Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса 6
Глава 2. Объекты и методика исследований 17
2.1. Краткая характеристика ГОЛХ «Сиверский лес» 17
2.2. Описание объектов исследований 20
2.3. Методика проведения работ 24
Глава 3. Длительность стояния сухостоя на корню 28
Глава 4. Динамика и структура древесного отпада в лесах Ленинградской области 35
4.1 Особенности распределения запаса древесного отпада относительно основных таксационных характеристик древостоя 35
4.2. Составление местных таблиц древесного отпада 43
4.3. Сравнительный анализ таблиц древесного отпада 72
Заключение 76
Литература 80
Приложение 93
- Методика проведения работ
- Длительность стояния сухостоя на корню
- Составление местных таблиц древесного отпада
- Сравнительный анализ таблиц древесного отпада
Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время, возрастающий интерес исследователей к вопросам изучения древесного отпада обусловливается несколькими причинами. Во-первых, отпад стволов в насаждении тесно связан с развитием лесных экосистем в целом, а, следовательно, тщательное изучение этого процесса будет способствовать оптимальному планированию лесохозяйственных мероприятий, направленных на устойчивое развитие биоценозов. Во-вторых, древесный отпад является важной экологической составляющей лесных экосистем, обеспечивая поддержание биологического разнообразия в них. Более того, оценка запасов мертвой древесины в лесах России необходима для определения роли древесного отпада в углеродном балансе Земли.
Очевидна также и потребность современного лесного хозяйства страны в нормативах, регламентирующих естественньш ход роста древостоев и динамику отпада в них. Если ход роста достаточно изучен и составлено множество таблиц, численно отражающих этот процесс, то динамика формирования древесного отпада явно требует более глубокой научной проработки.
Поэтому все более возрастающее значение древесного отпада, наряду с недостаточной изученностью особенностей его формирования, подчеркивают актуальность настоящих исследований.
Цель исследования - выявить закономерности формирования древесного отпада в хвойных древостоях Ленинградской области.
Исходя из поставленной цели, были определены следующие частные задачи:
- определить средние значения продолжительности стояния на корню су
хостойных деревьев основных лесообразующих пород;
- составить местные таблицы древесного отпада, отражающие относи
тельные показатели среднего диаметра и объема деревьев отпада, а также значе
ния естественного годичного отпада с учетом возрастной и породной структуры
древостоев.
- подготовить предложения о внесении изменений и дополнений в дейст
вующие нормативные документы по промежуточному пользованию лесом.
Научная новизна. Составлены местные таблицы древесного отпада для хвойных древостоев Ленинградской области. Приведены данные о сроках стояния сухостойных деревьев на корню отдельно по породам и по ступеням толщины (на основании изучения динамики роста древостоев, не затронутых хозяйственным воздействием).
Практическая значимость работы. Результаты исследований могут быть использованы при оценке санитарного состояния древостоя; при планировании промежуточного пользования лесом; при организации мониторинга за состоянием лесов; при прогнозных расчетах вероятности возникновения очагов пожаров, связанных с критическими объемами лесных горючих материалов; при комплексной оценке устойчивости древостоев.
Обоснованность и достоверность результатов Для изучения закономерностей формирования древесного отпада использовались данные повторных учетов на 27 постоянных пробных площадях (ППП), заложенных в период с 1958 по 1970 гг. со сроком наблюдений 30-40 лет на территории Сиверского опытного лесхоза, а также 2-х стационаров (два квартала сплошного перечета) со сроком наблюдения 24-30 лет в Онцевском и Дружносельском лесничествах Сиверского лесхоза. Результаты исследований были подвергнуты статистическому анализу.
Апробация работы. Результаты исследований были доложены на 1-й, 2-й и 3-й международных конференциях молодых ученых, проходивших в Москве (июнь 2001 г.), в Беловежской Пуще (октябрь 2002 г.), и в Санкт-Петербурге (июнь 2003 г.), соответственно.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ и 1 находится в печати.
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 129 страницах машинописного текста. Состоит из введения, 4 глав, заключения и приложения. Список литературы включает 132 наименования, в том числе 25 на иностранных языках. Текст иллюстрирован 15 таблицами и 24 рисунками.
Методика проведения работ
Исходя из поставленных задач, использовалась следующая методика проведения работ. Определение продолжительности стояния сухостоя на корню. Если дерево в учетный год имело категорию «сухостой» и при следующем учете перешло в категорию «валеж», то период стояния на корню принимался равным половине лет между учетами. Так как на всех пробных площадях учеты проводились с интервалом 5-7 лет, поэтому возможная максимальная ошибка в определении данного показателя не может превышать 4 лет. Более того, значительное количество учетов было проведено с интервалом в 5 лет, а количество учтенных сухостойных деревьев на всех пробных площадях составляет несколько тысяч штук, что снижает максимальное значение ошибки в определении момента падения дерева на почву. Следует отметить, что среди причин отмирания деревьев согласно методике проведения исследований указывалось только влияние климатических факторов (ветер, снег). Такие причины гибели деревьев как недостаток ресурсов среды, например, в результате конкуренции, или болезни и различные повреждения не определялись в натуре. При изучении длительности стояния сухостоя на корню необходимо опираться только на данные, полученные в результате длительных наблюдений на постоянных пробных площадях. Подеревная нумерация деревьев на таких объектах позволяет проследить весь жизненный цикл дерева. Поэтому при расчетах рассматриваемого в главе показателя использовалась лишь часть пробных площадей (27 объектов площадью 7,2 га), где были соблюдены все необходимые условия для детального изучения структуры и динамики древесного отпада.
При анализе сроков стояния сухостоя на корню все пробные площади были разбиты на две группы: древостой с преобладанием ели; древостой с преобладанием сосны; При отнесении древостоев к той или иной группе использовались рекомендации действующей инструкции по проведению лесоустройства в лесном фонде России (Инструкция ..., 1995). Согласно этому документу, насаждение относится к хвойному или твердолиственному хозяйству при условии, если суммарная доля участия в его составе древесных пород соответствующей группы не менее 5 единиц. Преобладающей породой в насаждении является та, которая имеет наибольший коэффициент состава в группе пород хозяйства, к которому это насаждение отнесено. При равенстве долей участия в составе двух или трех пород, относящихся к одному хозяйству, преобладающей считается та, которая более соответствует цели хозяйства или типу лесорастительных условий. В первую группу (древостой с преобладанием ели) вошли 12 объектов, общей площадью 4,3 га. Вторая группа (древостой с преобладанием сосны) содержит 15 пробных площадей и занимает 2,9 га. При составлении местных таблиц древесного отпада также использовался материал ППП. Черничная серия типов леса (по В.Н. Фе-дорчуку и др., 2002) была представлена 15 объектами (4,3 га), а долго-мошно-черничная — 12 ППП (2,9 га). Первым этапом составления таблиц было определение распределения количества деревьев отпада по ступеням толщины на каждой пробной площади в каждый учетный период. Число этих деревьев, путем умножения на площадь пробы, пересчитывалось в шт/га. Полученный результат необходимо разделить на период времени между учетами, чтобы получить количество сухостойных деревьев в шт/га в год. Сумма площадей поперечных сечений древесного отпада рассчи-тывалась по формуле: S=nR =7tD I А. Для того, чтобы перейти к запасу древесного отпада использовались таблицы объемов стволов по разрядам высот древостоев сосны, ели Ленинградской, Архангельской и Вологодской областей (Моисеев, Нахабцев, 1973). Замеры высот для каждого элемента леса производились в натуре (не менее 25 шт. преобладающего элемента леса). Годичный отпад рассчитывался по следующей формулой: Мотп = n j/t
Длительность стояния сухостоя на корню
В насаждениях любого возраста и состава часть деревьев переходит в категорию «сухостой», который через определенное время становится валежом. Для условий северо-западного региона России этот период может растягиваться на 60-80 лет (Усков, 1959). Максимально известное нам значение этого показателя составляет 276 ±29 лет. В ходе исследований на юго-восточном побережье Британской Колумбии в 1997 году было обнаружено дерево (Thuja plicatd) диаметром 1,5 м, которое, как показал радиоуглеродный анализ, засохло еще в 1719 году (Daniels et аЦ 1997).
Исследуемый показатель - период стояния сухостойных деревьев на корню — имеет как экологическое, так и хозяйственное значение. Практическое использование древесного отпада в виде дров сейчас имеет довольно узкое распространение. С экологической точки зрения, стоящие сухостойные деревья являются местообитанием для многих видов флоры и фауны. В частности, в одной из зарубежных работ последних лет (Ehnstrom, 2001) приводятся данные о количестве видов жуков на основных древесных породах в разные промежутки времени после гибели деревьев. Например, если после гибели дерева прошел 1 год, то на ели могут встретиться до 126 видов жуков, а на сосне - до 118. При обследовании деревьев отпада спустя 2-10 лет после их гибели картина меняется в противоположную сторону, на ели — до 119 видов, а на сосне -до 136 видов.
В данной главе анализируются материалы исследований на 27 ППП, общей площадью 7,2 га. Суммарная численность деревьев отпада на них составила 4754 экземпляра, из них в древостоях с преобладанием ели - 2470 шт., а в сосняках - 2284 шт. Распределение отпада по его категориям представлено на рис. 3. Подавляющее большинство деревьев отпада составляет валеж (6S%), который получился в результате усыха-ния дерева и затем его вывала. Климатические факторы гибели деревьев (ветровал, снеговал, бурелом и снеголом) составляют всего около 7% от общего количества деревьев отпада. На момент последнего учета до сих пор остаются на корню около 23% сухостойных деревьев (рис. 3). Следует заметить, что под сухостоем мы понимаем усохшие, но стоящие на корню деревья. В результате действия ветра происходит либо вывал деревьев (ветровальные деревья), либо их слом (буреломные деревья). Аналогичным образом влияет на деревья тяжесть снега, и в результате чего появляются снеговальные и снеголомные деревья. Стволы отмерших деревьев, лежащие на земле, являются, в нашем понятии, вал ежом.
Так как общая площадь наших объектов разделилась на две приблизительно равные части: древостой с преобладанием ели (3,8 га) и с преобладанием сосны (3,4 га), то и господство пород в составе древесного отпада тоже примерно одинаково; его можно выразить формулой 4Е4С2Б (рис. 4). Изучение длительности стояния на корню таких пород как осина и ольха не проводилось из-за их малой как осина и ольха не проводилось из-за их малой представленности в составе древостоев, и, как следствие, в древесном отпаде.
На исследуемых нами объектах были зафиксированы экземпляры сухостойных деревьев ели (с диаметром 17 см) и сосны (с диаметром 18 см), которые сохраняются на корню 36 лет, и до сих пор являются сухостоем. Если учитывать только валежные деревья, то средняя длительность стояния елового сухостоя на корню равна 9,3 года. В таблицах 5, 6 и 7 приведено распределение деревьев валежа, появившегося из «приземленного» сухостоя, по длительности стояния его на корню и толщине деревьев.
Всего в валеж перешло 1221 дерево елового сухостоя или 82% от общего количества сухостоя. Из них около 84% составил тонкомерный валеж диаметром от 8 до 16 см. Если предположить, что одно сухостойное дерево с диаметром 48 см, простоявшее на корню до 15 лет, является случайностью, и проигнорировать это значение, то корреляционная связь между толщиной сухостоя и временем стояния на корню будет очень высокой (г = -0,937; р = 0,0002). Приведённые значения позволяют утверждать, что с увеличением диаметра сухостойных деревьев уменьшается средний срок их стояния на корню. Средний диаметр валежных деревьев, с увеличением периода стояния на корню, имеет тенденцию к уменьшению, но эта связь носит менее тесный характер (г = -0,820).
Иным образом выглядит связь периода стояния соснового сухостоя с его диаметром (табл. 6). Здесь необходимо отметить, что древостой с преобладанием сосны имеют меньший возраст (средний начальный возраст - 51 год), чем еловые древостой (средний начальный возраст - 75 лет). Поэтому и диаметр валежа сосны меньше, чем ели. Тонкомерные деревья сосны, диаметром 8-12 см, составляющие более 90% всех деревьев валежа, имеют в 83 случаях из 100, период стояния на корню равный 6-15 лет. Средняя продолжительность стояния соснового сухостоя относительно его диаметра остается практически одинаковой — около 9 лет. Примечательно, что сосновый и еловый сухостой имеют очень сходные распределения сухостоя по длительности стояния на корню в процентах.
Составление местных таблиц древесного отпада
К настоящему времени в современной лесохозяйственной науке накоплен достаточный опыт в проведении рубок ухода за лесом, организации различных видов мониторинга и осуществлении других практических и научных задач, связанных с ведением лесного хозяйства. Но некоторые аспекты этих вопросов все-таки нуждаются в дальнейших исследованиях. По-прежнему ощущается недостаток в длительных, регулярных наблюдениях на 111111 и стационарных объектах. Подеревная нумерация деревьев на таких объектах позволяет проследить весь жизненный цикл дерева. Эти исследования помогают вскрыть сущность процессов, происходящих внутри биоценозов. Поэтому, при дальнейшем анализе будет использоваться лишь часть пробных площадей (27 объектов, площадью 7,2 га), где соблюдаются все необходимые условия для детального изучения структуры и динамики древесного отпада (рис. 2). Одной из поставленных задач наших исследований является составление местных таблиц древесного отпада, опираясь на материалы многолетних наблюдений на ППП. Полученные данные могут быть использованы при оценке санитарного состояния древостоев, планировании промежуточного пользования лесом, и в целом для оценки устойчивости древостоев. Распределение исследуемых древостоев по типам леса имеет большую однородность возрастного диапазона, чем распределение по преобладающей породе, где наблюдается доминантность сосновых насаждений в молодом возрасте, а еловых - в более старших классах возраста. Поэтому, возникла необходимость прибегнуть к прогнозированию естественного изреживания в 40-60 летних ельниках.
Имея исходные данные о количестве деревьев на постоянных пробных площадях, можно построить кривую, наиболее точно отражающую зависимость густоты древостоя в фиксированных возрастах. Математическая функция (y=a+bx+c/x ), отражающая процесс естественного изреживания исследуемых древостоев, имеет высокий коэффициент детерминации, который для сосновых древостоев равен 0,83, а для еловых — 0,93. Естественные древостой с преобладанием ели имеют большую начальную густоту, чем древостой с преобладанием сосны (рис. 11). Численные значения густоты исследуемых древостоев соответствуют для ели — II классу бонитета таблиц самоизреживания А.В. Тюрина (1931), а для сосны - III-IV классу бонитета. Аналогично процессу естественного изреживания, динамика наличных запасов древостоев на ПГОТ имеет тесную взаимосвязь с возрастом (рис. 12). Это подтверждают полученные коэффициенты детерминации (для ели - 0,81; для сосны - 0,87) логарифмической кривой (y=a+bxlogjox), описывающей связь запаса древостоя с возрастом. Следует уточнить, что данная математическая функция распространяется только на возрастной интервал 40-120 лет.
Поскольку запас отпада имеет наиболее тесную связь с наличным запасом древостоя (см. п. 4.1.), а последний, в свою очередь, зависит от возраста (R =0,81-0,87), то в соответствии с общепринятым в лесной таксации методом составления таблиц, а также в целях удобства практического применения, входом в таблицы древесного отпада является возраст древостоя. Первым этапом составления таблиц древесного отпада было определение количества деревьев отпада определенной породы на каждой ГШП. Имея распределение отпада по ступеням толщины, и, зная площадь пробы, а также промежутки времени между учетами (5-7 лет), не трудно вычислить годичный древесный отпад по количеству деревьев в шт/га в год. Для того, чтобы перейти к запасу древесного отпада использовались таблицы объемов стволов по разрядам высот древостоев сосны и ели Ленинградской, Архангельской и Вологодской областей (Моисеев, Нахабцев, 1973). Сумма площадей поперечных сечений древесного отпада была получена по формуле круга: S=jtR2=nD2/4. На основании данных о годичном древесном отпаде по количеству деревьев и их запасу, были получены распределения этих показателей в зависимости от возраста по ступеням толщины. При этом, резко выделяющиеся варианты, в виду стрессовой нагрузки на древостой климатического фактора (ветровал), в обработку не включались.
Сравнительный анализ таблиц древесного отпада
Процент годичного отпада по запасу является унифицированным показателем, присутствующим во всех рассматриваемых таблицах древесного отпада. Как уже было отмечено выше, запас отпада наиболее тесно связан с наличным запасом древостоя. А процент годичного отпада по запасу, в сравнении, например, с абсолютными значениями отпада, обладает меньшей вариабельностью и позволяет более адекватно подходить к уста новлению возраста рубок ухода. В нашем случае, а также согласно данным таблиц отпада В.В. Загреева (Общесоюзные ..., 1992) и П.В. Воропанова (Таблицы ..., 1973), максимальный процент отпада приходится на 30-40-летние древостой, следовательно, выборка деревьев в этом возрасте позволит наиболее полно реализовать общую продуктивность насаждения.
Сравнительный анализ данных таблиц с уже имеющимися в литературе аналогичными материалами показал большие расхождения (рис. 23, 24). Таблицы П.В. Воропанова были составлены на основе данных таблиц хода роста А.В. Тюрина (1931), и имеют статус общих таблиц. Более того, при расчете ежегодного древесного отпада, в качестве исходного материала он использовал только запас древостоя, количество деревьев на 1 га и возраст древостоя. Поэтому неизбежно возникают большие ошибки, выражающиеся в значительном завышении результатов.
В.А. Вагиным составлены таблицы древесного отпада для чистых еловых насаждений Московской области, на основании данных длитель ных наблюдений на 111Ш. Согласно этим данным, максимум годичного отпада по запасу приходится на 70 лет, рассматриваемый же автором возрастной диапазон составил от 40 до 100 лет. Наши данные свидетельствуют о более раннем максимуме годичного отпада, приблизительно в 40 лет. Причинами различия наших данных с таблицей, составленной В.В. Загреевым, являются, возможно, разная территориальная применимость (местная и общесоюзная), а также исследование разных древостоев (модальные и нормальные). Сходство же заключается в тенденции гиперболического снижения процента отпада по запасу с увеличением возраста. Особенно ярко это прослеживается в сосновых насаждениях. Таблицы, составленные А.З.Швиденко, практически аналогичны тем, которые составил В.В.Загреев. Отличие их заключается в дифференциации отпада не только по породному составу и классам бонитета, но и по относительной полноте.
Несмотря на то, что таблицы хода роста, составленные В ар гасом де Бедемаром, предназначены для нормальных древостоев, а нами исследовались модальные древостой, все же между ними наблюдается определенное сходство, связанное, скорее всего, с территориальной принадлежностью.
Динамика процента годичного отпада по запасу в сосновых древо-стоях характеризуется неуклонным снижением вплоть до 110-летнего возраста. Что касается еловых древостоев, то среди упомянутых исследователей нет единого мнения в отношении закономерностей возрастной динамики анализируемого показателя. Поскольку еловые насаждения являются более сложными по своей вертикальной и возрастной структуре, чем сосновые, то и характер процессов отпада в них трудно прогнозируем, что может приводить к противоречивым данным. Выявленное завышение данных о запасе отпада в приведенных выше таблицах хода роста по сравнению с данными натурных исследований обусловливается математическим подходом к расчету таксационных показателей, стабильностью класса бонитета на всем этапе развития древостоя, принятой в таблицах хода роста, а также методическими ошибками, связанными, прежде всего, с подбором естественных рядов развития древостоев.
