CC BY
40
НАДЗЕМНАЯ ФИТОМАССА И ГОДИЧНАЯ ПРОДУКЦИЯ ДРЕВО-СТОЕВ ОЛЬХИ СЕРОЙ НА БРОШЕННОЙ ПАШНЕ В ПОДЗОНЕ ЮЖНОЙ ТАЙГИ (ЯРОСЛАВСКАЯ ОБЛАСТЬ)
Гульбе А.Я., Гульбе Я.И., Гульбе Т.А.
(ИЛРАН, с. Успенское, Московская обл., РФ)
The abovegroundphytomass and annual production of young grey alder stands on agricultural abandonment flied in south taiga subzone are estimated using sample tree method. Use of these stands as plantations with a short cutting interval for enough fast reception of a wood-pulp that is the most actual in a view of development of technologies of reception of biofuel is perspective.
В последние десятилетия в подзоне южной тайги Европейской части России из сельскохозяйственного оборота были выведены значительные площади земель. Снятие антропогенной нагрузки привело к быстрому формированию на месте бывших сельскохозяйственных угодий насаждений мягколиственных древесных пород (березы, ольхи серой) и сосны обыкновенной [4, 5, 7, 8, 11]. На стационаре «Городище» Северной ЛОС Института лесоведения РАН (Угличский р-н Ярославской обл.) в режиме погодичного мониторинга изучается динамика продукционного процесса в молодняках на бывших сельскохозяйственных угодьях [8, 9]. Данные о биопродуктивности молодняков березы повислой и сосны обыкновенной на пашне опубликованы ранее [2, 3]. В настоящей работе приводятся данные о надземной фитомассе и годичной продукции молодняков ольхи серой, формирующихся на брошенной пашне.
Постоянные пробные площади были заложены в насаждениях ольхи серой, сформировавшихся на дерново-слабоподзолистых супесчаных почвах на участках с временным переувлажнением в весенний период. Отмечено наличие пахотного горизонта, толщина которого составляет 30-32 см. Об использовании участков в качестве пашни так же свидетельствуют сохранившиеся плужные борозды, которые сохраняются в течение нескольких десятков лет, создавая элементы микрорельефа и, тем самым, влияя на ход демутационной сукцессии.
Заселение исследуемых участков древесной растительностью началось сразу после прекращения распашки, когда задернение участка еще не произошло. За-дернение участка при переводе залежи в сенокос или пастбище препятствует поселению и выживанию особей древесных пород [6, 12, 13], и этап формирования древостоя растягивается на 15-20 лет [4, 5]. Исследуемые насаждения ольхи серой семенного происхождения одновозрастные со случайным размещением особей по площади. Зависимости между густотой древостоя и удаленностью от стен леса не выявлено. Изучаемые древостои ольхи серой находятся в схожих условиях произрастания, что дает основания рассматривать их как возрастной ряд. Возраст насаждений в годы наблюдений составлял 6, 9, 10 и 13 лет. Таксационная характеристика древостоев представлена в таблице 1.
Таблица 1 - Таксационная характеристика древостоев ольхи серой
Пробная площадь Состав Возраст, лет Средняя высота, м Средний диаметр, см Число стволов, тыс. экз. га-1 Сумма площадей сечения стволов, 2 -1 м га Запас, 3 -1 м га „ * Текущии прирост , 3 -1 -1 м га год
1 96Олс4ИведБ,Ос 6 3.31 1.39 62.25 9.48 27.61 12.62
2 1000лс 9 8.42 5.07 9.23 18.64 87.0 14.36
3 1000лс 10 9.77 5.63 9.2 22.92 122.5 24.26
4 99Олс1Б 13 11.97 8.04 5.58 28.31 178.5 17.75
1-1-?-1-1-1-1-1-1-1-1
Примечания - приведен текущий прирост стволовой древесины без учета коры.
Для сероольшаников на пахотных землях характерны быстрые темпы роста и раннее смыкание крон деревьев. За период с 6 до 13 лет средняя высота древостоя увеличилась в 3.6 раза, средний диаметр - в 5.8 раз, сумма площадей сечения - в 3.0 раза, запас - в 7.2 раз. Текущий прирост стволовой древесины до 10-летнего возраста увеличивается в 2 раза, а затем происходит снижение этого показателя в 1.4 раза.
Для определения фитомассы и годичной продукции молодняков ольхи серой на брошенных сельхозугодьях использовались систематические выборки модельных деревьев, взятых методом пропорционально-ступенчатого представительства. Деревья для анализа отбирались по ступеням толщины: обычно по одному дереву на ступень, а для средних степеней - по два-три модельных дерева. Модельные особи срезались на уровне корневой шейки в конце июля - августе до начала листопада. Затем по принятой методике [1,8] определялась масса (г) следующих фракций и их групп: ствол, с разделением на древесину и кору; скелет кроны, с разделением на многолетние ветви (далее ветви) и побеги текущего года (далее побеги) и листья. Фракция «генеративные органы» не рассматривалась, поскольку большинство особей еще не вступило в генеративную фазу развития, и эта фракция отсутствовала. Для определения абсолютно сухого веса фракций отобранные образцы высушивали при температуре 105° С до постоянной массы (примерно 72 часа). Годичная продукция стволиков определялась по доле объемного прироста древесины, ветвей - как частое от деления массы ветвей на годичных сегментах ствола на возраст этих сегментов.
Для анализа зависимости надземной фитомассы и годичной продукции осо-
л
бей от й13 к использовались уравнения вида:
у = а + Ьх, (1)
у = Ьх, (2)
у = ахЬ, (3)
у = а + Ьх + ех2, (4)
л
у = Ьх + ех , (5)
где у - надземная фиомасса или годичная продукция по фракциям и в целом,
л
х - произведение квадрата диаметра на высоте груди на высоту дерева (й13 к), а и Ь - коэффициенты уравнения. Для оценки степени аппроксимации исходных
данных конкретным уравнением использовали коэффициент детерминации (R2) и стандартную ошибку регрессионной оценки (SE).
Изучаемые насаждения ольхи серой отличаются быстрыми темпами накопления надземной фитомассы (рис. 1). Фитомасса 6-летнего древостоя равна 14.34 т га-1, в возрасте 9 лет она составляет уже 36.37 т га-1, к 13-летнему возрасту этот показатель достигает значения 76.18 т га-1. Таким образом, за семилетний период надземная фитомасса древостоя возрастает более чем в 5 раз. В накоплении органического вещества в надземной части древостоя ведущая роль принадлежит стволу, а именно фракции древесины. Так, в возрасте 13 лет масса древесины достигает значения 58.42 т га-1, что в 6.8 раз превышает значение этого показателя для 6-летнего древостоя. Фитомасса скелета крон за период наблюдения увеличивается в 6.3 раза, при этом масса ветвей увеличивается в 12.5 раза. Фитомас-са (годичная продукция) побегов и листьев за весь период наблюдений увеличивается в 1.3 раза при незначительном (на 0.33-0.38 т га-1) снижении этого показателя в возрастном интервале с 10 до 13 лет.
80 и-
70--—
60--Ш- _
'-3 --щш
н 50---Щ- —
ев тттт W//&
й 40--ЦИ- -Ж- —
s шЛ. ШЛ.
6 9 10 13
Возраст, лет
В Ствол Ш Скелет крон □ Листья □ Всего
Рисунок 1 - Надземная фитомасса древостоев ольхи серой по фракциям
Возрастная динамика показателей годичной продукции исследуемых молод-няков ольхи серой приводится на рисунке 2. До 10-летнего возраста наблюдается рост надземной годичной продукции древостоя и годичной продукции отдельных фракций и их групп, однако темпы нарастания этого показателя значительно ниже, чем фитомассы. В 13-летнем древостое, наблюдается снижение показателей годичной продукции на 3.06 т га-1 год-1. Наибольшее снижение отмечено для стволов (на 2.58 т га-1 год-1) и в частности для фракции древесины (на 2.31 т га-1 год-1). Следует отметить, что за этот период на фоне снижения показателей годичной продукции всех фракций произошло увеличение годичной продукции ветвей в 1.2 раза. В целом же за семилетний период с 6 до 13 лет показатели годичной продукции увеличиваются в 1.4 раза с 9.19 до 12.90 т га-1 год-1. По текущим годичным продукционным показателям древостои ольхи серой на старопахотных почвах в возрасте 6-9 лет приближаются, а в 10-13 лет превосходят при-
водимые максимально возможные среднепериодические значения годичной продукции для лесов подзоны южной тайги (10-12 т га-1 год-1) [10].
18
6 9 10 13
Возраст, лет Ш Ствол Ш Скелет крон □ Листья □ Всего
Рисунок 2 - Годичная продукция надземной части древостоев ольхи серой по фракциям
Для наиболее полного рассмотрения формирования молодняков с позиции биопродукционного процесса представляется важным выявление количественных закономерностей изменения долевого представительства отдельных частей деревьев (фракций и их групп) в фитомассе и продукции древесного яруса в возрастной динамике древостоев. За период наблюдений в фитомассе древостоя ольхи серой доля листьев снижается: от 17.2% в 6-летнем древостое до 4.2% в 13-летнем (табл. 2). Доля скелета крон также постепенно снижается: с 8.7% в 6-летнем возрасте до 10.3% в 13-летнем. Доля стволов, в этом возрастном интервале, напротив, возрастает с 74.1% до 85.5%. Таким образом, в древостоях ольхи серой уже в возрасте 6 лет на долю осевых органов, и особенно ствола, приходится значительная часть фитомассы 83%), а начиная с 10 лет их вклад превышает 90%.
Таблица 2 - Фракционное распределение надземной фитомассы и годичной продукции древостоев ольхи серой (в %)__
Фракции Фитомасса Годичная продукция
6 лет 9 лет 10 лет 13 лет 6 лет 9 лет 10 лет 13 лет
Ствол 74.1 82.3 81.2 85.5 63.1 57.7 62.3 57.1
древесина 59.6 72.0 72.5 76.7 50.8 50.1 55.3 50.5
кора 14.5 10.3 8.7 8.8 12.3 7.6 7.0 6.6
Скелет крон 8.7 10.1 12.3 10.3 10.1 13.8 15.6 18.6
ветви 3.9 8.8 10.0 9.2 2.6 9.1 8.0 11.8
побеги 4.8 1.3 2.3 1.1 7.5 4.7 7.6 6.8
Листья 17.2 7.6 6.5 4.2 26.8 28.5 22.1 24.3
Всего 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0
Изменение с возрастом фракционной структуры годичной продукции древо-стоев ольхи серой отличается от динамики распределения фитомассы по фракциям (табл. 2). Доля листьев в общей величине продукции надземной части древостоя за период наблюдений практически не изменяется, оставаясь на уровне 22.128.5%. Доля стволов и стволовой древесины также остается примерно на одном уровне. Доля коры за рассматриваемый период снижается в 1.8 раза с 12.3 до 6.6%. С увеличением возраста древостоя наблюдается увеличение доли скелета крон в составе общей годичной продукции в 1.8 раза с 10.1 до 18.6%. Доля фракции ветвей при этом увеличивается в 4.5 раза, а побегов - остается примерно на одном уровне с незначительными колебаниями в отдельные годы.
Таким образом, при снятии антропогенной нагрузки на участках бывшей пашни в подзоне южной тайги формируются высокопродуктивные насаждения ольхи серой, которые с позиции стабилизации биосферных процессов могут использоваться как углерододепонирующие системы. Несмотря на то, что участки, занятые насаждениями ольхи серой, благодаря способности этой породы фиксировать азот из атмосферы, представляют собой наилучший резерв для увеличения пахотного клина, повторное включение в сельскохозяйственный оборот таких земель в настоящее время считаем не всегда оправданным. Использующиеся приемы расчистки земель являются экономически высокозатратными и, кроме того, приводят к выносу азота и углерода почв мелиорируемых участков. Перспективным представляется использование древостоев ольхи серой, сформировавшихся на бывших пахотных угодьях, в качестве плантаций с коротким оборотом рубки для относительно быстрого получения большого количества древесной массы, что особенно актуально в свете развития технологий получения биотоплива.
Литература
1. Биологическая продуктивность лесов Поволжья. - М.: Наука, 1982. - 284 с.
2. Гульбе А.Я. Динамика фитомассы и годичной продукции молодняка березы на залежи в южнотаежной подзоне (Ярославская область) // Вестник Оренбургского гос. ун-та. Приложение «Биоразнообразие и биоресурсы». 2006. -№ 4. - С. 34-37.
3. Гульбе А.Я. Надземная фитомасса и годичная продукция соснового насаждения на брошенной пашне в подзоне южной тайги // Актуальные проблемы лесного комплекса / Под ред. Е.А. Памфилова. Сборник научных трудов по итогам международной научно-технической конференцию Вып. 17. -Брянск: БГИТА, 2007. - С. 50-53.
4. Дегтева С.В., Головнева Л.Б. Особенности сукцессионного ряда луг - сероольшаник // Эколого-ценотическое и флористическое изучение фитоценозов Европейского севера СССР. Тр. Коми филиала АН СССР. № 82. -Сыктывкар, 1987. - С. 67-76.
5. Полянская О.С., Корнилов М.Ф., Трутнев А.Г. Почвенно-геоботанические исследования на территории колхозов Крестецкого района Ленинградской области // Геоботаника. Тр. Ботан. ин-та АН СССР. Сер. III. Вып. 2. 1935. -М., Л.: Изд-во АН СССР, 1937. - С. 491-608.
6. Постников М.В. Влияние живого напочвенного покрова на семенное возобновление березы // Химический уход за лесом: Сборник научных трудов. - Л.: ЛенНИИЛХ, 1987. - 140 с.
7. Соколов Н.Н. Рост и продуктивность сосновых древостоев по старым пашням // Лесной журнал. Известия ВУЗов. -1978. -№ 4. - С.22-25.
8. Уткин А.И., Гульбе Т.А., Гульбе Я.И., Ермолова Л.С. О наступлении лесной растительности на сельскохозяйственные земли в верхнем Поволжье // Лесоведение. -2002. -№ 5. - С. 4452.
9. Уткин А.И., Гульбе Я.И., Гульбе Т.А., Гульбе А.Я., Ермолова Л.С. Березняки и серо-ольшаники центра Русской равнины - экотон между экосистемами хвойных пород и сельскохозяйственными угодьями // Лесоведение. -2005. -№ 4. - С. 49-66.
10. Уткин А.И., Рождественский С.Г., Гульбе Я.И. и др. Анализ продукционной структуры древостоев. -М.: Наука, 1988. - 240 с.
11. Шиманюк А.П. Заселение сосной и елью бывших пахотных земель // Лесное хозяйство. 1950. № 9. - С. 50-52.
12. Hytonen J., Jylha P. Effects of competing vegetation and post-planting weed control on the mortality, growth and vole damages to Betula pendula planted on former agricultural land // Silva Fennica. 2005. Vol. 39. № 3. - P. 365-380.
13. Willoughby I., Clay D.V., Dixon F.L., Morgan G.W. The effect of competition from different weed species on the growth of Betula pendula seedling // Can. J. For. Res. 2006. Vol. 36. № 8. -P. 1900-1912.
Работа выполнена при поддержке РФФИ (грант № 06-04-49397)
