Содержание к диссертации
Введение
1 Характеристика природных условий района исследований и лесного фонда Свердловской области 8
1.1. Климат 8
1.2. Рельеф и почвы 13
1.3. Гидрография и гидрологические условия 16
1.4. Лесной фонд Свердловской области 17
2 Состояние вопроса
3 Программа, методика исследований и объем эксперименталь ного материала 44
3.1. Цель и программа исследований 44
3.2. Методика исследований 44
3.3. Объём и характеристика экспериментального материала 53
4 Распространение и лесоводственно-таксационная характери стика насаждений липы 59
4.1 Насаждения с участием липы в лесном фонде Свердловской области 59
4.2. Динамика лесного фонда и лесоводственно-таксационных характеристик липняков района исследований 76
5 Рост древостоев липы 87
5.1. Рост нормальных древостоев липы по классам бонитета 87
5.2. Нормативы полноты и запасов древостоев липы 109
6 Надземная фитомасса деревьев липы 123
6.1. Зависимость фракций надземной фитомассы деревьев от их таксационных показателей 123
6.2. Многомерная оценка фракций надземной фитомассы деревьев 130
7 Надземная фитомасса древостоев липы 140
7.1. Зависимость фракций надземной фитомассы древостоев от их таксационных показателей 141
7.2. Структура и динамика надземной фитомассы древостоев 148
Общие выводы и предложения 159
Список литературы 162
Приложение 181
- Гидрография и гидрологические условия
- Объём и характеристика экспериментального материала
- Динамика лесного фонда и лесоводственно-таксационных характеристик липняков района исследований
- Нормативы полноты и запасов древостоев липы
Введение к работе
Актуальность темы заключается в соответствии программных вопросов современной концепции устойчивого управления лесами Российской Федерации и решениям мирового сообщества по охране и сохранению биологического разнообразия лесных экосистем.
Информационное обеспечение лесохозяйственного управления требует повышения точности таксации лесов и достоверных знаний о современном состоянии лесного фонда. Эффективность лесохозяйственного производства зависит от степени изученности закономерностей роста и продуктивности лесных насаждений. Они более полно могут быть раскрыты на основе углубленных исследований всей фитомассы деревьев и древостоев. Сведения о запасах, структуре и динамике фитомассы древостоев, особенно с усилением антропогенеза, введением аренды лесов и переходом к рыночной экономике, имеют исключительное значение при решении многих экологических и лесо-водственных задач.
Насаждения с участием липы мелколистной (Tilia cordata Mill.) на территории Свердловской области занимают 567.3 тыс. га с запасом 81539.5 тыс. м3. Таксационные исследования в насаждениях липы практически не проводились. При их таксации применяются нормативы, разработанные в оптимальных для роста липняков лесорастительных условиях. Следствием применения их в исследуемом районе могут являться, как некорректная оценка продуктивности древостоев липы, так и ошибочное назначение лесо-хозяйственных мероприятий.
Насаждения липы являются не только источником древесины, коры и недревесных продуктов, но также служат важнейшей кормовой базой развивающегося на территории области пчеловодства. Поэтому вопросы распространения насаждений с участием липы, оценки их роста и фитомассы на современном этапе приобретают особую актуальность.
Исследования автора выполнены в 2000-2006 г.г. в рамках научных работ кафедры лесной таксации и лесоустройства Уральского государственного лесотехнического университета (УГЛТУ).
Цель и задачи исследований. Основная цель работы заключалась в выявлении особенностей распространения насаждений липы на территории области, изучении закономерностей роста и формирования надземной фито-массы липняков и разработке лесоучетных нормативов.
Эта цель достигалась решением следующих задач:
Изучение распределения площадей и запасов насаждений с участием и преобладанием липы в составе по лесорастительным районам и лесхозам области, а в пределах их - по классам возраста, типам леса, классам бонитета и группам полноты;
Оценка динамики распределения площадей и средних таксационных показателей липняков за длительный период;
Изучение возрастной динамики основных таксационных показателей древостоев липы в наиболее распространенных условиях местопроизрастания;
Исследование связей между фракциями надземной фитомассы деревьев и их таксационными показателями;
Получение количественных данных о фракциях надземной фитомассы древостоев липы;
Разработка лесотаксационных нормативов по оценке роста и продуктивности древостоев липы.
Научная новизна. С использованием электронной базы лесоустроительных данных выявлены особенности распространения насаждений с участием и преобладанием липы в составе и тенденции в динамике площадей липняков на территории Свердловской области. Впервые для района исследований установлены закономерности роста и продуктивности древостоев липы в наиболее распространенных условиях местопроизрастания, а также
изучены особенности формирования различных фракций надземной фито-массы деревьев и древостоев. Выявлены отклонения в росте липняков от данных таблиц хода роста (ТХР), рекомендованных для применения на территории Свердловской области. Впервые для липняков района исследований составлены лесотаксационные нормативы для оценки стволовой и кроновой массы.
На защиту выносятся следующие основные положения:
особенности роста древостоев липы в наиболее распространенных условиях местопроизрастания на территории Свердловской области;
закономерности формирования надземной фитомассы деревьев липы в исследуемых древостоях;
особенности структуры и возрастной динамики надземной фитомассы древостоев липы в исследуемом районе.
Практическая значимость работы. Результаты исследований могут быть использованы при проведении научных, лесоучетных и лесохозяйст-венных работ в липняках Свердловской области. Для практического применения составлены ТХР древостоев липы, включающие данные о запасах и фракционном составе их надземной фитомассы, а также таблицы надземной фитомассы деревьев липы.
Обоснованность и достоверность результатов обеспечивается анализом достаточного по объему экспериментального материала, собранного с использованием обоснованных методик, применением современных математических методов, компьютерной техники и прикладных программ.
Личный вклад. Сбор экспериментального материала в полевых условиях, лабораторный анализ образцов выполнены лично автором или при его непосредственном участии. Получение лесоводственно-таксационной характеристики древостоев, разработка уравнений и нормативов, интерпретация полученных результатов, формулировка выводов и предложений сделаны лично автором.
Апробация работы. Основные положения и результаты исследований были доложены на международных (Екатеринбург, 2003; Москва, 2004), всероссийских (Екатеринбург, 2005), региональных (Уфа, 2003) конференциях, а также на научно-технических конференциях студентов и аспирантов УГ-ЛТУ (Екатеринбург, 1998; 2003; 2004).
Публикации. Основные положения диссертации изложены в 9 печатных работах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 7 глав, общих выводов, списка литературы из 210 наименований отечественных и зарубежных авторов, 2 приложений. Основной текст изложен на 155 страницах, иллюстрирован 14 рисунками и сопровожден 36 таблицами.
Гидрография и гидрологические условия
Территория характеризуется довольно развитой гидрологической сетью из рек, речек и ручьев. Наиболее значительными реками являются: Уфа, Ут, Большой Ут, Сарга, Ачит, Бардышка, Артя, Еманзельга, Иргина, Сарана, Бисерть. Река Уфа является притоком р. Белой, основного притока р. Камы, и берет начало на западных склонах Уральского хребта. Она относится к типу рек с преимущественно снеговым питанием и хорошо выраженным весенним половодьем. Эта особенность обуславливает кратковременность периода половодья и не создает достаточно благоприятных условий для ее использования в качестве транспортной магистрали и сплава леса. Перечисленные реки имеют особо важное хозяйственное значение, т.к. являются источником водоснабжения сельскохозяйственных и промышленных предприятий и населения. На территории исследований р. Уфа имеет равнинный характер с перепадом воды около 20 м. Ширина реки - 100-200 м, средняя глубина 1-2 м. Ледостав начинается в середине ноября, паводок - в середине апреля. Ледоход длится 3-5 дней, максимальный уровень весеннего паводка наступает через 5-Ю дней после вскрытия реки. Летом и осенью после обильных дождей наблюдаются ежегодные летне-осенние паводки. Довольно густая гидрологическая сеть определяет хорошую дрениро-ванность почв района. В связи с этим заболоченность территории не превышает 1 %. Насаждения с участием липы произрастают на территории всей Свердловской области. Поэтому рассмотрение лесного фонда области, а также динамики породного состава заслуживает особого внимания. Распределение лесного фонда Свердловской области по категориям земель представлено в табл. 1.2. Общая площадь лесного фонда
Свердловской области на 01.01.2005 год составляет 13749.9 тыс. га. Площадь лесных земель составляет 11530.6 тыс. га, из них покрытых лесом 11291.1 тыс.га. Доля лесных земель от общей площади лесного фонда составляет 83.9 %, а доля покрытых лесом земель характеризуется высоким процентом лесопокрытой площади -82.1 %. Площадь непокрытых лесом земель незначительна, составляет 179.7 тыс. га (1.3 %). Серьезных изменений в структуре лесного фонда за период 2004-2005 годы не произошло. Имеющиеся различия в площадях между 2004 и 2005 годами в относительном выражении ничтожно малы. Основными лесообразующими породами в области в порядке их хозяйственной ценности являются: сосна, ель, пихта, лиственница, кедр, береза, осина. По преобладающим породам лесопокрытая площадь распределяется следующим образом: сосна - 35.6 %, ель, пихта - 17.6 %, береза - 33.4 %, лиственница - 0.1 %, кедр - 6.5 %, осина - 6.1 %, липа - 0.7 % (табл. 1.3). Хвойные насаждения занимают 59.8 % лесопокрытой площади, лиственные - 40.2 %. Из данных таблицы 1.3. видно, что площади хвойных пород, а именно сосны, ели и пихты, несколько уменьшились, а запасы этих пород - увеличились. 1. Природные факторы района исследований благоприятны для успешного роста и развития достаточно большого числа древесных пород: ели, пихты, сосны, березы, осины и липы. 2. Климатические и почвенные условия обеспечивают нормальный рост и развитие насаждений средней и даже высокой производительности. 3. Представленные в районе лесорастительные округа различаются по физико-географическим условиям и особенно по почвенному покрову; поэтому леоводственно-таксационные исследования должны проводиться с учетом этой неоднородности.
Объём и характеристика экспериментального материала
В соответствии с вышеизложенной методикой в ходе полевых работ заложено 19 ПП. Лесоводственно-таксационная характеристика их представлена в табл. 3.1. Пробными площадями охвачены насаждения трех лесхозов: Артинского (заложено 7 ПП), Ачитского (заложено 10 1111) и Красноуфим ского (заложено 2 1111). Подавляющее большинство пробных площадей заложено в липняках П-Ш классов бонитета в типе леса ельник липняковый. Практически все насаждения всех пробных площадей характеризуются высокой полнотой (более 0.7).
В целом, подбор участков для исследований следует признать удачным и соответствующим целевой установке работы.
На пробных площадях было срублено и обмерено 143 модельных дерева. Массив данных модельных деревьев имеет широкое варьирование, как по таксационным показателям, так и по весу отдельных фракций надземной фитомассы. Это позволило провести достаточно грамотный, статистически обоснованный множественный регрессионный анализ. Известно, что регрессионные модели устойчивы лишь тогда, когда фактические данные представлены в достаточном объеме каждой переменной при фиксированных значениях остальных (Никитин, Швиденко, 1978).
Для определения абсолютно-сухого веса фитомассы было отобрано, высушено и взвешено около 2500 древесных дисков ствола и коры, около 150 образцов древесины и коры ветвей и порядка 150 навесок листьев, 85 навесок генеративных органов.
В целом, собранный экспериментальный материал вполне обеспечивает необходимый уровень для решения поставленных нами исследовательских задач.
Для того чтобы иметь полную картину распространения и роста липы мелколистной на территории Свердловской области нами составлены таблицы распределения площадей и запасов лесных насаждений, в которых липа представлена в составе одной и более единиц (табл. 4.1-4.5). Данные этих таблиц позволяют оценить участие липы по отдельным лесхозам области в составе древесных пород. Таблицы составлены на основе выборки из повы-дельной электронной базы данных лесоустройства 1997-2003 г.г., с использованием программы «АРМ Лесфонд». Указанная программа позволяет группировать площади и запасы насаждений с учетом их различных таксационных показателей, получить распределение площадей и запасов по классам возраста, бонитета, полноты, типам леса. В представленных ниже таблицах лесорастительные округа приведены в соответствии с лесорастительным районированием области (Колесников и др., 1973).
Динамика лесного фонда и лесоводственно-таксационных характеристик липняков района исследований
В соответствии с целевой установкой работы представляет несомненный интерес изучение площадей и структуры насаждений липы в динамике.
Как отмечалось выше, основные массивы липняков сосредоточены в трех лесорастительных округах (В-Шг, B-Ve и B-IVr). Согласно административному делению территории эти массивы находятся в лесном фонде Ачит ского, Артинского и Красноуфимского лесхозов. Поэтому динамика площадей и структуры липняков изучена на примере лесного фонда этих трех лесхозов.
Общая площадь лесов района исследований по данным государственного учета лесного фонда на 01.01.2005 года составляет 314.6 тыс. га. Общая характеристика лесного фонда лесхозов представлена в табл. 3.12.
Как видно из данных табл. 4.12 в лесном фонде района исследований преобладают лесные земли, а среди них - покрытые лесом. Доля нелесных (4.6 %) и непокрытых лесом (2.5 %) земель сравнительно невелика. Оценка лесного фонда за определенный период позволяет установить качественные изменения в состоянии лесов, категориях земель, породной и возрастной структуры насаждений. Результаты такой оценки имеют большое значение при разработке предложений по рациональному использованию, воспроизводству, охране и защите лесов. Анализ лесного фонда проводился на основании государственных учетов лесного фонда и материалов лесоустройства. Динамика площадей земель лесного фонда за 25-летний период представлена в табл. 4.13.
Как видно из данных табл. 4.13 в лесном фонде района исследований за анализируемый период в основном произошли положительные сдвиги: увеличилась доля покрытых лесом земель (на 3.3 %), резко возросли площади лесных культур (на 15.7 тыс. га), сведены к нулю площади естественных редин. К негативным моментам в динамике лесного фонда следует отнести некоторое снижение доли лесных земель (на 2.8 %) и уменьшение общей площади лесного фонда.
Из данных табл. 4.14 видно, что в районе исследований лесообразую-щие древесные породы включают 5 видов хвойных и 6 лиственных. Причем хвойные и мягколиственные породы занимают примерно одинаковые площади. Среди хвойных пород преобладает ель (30.3 % от общей площади), среди лиственных - береза (28.5 %). Заметную роль как лесообразующая порода в лесном фонде играет липа (9.2 %). Изменения, произошедшие в распределении лесопокрытой площади по преобладающим породам за анализируемый период в целом не существенны. Можно отметить незначительное увеличение площади ельников и березняков и уменьшение площади сосняков, пихтарников и липняков. За анализируемый период как попытка интродукции созданы лесные культуры кедра на площади 0.1 тыс. га. Исчезли насаждения с преобладанием дуба, в связи с повсеместным его усыханием.
Изменения в возрастной структуре липняков за анализируемый период существенны (табл. 4.15). Следует отметить значительное сокращение доли молодняков. Если в 1975 году под молодняками находилось 57.9 % площади липняков, то в 1999 году - только 21.5 %. Это свидетельствует о плохом возобновлении липы на не покрытых лесом землях. Изменения площадей старшевозрастных насаждений объясняются естественными процессами роста. В целом за анализируемый период средний возраст липняков увеличился с 31 года до 44 лет. Причины плохого возобновления липы в исследуемом районе требуют специальных исследований.
Нормативы полноты и запасов древостоев липы
Во многих стандартных таблицах суммы площадей сечений и запасы для основных лесообразующих пород даны в зависимости только от средней высоты древостоев. При оценке полноты и запасов по этим таблицам не учитываются биологические свойства отдельных пород, различия в динамике их роста и особенности условий местопроизрастания. Поэтому на практике не редки случаи, когда относительная полнота при использовании таких нормативов оказывается значительно больше, чем единица или когда полнота дре-востоев с полной сомкнутостью крон бывает намного меньше предельной. Эта проблема может быть решена только разработкой более дифференцированных количественных критериев нормальности насаждений. Неслучайно в Лесотаксационном справочнике для лесов Урала нормативы полноты дифференцированы: для равнинной части входами в таблицы (том числе по липе) являются средняя высота и порода, а для горной части - средняя высота, порода и уровень производительности (высокий, средний и низкий).
Результаты многочисленных исследований свидетельствуют, что сумма площадей сечений древостоев в статике определяется, главным образом, условиями местопроизрастания, их возрастом и густотой. При оценке максимальных полнот в качестве определяющих факторов могут быть использованы только два первых, т.к. в однородных лесорастительных условиях древостой данного возраста при максимальной полноте характеризуются небольшой амплитудой густот.
На современном этапе большинство исследователей для повышения точности стандартной таблицы при сохранении простоты и удобства ее конструкции считают целесообразным в качестве входов использовать среднюю высоту древостоев и класс бонитета (Вагин, 1976; Загреев, 1978; Анучин, 1982; Лысов, 1984; Верхунов и др., 1991; и др.). С лесоводственно-биологических позиций, на наш взгляд, обоснование количественных критериев полноты насаждений должно проводится с учетом их возраста. Неслучайно в последние годы на этот показатель при составлении стандартных таблиц стали обращать внимание (Немич, 1997; Нагимов, 2000). Интенсивность процессов роста, дифференциации и самоизреживания древостоев при прочих равных условиях определяется их возрастом. Поэтому в основном от этого показателя зависит характер приемов хозяйственного воздействия на лесные насаждения. В этой связи эталоны полноты, установленные с учетом
возраста древостоев, безусловно, имеют право на существование.В качестве второго определяющего фактора целесообразно использовать среднюю высоту древостоев, которая является основным входом во всех стандартных таблицах. Причем, нет оснований считать, что нормативы, составленные по высоте и возрасту более сложны в использовании на практике, чем нормативы по высоте и классу бонитета. В обоих случаях требуется определение средних значений высоты и возраста древостоев. Следует отметить, что при постоянной высоте класс бонитета и возраст жестко увязаны между собой бонитетной шкалой. И в этой связи, казалось бы, что точность стандартных таблиц, дифференцированных по классам бонитета и возрасту, должна быть примерно одинаковой. Однако, известно, что бонитетная шкала, являясь условной классификационной системой, может не совсем корректно отражать ход роста древостоев по высоте (Никитин, 1966). В этом плане учет наряду с высотой возраста древостоев позволяет более точно определить характер изменения абсолютной полноты. Подтверждением вышеизложенному служат результаты корреляционного анализа, выполненного З.Я. Нагимовым (2000) по материалам таксации сосняков Среднего Урала. По данным этого автора суммы площадей сечений древостоев при постоянной высоте более тесно связаны с возрастом (корреляционные отношения Т колеблются от 0.55 до 0.67), чем с показателем условий местопроизрастания Нюо (Л = 0.40-0.53). Следует отметить и то обстоятельство, что эталоны полноты, установленные с учетом высоты и возраста древостоев при необходимости можно корректно увязать с любой применяемой в регионе бонитетной шкалой.
В настоящее время широко используются два метода составления стандартных таблиц. Первый предполагает нахождение полноты нормальных древостоев на основе средних уровней сумм площадей сечений и их стандартных отклонений (Антанайтис, 1983; Вагин, 1976; и др.). Основной его недостаток заключается в том, что средние уровни полноты и запаса насаждений в значительной мере зависят от интенсивности рубок ухода.
Второй (классический) метод основан на использовании экстремальных значений сумм площадей сечений и запасов, найденных в лесном фонде региона или среди имеющихся пробных площадей. Этот метод не лишен субъективизма при выборе эталонов.
При составлении ТХР нормальных древостоев стандартная таблица, как правило, разрабатывается параллельно. Отдавая предпочтения этому подходу, мы в отличие от большинства исследователей, при отборе древостоев с максимальными значениями сумм площадей сечений организовали не вы-сотно-бонитетные, а высотно-возрастные выборки. При этом были использованы данные ранее разработанных ТХР. Значения сумм площадей сечений и соответствующие им высоты и видовые высоты по десятилетиям возраста по двум классам бонитета были объединены в одну выборку. С учетом характера зависимости сумм площадей сечений (G) от средних возраста и высоты по всему выборочному массиву данных получено следующее уравнение
