на лесообразовательный процесс в подобных условиях оказывают вековые и Брикнеровы циклы. С цикличными колебаниями климата тесно связаны лесные пожары. Показатели частоты возникновения, площади охвата и силы воздействия огня на лес в сухие климатические циклы в 2—3 раза больше, чем во влажные. В травянистых типах леса в эти периоды образуются горельники с полностью уничтоженным древостоем, тогда как во влажные происходит лишь частичное усыхание. Меняется причинность их возникновения в сторону увеличения числа пожаров в сухие циклы от гроз. Меняется также соотношение видов пожара. Как правило, в сухие циклы преобладают верховые, повальные пожары. Значительно возрастает и пожарная опасность. Обратная картина отмечается во влажные циклы.
Для правильного понимания механизма воздействия климатических циклов на лесообразовательный процесс весьма важно знать их взаимодействие, на какой ветви векового или Брикнерова цикла происходит чередование малых климатических циклов. На этапах потепления в малые сухие климатические циклы создаются более благоприятные условия для теплолюбивых малотребовательных к влаге пород. Кратковременное увлажнение в этот период не оказывает заметного влияния на лесообразовательный процесс. В вековых циклах этап потепления значительно длиннее этапа похолодания. Поэтому в период потепления, который нередко длится 50—60 лет, происходит сужение ареала более холодостойких пород.
По степени воздействия на стороны лесообразовательного процесса климатические циклы можно условно разделить на 3 группы.
К первой относятся вековые и многовековые циклы, которые постоянно влияют на все стороны жизнедеятельности лесных фитоценозов и определяют тенденцию направления лесообразовательного процесса, формирование древостоев, а также отношения между отдельными лесными формациями, сужение или расширение ареала отдельных древесных пород.
Ко второй группе относятся Брикнеровы (30—35 и 22-летние) климатические циклы, которые оказывают влияние только на отдельные стороны лесообразовательного процесса, на усиление или ослабление тенденций мелколиственных пород. Они могут менять ход восстановительных процессов и сказываются на отдельных элементах леса. Воздействие этих циклов более выражено по сравнению с вековыми, но не является определяющим.
К третьей группе относятся 11 и 5—6-летние климатические циклы, воздействие которых ограниченно и сказывается главным образом на семеношении древесных пород, появлении всходов, сохранении подроста, распространении вредных насекомых.
По данным гелиофизиков, вековой цикл солнечной активности сейчас находится на этапах спада и достигнет минимума в 2000 году, В связи с этим к концу столетия возрастет континентальность климата, понизятся температуры зимних месяцев. В связи с этим следует ожидать расширения ареала кедра сибирского, ели и пихты.
Таким образом, познание закономерностей влияния климатических колебаний на лес и учет их в практической деятельности позволяют более рационально вести лесное хозяйство, повышать продуктивность лесов.