Содержание к диссертации
Введение
1. Природные условия района исследований 9
2. Аналитичекий обзор 23
3. Методика работ и объем собранного материала... 40
4. Строение искусственных насаждений сосны по диаметру 53
4.1. Динамика строения искусственных насаждений сосны по диаметру...53
4.1.1. Строение искусственных насаждений сосны по диаметру в различные возрастные периоды 53
4.1.2. Закономерности строения искусственных насаждений сосны по толщине в зависимости от среднего диаметра 67
4.1.3. Сравнительный анализ рядов распределения по диаметру с рядами А.В. Тюрина 68
4.1.4. Изменчивость диаметров стволов 72
5. Строение искусственных насаждений сосны по высоте 75
6. Строение искусственных насаждений сосны по морфологическим показателям кроны 80
7. Динамика таксационных показателей лесных культур сосны 88
7.1. Методика построения таблиц хода роста 88
7.2. Количественная и техническая спелости лесных культур сосны 94
7.3. Динамика объема крон искусственных древостоев сосны обыкновенной 98
8. Взаимосвязи некоторых таксационных показателей в культурах сосны 104
8.1. Связь между диаметром на высоте груди с высотой 104
8.2. Взаимосвязи между размерами крон и таксационными показателями древостоев 108
Заключение 110
Список использованных источников 113
Приложение 129
- Строение искусственных насаждений сосны по диаметру в различные возрастные периоды
- Закономерности строения искусственных насаждений сосны по толщине в зависимости от среднего диаметра
- Строение искусственных насаждений сосны по высоте
- Строение искусственных насаждений сосны по морфологическим показателям кроны
Введение к работе
В «Концепции устойчивого управления лесами Российской Федерации»[1] указывается, что к стратегическим целям управления лесным хозяйством относится установление обязательных приоритетов, которые должны обеспечивать рациональное и многоцелевое использование лесных ресурсов, охрану, защиту и воспроизводство лесов. Повышение продуктивности лесов и своевременное их воспроизводство также остается одной 1 из важнейших задач. В решении этой проблемы большое значение имеет искусственное лесовосстановление. В Средней Сибири и на территории центральной части Красноярского края, в частности, темпы создания лесных культур, были и остаются достаточно высокими.
Агротехнические приемы выращивания культур изменяются в
зависимости от условий произрастания и географической зоны. Однако
объединяющим фактором является то, что все они - творение рук человека от
момента их создания до рубки. Условия создания и выращивание культур
(отбор семян, подготовка почвы, равномерное размещение по площади,
лесокультурный уход, отбор посадочного материала и другие факторы)
определяют формирование биогеоценоза, который в значительной степени
отличается от естественного. Все это сказывается на их росте, развитии и
* строении. ' Исследование роста и строения искусственно созданных
древостоев является необходимым условием, так как от этого зависит дальнейшее формирование высокопродуктивных насаждений.
Повышение продуктивности лесов методом лесных культур требует
научно обоснованной организации лесного хозяйства, что возможно при
КФ точном количественном и качественном учете культур. К процессу таксации
искусственных древостоев необходим специфический подход, учитывающий происхождение искусственно созданных древостоев. При этом важна теоретическая основа таксации - строение насаждений, которое заключается
в установлении изменчивости и характера распределения деревьев в насаждении по отдельным таксационным показателям.
К настоящему времени закономерности в строении выявлены на примере древостоев естественного происхождения. Результаты этих работ широко известны. Для лесных культур таких работ проведено явно недостаточно. Дальнейшие усилия в этом направлении должны быть сосредоточены на получении новых и обобщении имеющихся результатов. Это позволит установить закономерности в строении культур, представляющих абсолютно одновозрастные древостой. При этом важно вскрыть различие в строении древостоев искусственного и естественного происхождения, что может дать рекомендации проектным организациям и производству по инвентаризации культур и методам рационального ведения хозяйства в них.
Закономерности строения насаждений являются теоретической базой методов определения важнейших таксационных признаков. Изученные закономерности строения древостоев позволяют правильно подойти к разрешению вопросов, связанных с теорией таксации и запросами производства при работе по учету запасов лесного и лесосечного фондов, а также размеров промежуточного пользования.
Установление изменчивости различных таксационных признаков, а
* также характера и тесноты связи между ними представляет не только
теоретический интерес, но имеет большое практическое значение, особенно в
деле рационализации способов учета и определения необходимого
количества наблюдений. Зависимости между отдельными таксационными
признаками, как правило, являются коррелятивными, и степень
іФ опосредованности их бывает различная.
Выявление закономерностей строения по основным таксационным показателям упрощает работы по составлению различного рода таксационных таблиц, которые отсутствуют для искусственных сосняков центральной части Красноярского края.
Вследствие недостаточности в сведениях, касающихся строения лесных культур сосны обыкновенной на территории центральной части Красноярского края, целью настоящего исследования явилось изучение закономерностей строения искусственных древостоев сосны, установление закономерностей динамики основных таксационных показателей и выявление закономерных связей между ними. Поставленная цель достигалась решением следующих задач:
установление закономерностей строения древостоев по диаметру и высоте; I
изучение особенностей формирования древостоев по морфологи -ческим показателям крон;
выявление закономерностей динамики основных таксационных показателей и морфологических показателей крон;
установление характера и степени опосредованности отдельных таксационных показателей древостоев;
построение таксационных нормативов.
Научная новизна работы обусловлена крайней ограниченностью исследований, посвященных изучению таксационных аспектов искусственных древостоев центральной части Красноярского края.
Практическая значимость. Результаты работы смогут найти применение при проведении инвентаризационных работ в лесных культурах, проектировании хозяйственных мероприятий в них. Построенные нормативы могут быть использованы в лесокультурных работах для перспективного и ретроспективного анализов состояния объектов.
Положения, выносимые на защиту: строение и рост искусственных древостоев сосны обыкновенной имеет свои особенности, обуславливающие разработку их таксационно-нормативной базы;
- таксация искусственных древостоев должна осуществляться не юлысо
на основе оценки закономерностей формирования стволовой массы, но и с
учетом формирования крон деревьев, выполняющих основные средозащитные функции;
- таксационные нормативы для искусственных древостоев обеспечат повышение качества их инвентаризации.
Обоснованность и достоверность выводов обусловлены достаточным объемом экспериментальных данных, использованием современных методов их обработки.
Объекты исследования и объем экспериментального материала.
Объектом исследования явились лесные культуры сосны обыкновенной, где
1 I
исходными данными для проведения работ послужили материалы 21
пробной площади, заложенных в период 2001-2003 гг.
Регионом исследования явилась территория центральной части
Красноярского края, где находятся леса Учебно-опытного лесхоза
Сибирского государственного технологического университета,
Боготольского и Емельяновского лесхозов. Проведенные исследования на их
территории обусловлены большим объемом лссокультурньтх работ и
представленностью искусственных древостоев в широком возрастном
диапазоне.
Личный вклад автора. Состоит в разработке отдельных методических
положений работы, непосредственном участии в сборе полевых данных, их
* обработке и анализе полученных результатов, апробации и выработке
рекомендаций.
Апробация работы. Основные положения исследований докладывались на международных научно-практических конференциях: Химико-лесной комплекс: проблемы и решения; Лесной комплекс: состояние и перспективы
ф развития; Актуальные проблемы лесного комплекса, а также на
международной научной студенческой конференции «Студент и научно-технический прогресс» в городах Красноярске, Новосибирске и Брянске в 2002-2004 годах.
#
Диссертационная работа выполнена на кафедре лесной таксации,
лесоустройства и геодезии СибГТУ в рамках федеральной целевой
программы «Государственная поддержка интеграции высшего образования и
фундаментальной науки» по темам: «Создание нормативной базы таксации
древесных и недревесных ресурсов, как основы организации многоцелевого
лесопользования»; «Изучение ценотической устойчивости лесных культур в
j лесостепи и южной тайге, созданных в течение 1911-1999 годов».
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 работ.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 8 глав, заключения, списка использованных источников, состоящего из 172 работ, 4 приложений, иллюстрирована 40 таблицами, 22 рисунками и фотографиями.
Автор выражает уважение и глубокую признательность за помощь, оказанную в организации сбора полевых данных и их обработке доктору биологических наук, профессору Валерию Васильевичу Кузьмичеву, проректору по научной работе СибГТУ, кандидату сельскохозяйственных наук, доценту Игорю Николаевичу Павлову, а также выражает благодарность студентам лесохозяйственного факультета СибГТУ.
*
>
Строение искусственных насаждений сосны по диаметру в различные возрастные периоды
Одной из задач диссертационной работы явилось выявление закономерностей строения лесных культур сосны на различных возрастных этапах их развития. Анализ этих закономерностей проводился в начале в абсолютных ступенях толщины, а затем для выявления общих закономерностей исследовались ряды распределения по естественным ступеням А.В. Тюрина. За основу анализа были использованы перечеты, которые были произведены на каждой пробной площади по односантиметровым ступеням толщины. Возраст исследуемых лесных культур лежит в интервале от 22 до 114 лет. Густота культур на момент исследования находилась в интервале от 695 до 4940 шт./га при начальной густоте посадки в 3,8-10 тыс. штук на гектаре. Совокупность пробных площадей подверглась стратификации (группировке) в зависимости от возраста древостоев. Лесные культуры были сгруппированы по следующим группам возраста: 21-40 лет; 41-60 лет; 61-80 лет; 81-100 лет; 100 и более лет. В основу расчетов были положены материалы 21 пробной площади. Распределение древостоев пробных площадей по группам Из данных таблицы 4.1 следует, что распределение пробных площадей по группам достаточно неравномерно, оно в определённой степени отражает историю создания лесных культур в Средней Сибири, и обусловлено тем, что в конце XIX и начале XX веков искусственные насаждения в Средней Сибири создавались в мизерных объёмах, что и нашло отражение в представленности последних групп возраста. Подобная картина наблюдалась и во время Великой отечественной войны, когда велась, в основном, широкомасштабная заготовка древесины и на создание лесных культур не было ни сил, ни времени. Основной же период искусственного восстановления пришёлся на 60-80-е годы прошлого века, отсюда и преобладание лесных культур в возрасте 41-60 и 21-40 лет. Следует отметить, что диаметр является таксационным признаком, относящимся к наиболее легко определяемым. Для количественного и качественного учета запасов древесины важным является знание порядка сочетания стволов в древостое по этому объемообразующему признаку. Для выявления общих закономерностей строения искусственных древостоев по абсолютным ступеням толщины данные перечетов были обобщены в пределах выделенных групп возраста по абсолютным ступеням диаметра.
Был произведен статистический анализ построенных рядов распределения, который показал, что в более старших группах возраста распределение близко к нормальному, в то же время в более молодом возрасте (группа 21-40 лет) показатель положительной асимметрии равен 1,2. С увеличением возраста культур показатель асимметрии уменьшается и плавно переходит в отрицательное значение с незначительными величинами (-0,1-0,2). Величина эксцесса рядов распределения изменяется в пределах +0,5- (-1,3). Показатели асимметрии и эксцесса изменяются в относительно узких пределах и являются незначительными, поэтому для математического выравнивания рядов распределения была использована функция Гаусса. На высокую степень адекватности интерпретации рядов распределения этой функцией указывают многие исследования [164, 166, 167]. В процессе обработки данных были апробированы различные варианты аппроксимации. Однако нами отдано предпочтение кривой Гаусса в связи с тем, что ряды распределения числа стволов по диаметру в искусственных древостоях характеризуются высокой симметричностью. Некоторое исключение составляют ряды распределения, входящие в группу возраста 21-40 лет, однако и они вполне адекватно отображаются данной кривой. Уравнение выглядит следующим образом: На рисунке 4.1 показаны полученные кривые распределения. Анализ рисунка говорит о том, что с увеличением возраста размах кривой увеличивается, она становится менее крутой и менее вытянутой вверх в центре. Она медленнее приближается к оси абсцисс при удалении от середины. Смещение максимума с увеличением возраста происходит значительно в возрастных группах 21-40 и 41-60 лет с 13 см при числе стволов в 21 % до 32 см при числе стволов в 9 % (100 и более лет). В остальных возрастных группах число стволов при средних диаметрах 24; 26; 32 см остаётся в приблизительно одинаковых пределах и варьирует от 8 до 10%. При возрасте культур более 100 лет распределение наиболее близко приближается к нормальному.
Закономерности строения искусственных насаждений сосны по толщине в зависимости от среднего диаметра
Так как изменение диаметра деревьев в древостое опосредовано возрастом не функционально, а коррелятивной зависимостью, определенный практический интерес представляет распределение стволов в зависимости от среднего диаметра. Все насаждения на пробных площадях были объединены в три группы по величине среднего диаметра. В первую группу включены пробные площади со средним диаметром до 15 см включительно, во вторую группу объединены пробные площади со средним диаметром от 15,1 до 30 см и в третью группу - свыше 30 см.
Построенные ряды распределения также были оценены на совместимость по двум критериям согласия. Оказалось, что во всех случаях величины обоих критериев не превышают критических значений. Это позволило получить средние ряды распределения по естественным ступеням толщины с аппроксимацией их уравнением функции Гаусса. Выровненные ряды распределения приведены в таблице 4.13. Следует отметить определенную согласованность рядов распределения древостоев по толщине, обобщенных по группам возраста и рядов, обобщенных по группам среднего диаметра. Это подтверждают достаточно близкие статистические показатели рядов распределения, построенные по приведенным двум способам. В рядах распределения по группам диаметра эксцесс отрицательный и незначительный, лежащий в пределах -0,4-(-0,6), а показатель асимметрии положительный, со средним значением 0,51.
Результаты, полученные при распределении стволов деревьев по относительным ступеням диаметра по группам возраста и группам среднего диаметра говорят о единстве строения исследуемых искусственных насаждений сосны, дающие достаточно достоверные результаты, а следовательно могут быть использованы для дальнейших исследований.
На существенность различия в строении по диаметру естественных и искусственных древостоев указывали В.В. Успенский, Л.Ф. Ипатов, В.В. Краснятов [147, 51, 68] и другие. Для сравнения насаждений искусственного и естественного происхождений использованы данные, приведенные в работе А.В. Тюрина, а также материалы заложенных пробных площадей в возрасте 41-60 лет. В таблице 4.15 приведено распределение деревьев по естественным ступеням толщины в сосновых древостоях. Анализ цифровых данных таблицы показывает, что для нормальных естественных насаждений, изученных А.В. Тюриным, характерен более короткий ряд распределения по диаметру, чем для культур. В ряду распределения А.В. Тюрина более значительными являются центральные ступени толщины (0,8-1,1), где сосредоточено 69,5 % общего числа стволов. К тому же необходимо отметить, что А.В. Тюриным выделена подчиненная часть, поэтому концентрация деревьев в центральных ступенях несколько завышена. В ряду распределения культур сосны центральной части Красноярского края также наиболее весомо, но в меньшей степени представлена средняя часть древостоя. В пяти центральных ступенях (0,7-1,1) сосредоточено 45 % от общего числа стволов, т.е. почти половина всех деревьев насаждения, ряд имеет больший размах. В таблице 4.14 сопоставляются результаты статистической обработки рядов распределения числа стволов в культурах сосны и ряда распределения А.В. Тюрина. Изучение показателей изменчивости рядов, отражающих степень дифференциации деревьев, имеет большое значение при научных исследованиях, когда необходимо установить число наблюдений при заданной точности. Не менее важно установить влияние окружающей среды на степень варьирования признаков. Ниже приводятся показатели изменчивости диаметра в зависимости от наличной густоты (таблица 4.16).
Строение искусственных насаждений сосны по высоте
Одним из важных аспектов значимости искусственных насаждений являются не только их потенциальная сырьевая функция, но и их средообразующая роль.
Формирование объехма крон является показателем состояния и развития ассимиляционного аппарата от дельного дерева, от которого зависят темпы формирования биомассы стволов. Также кроны деревьев осуществляют функции длительного и крупномасштабного консервирования углерода. Фитомасса кроны является уникальным углерододепонирующим аппаратом дерева и древостоя в целом. Велико значение высокопродуктивной лесной среды как компонента природы в санитарно-гигиеническом отношении. Кроны деревьев задерживают большое количество пыли, выделяют тонны кислорода и фитонцидов - летучих веществ, обладающих бактерицидными свойствами [104].
Нельзя умолчать и о не менее важном аспекте в области исследования морфологической структуры и продуктивности древесной растительности -радиолокационном и лазерном зондировании. Как отмечает В.А. Усольцев [146], интерпретация данных любого дистанционного зондирования земной поверхности связана с проведением большого объема наземных работ. Эти работы имеют цель имитировать результаты дистанционного зондирования, выявить основные массообразующие показатели древостоя, которые могут быть идентифицированы и измерены с использованием радиолокационных и лазерных методов. Это позволит установить величины ошибок измерений, обусловленные различными факторами, в том числе и структурой древостоя.
Таким образом, зависимости в морфоструктурных показателях древостоев, выявление закономерностей распределения деревьев в них по основным морфометрическим показателям позволяют совершенствовать дистанционные методы таксации древостоев, поэтому вопрос изучения искусственных насаждений сосны по размерным показателям кроны является весьма актуальным.
Вопросами изучения строения, разработкой способов таксации, установлением объемов, массы крон деревьев, а также различными взаимосвязями между отдельными таксационными показателями крон и стволов деревьев занимался ряд ученых-исследователей, таких как, Л.П. Картин, В.В. Голиков, В.В. Кузьмичев [69], СВ. Тепикин, В.А. Усольцев [146], В.Н. Габеев [21], П.М. Верхунов [11], А.А. Казанкин [57] и другие. Как уже отмечалось выше, в процессе сбора экспериментального материала было осуществлено картирование деревьев, в ходе которого производились замеры диаметров крон деревьев по проекциям четырех радиусов кроны в направлениях на север, восток, юг и запад.
Строение искусственных насаждений сосны по морфологическим показателям кроны
Одним из важных аспектов значимости искусственных насаждений являются не только их потенциальная сырьевая функция, но и их средообразующая роль. Формирование объехма крон является показателем состояния и развития ассимиляционного аппарата от дельного дерева, от которого зависят темпы формирования биомассы стволов. Также кроны деревьев осуществляют функции длительного и крупномасштабного консервирования углерода. Фитомасса кроны является уникальным углерододепонирующим аппаратом дерева и древостоя в целом. Велико значение высокопродуктивной лесной среды как компонента природы в санитарно-гигиеническом отношении. Кроны деревьев задерживают большое количество пыли, выделяют тонны кислорода и фитонцидов - летучих веществ, обладающих бактерицидными свойствами [104]. Нельзя умолчать и о не менее важном аспекте в области исследования морфологической структуры и продуктивности древесной растительности -радиолокационном и лазерном зондировании. Как отмечает В.А. Усольцев [146], интерпретация данных любого дистанционного зондирования земной поверхности связана с проведением большого объема наземных работ. Эти работы имеют цель имитировать результаты дистанционного зондирования, выявить основные массообразующие показатели древостоя, которые могут быть идентифицированы и измерены с использованием радиолокационных и лазерных методов. Это позволит установить величины ошибок измерений, обусловленные различными факторами, в том числе и структурой древостоя. Таким образом, зависимости в морфоструктурных показателях древостоев, выявление закономерностей распределения деревьев в них по основным морфометрическим показателям позволяют совершенствовать дистанционные методы таксации древостоев, поэтому вопрос изучения искусственных насаждений сосны по размерным показателям кроны является весьма актуальным. Вопросами изучения строения, разработкой способов таксации, установлением объемов, массы крон деревьев, а также различными взаимосвязями между отдельными таксационными показателями крон и стволов деревьев занимался ряд ученых-исследователей, таких как, Л.П. Картин, В.В. Голиков, В.В. Кузьмичев [69], СВ. Тепикин, В.А. Усольцев [146], В.Н. Габеев [21], П.М. Верхунов [11], А.А. Казанкин [57] и другие.
Как уже отмечалось выше, в процессе сбора экспериментального материала было осуществлено картирование деревьев, в ходе которого производились замеры диаметров крон деревьев по проекциям четырех радиусов кроны в направлениях на север, восток, юг и запад. Протяжение кроны (длина кроны) определялось как разница между общей высотой ствола и высотой начала кроны. При замерах начала кроны мелкие ветви и единичные, далеко отстоящие от основной массы сучья, игнорировались. Объем крон был вычислен по формуле: Эта формула достаточно адекватно отражает искомую величину. Полученные данные по обмеру диаметров и определению объемов крон были сгруппированы по группам возраста древостоев и подверглись статистической обработке (таблица 6.1). Как видно из таблицы, средние значения диаметра крон в группах возраста 21-40 лет и 41-60 лет достаточно близки и имеют незначительное расхождение. На этом этапе развития древостоя наблюдается высокая конкуренция между отдельными деревьями за площадь питания и освещенность. Деревья находятся практически в равных условиях, обусловленных особенностями их систематического расположения в культурах.
В связи с этим кроны соседствующих деревьев на этих возрастных этапах практически не увеличиваются по диаметру, а стремятся к солнечному свету, тем самым, увеличивая высоту дерева в целом и протяжение кроны - в частности. В более старшем возрасте (61 и более лет) этот процесс конкуренции за свет замедляется, происходит их дифференциация, увеличивается прирост диаметров кроны, и как следствие, коэффициент вариации этого показателя изменяется с 28 % до 41%. Иным образом проявляется закономерность в строении крон деревьев по объему (таблица 6.2), где средние объемы крон в группах возраста 21-40 лет и 41-60 лет различаются почти в два раза за счет увеличения её протяженности, в то время как, в более старшем возрасте уже нет такого резкого увеличения объема крон, как в группах возраста 21-40 лет 41-60 лет, так как в возрасте старше 60 лет увеличивается прирост крон по диаметру и снижаются темпы роста деревьев в высоту. Из графика видно, что ряды распределения крон по объему имеют максимумы числа крон для групп возраста 21-40 лет и 41-60 лет величиной 37 % и 29 % соответственно. В более старшем возрасте максимум числа крон в наиболее заселенной ступени объема снижается до 20%, но увеличивается число деревьев с большим объемом кроны. Смещение максимума происходит незначительно в первых двух группах возраста, а в группе возраста 61 и более лет объем крон увеличивается до 8 м . Длины крон в группах возраста 21-40 и 41-60 лет значительно различаются - этот показатель значительно выше в более старом растительном сообществе. Средние значения его достигают 5,1 м и 9,4 м соответственно, а в группе возраста 61 и более лет, падает до 6,3 м за счет проходящих процессов очищения ствола. Эти данные еще раз подтверждают выводы о том, что в возрастном промежутке 40 — 60 лет прирост крон по высоте резко возрастает, так как энергия роста дерева в сомкнутом пологе направлена на линейный прирост, а в возрасте старше 60 лет прирост дерева в высоту замедляется, расходуя энергию на форімирование кроны относительно сторон света. Анализ корреляционных связей между параметрами крон деревьев в искусственных древостоях сосны будет рассмотрен ниже в отдельной главе. Отсюда можно сделать вывод, что строение искусственных древостоев сосны по диаметру и объему кроны на разных этапах их развития неоднородно. В молодом возрасте имеет место повышенная конкуренция между соседствующими деревьями, как по площади питания, так и по развитию крон по диаметру, что приводит к увеличенному росту крон в длину, т.е. увеличению их протяженности. Более ослабленные деревья, не выдержавшие конкурентных отношений отпадают, к возрасту 60-80 лет происходит дифференциация деревьев по размерам, что приводит к усилению роста крон оставшихся стволов по диаметру, а следовательно, к значительному увеличению объёма до 7,5-8 м , а в отдельных случаях до 12-14 м3. Этот факт, несомненно, является важным при выполнении этими насаждениями своих экологических функций. В рамках данной главы был проведен анализ, касающийся места среднего дерева по таким таксационным показателям, как диаметр дерева, высота дерева и объем кроны. Этот факт, несомненно, является важным в изучении закономерностей распределения деревьев по вышеуказанным признакам. В частности, здесь может возникнуть вопрос о том, что может ли среднее дерево по диаметру совпадать со средним диаметром по высоте и по объему кроны, то есть существует ли вообще «среднее дерево».
