CC BY
25
УДК 630*231
Н.В. Хабибуллина, В.А. Усольцев, Г.Г. Терехов, А.А. Маленко
УДЕЛЬНАЯ ЧИСТАЯ ПЕРВИЧНАЯ ПРОДУКЦИЯ ТЕМНОХВОЙНЫХ ПОРОД УРАЛА
Ключевые слова: надземная фитомасса, фракционный состав, удельная чистая первичная продукция, темнохвойные породы Урала, ель.
Введение
Биологическая продуктивность в нашем исследовании понимается как совокупность трех количественных характеристик лесной экосистемы: фитомассы (т/га), чистой первичной продукции (ЧПП), определяемой как количество фитомассы, продуцируемой на единице площади за 1 год (т/га) и удельной чистой первичной продукции (УдЧПП) как отношения ЧПП к величине фитомассы, выражаемый в относительных единицах или в процентах [1, 2].
УдЧПП является важной биопродукцион-ной характеристикой лесных насаждений. Если известно отношение ЧПП к величине фитомассы, то можно получить не только значение ЧПП древостоя по известной его фитомассе, но и одну из важнейших характеристик функционирования лесных экосистем, поскольку УдЧПП характеризует скорость обновления органического вещества фитомассы [3]. Если ЧПП характеризует интенсивность фотосинтеза и депонирования углерода, то УдЧПП показывает удельную скорость процесса: как быстро «работает» или «превращается» один грамм вещества. Обратная величина — отношение фитомассы к ЧПП — показывает, за какое время поток ЧПП создает запас фитомассы [4].
Данных о фитомассе лесов, особенно в ходе исследований по Международной биологической программе (МБП) 1960-х гг., накоплено достаточно много, существенно меньше данных опубликовано по ЧПП. Данные об УдЧПП очень редки. Цель работы — на примере культур ели сибирской и естественных ельников Урала проанализировать
соотношения показателей ЧПП и УдЧПП в связи с происхождением древостоев.
Объекты и методы исследований
Исследования выполнены в лесах Билимба-евского лесничества Свердловской области. Оно расположено на территории, подчинённой в административном отношении городу Первоуральску. По лесорастительному районированию Б.П. Колесникова территория лесничества отнесена к подзоне южнотаёжных лесов, приурочена к Среднеуральской горной провинции [5]. В основу нашего исследования положен метод пробных площадей, заложенных согласно требованиям ОСТ 56-60-83. Описание вариантов создания и формирования культур ели приведено в монографии Г.Г. Терехова и В.А. Усольцева [6]. Таксационная характеристика пробных площадей дана в таблицах 1 и 2.
Наряду с традиционной таксацией древо-стоев на каждой пробной площади выполнены определения их ЧПП и фитомассы. Для определения ЧПП и фитомассы надземной части взято по 6-7 модельных деревьев каждой древесной породы в пределах варьирования их диаметров на каждой пробной площади. Методика определений изложена ранее [6, 7]. Общее количество модельных деревьев ели и пихты в естественных древо-стоях, соответственно, 34 и 32, в культурах ели — 102. Для перевода показателей фитомассы в абсолютно сухое состояние взяты образцы хвои, ветвей, древесины ствола и коры ствола: у ели в естественных древо-стоях, соответственно, 83, 83, 85 и 85, у пихты — соответственно, 80, 80, 87 и 87, у ели — в культурах по 306 образцов каждой из четырех фракций надземной фитомассы. Для остальных пород в естественных древо-стоях фитомасса и ЧПП определены по базе данных В.А. Усольцева [8].
Таблица 1
Таксационная характеристика ельников-пихтарников естественного происхождения на пробных площадях (пробах), заложенных в Билимбаевском лесничестве
Свердловской области
№ пробы Породный состав Возраст, лет Средние Густота, экз/га Площадь сечений, м2/га Запас, м3/га и ■ ант лоте
высота, м диаметр, см
1 2Е5П2Ос1Б 99 23,6 24,0 912 41,3 401 II
2 2Е4П2Ос1Б1С 100 22,8 23,7 1040 45,8 408 II
3 2Е8П 102 22,8 22,7 1120 45,2 420 II
4 4Е6П 98 20,8 21,0 1024 35,4 305 III
5 2Е6П2Б 101 22,4 22,3 1328 51,9 465 III
6 4Е6П 102 22,5 24,9 704 34,3 319 III
7 3Е5П2Б 99 21,6 23,4 880 37,8 334 III
8 5Е3П2Б 102 23,7 23,7 1088 48,2 466 II
9 4Е4П2Б 100 22,0 21,4 960 34,5 317 III
Таблица 2
Таксационная характеристика чистых культур ели на пробных площадях (пробах), заложенных в Билимбаевском лесничестве Свердловской области
Варианты подготовки и обработки почвы № пробы Возраст, лет Средние Густота, экз/га Площадь сечений, м2/га Запас, м3/га Класс бони- тета
высота, м диаметр, см
Гряда 2* 20 4,45 5,2 3884 6,97 25,7 IV
2** 20 4,05 4,0 2248 2,58 6,2 IV
Гряда 3* 20 4,3 5,0 4351 8,27 23,3 IV
3** 20 3,55 3,9 3277 3,65 10,2 IV
Гряда 4* 19 3,70 4,5 4266 6,40 19,1 IV
4** 19 4,05 4,0 3776 4,46 14,3 IV
Пласт 8* 20 4,1 5,1 4885 10,2 29,2 IV
8** 20 3,5 3,7 2082 4,09 15,7 IV
Пласт 17* 19 4,0 4,5 4786 7,01 16,2 IV
17** 19 3,9 4,4 3044 3,92 12,4 IV
Двойной пласт 10* 20 4,4 5,2 2915 7,70 18,5 IV
Химическая обработка 7* 20 4,8 4,7 2667 4,35 19,5 III
7** 20 3,0 3,2 2253 1,46 3,3 IV
Химическая обработка 14* 20 4,04 4,5 2662 4,31 11,4 IV
14** 20 2,2 2,9 2378 1,15 2,1 V
Контроль (без обработки почвы) * 20 3,5 3,6 2060 2,63 З,6 IV
** 20 2,5 2,5 2149 0,94 1,2 V
Примечание. Здесь и далее: ‘открытое место; **под пологом вторичного лиственного древостоя.
Результаты и их обсуждение
Результаты определений ЧПП и УдЧПП на пробных площадях в ельниках естественного и искусственного происхождений приведены в таблицах 3 и 4.
Анализ исходных данных о ЧПП и УдЧПП 100-летних естественных ельников и 20-летних культур ели сибирской показывает существенные различия исследуемых продукционных показателей древостоев. Надземная ЧПП 100-летних ельников превышает таковую в 20-летних культурах, причем это превышение по отношению к культурам, сформированным с обработкой почвы на открытом пространстве, составляет 32%, а по отношению к культурам, сфор-
мированным с обработкой почвы под пологом древостоя, — 4-кратное.
Значительные расхождения выявляются между значениями ЧПП культур ели, сформировавшихся на открытом пространстве (*) и под пологом вторичного мелколиственного древостоя (**), а также между культурами с подготовкой и обработкой почвы (I) и культурами без подготовки и обработки почвы, т.е. контролем (II). В первом случае по всем фракциям ЧПП наблюдается 3-кратное превышение варианта (*) по отношению к варианту (**). Во втором случае варианты с подготовкой и обработкой почвы (I) характеризуются более высокими показателями ЧПП по отношению
к контролю (II), превышения сильно различаются в зависимости от принадлежности к варианту (*) или (**). Подготовка почвы в культурах на открытом пространстве по отношению к контролю на открытом пространстве дает в итоге 6-кратное превышение по ЧПП, а подготовка почвы в культурах, сформировавшихся под пологом, по сравнению с контрольным вариантом куль-
тур, сформировавшихся под пологом, — лишь 2-кратное превышение.
Существенные различия выявлены по УдЧПП 100-летних естественных ельников и 20-летних культур. УдЧПП культур больше, чем в естественных ельниках: для стволов — в 9, ветвей — в 4, хвои — в 1,5 и для надземной УдЧПП — в 6 раз. Напротив, различия в вариантах культур по величине УдЧПП различных фракций не превышают 3-6%.
Таблица 3
Фактические показатели надземной ЧПП и УдЧПП елово-пихтовых древостоев
№ про бы Класс бони- тета Воз- раст, лет Запас, м3/га ЧПП УдЧПП
стволы ветви хвоя итого стволы ветви хвоя итого
1 II 99 401 2,42 0,78 3,00 6,19 1,58 3,39 24,2 3,29
2 II 100 408 3,12 0,93 3,43 7,48 1,87 3,73 27,2 3,65
3 II 102 420 2,29 0,87 3,39 7,48 1,48 2,87 19,2 3,68
4 III 98 305 2,20 0,69 2,17 5,06 1,94 3,19 16,3 3,41
5 III 101 465 2,67 0,83 4,08 7,59 1,46 2,67 22,9 3,28
6 III 102 319 2,06 0,66 2,24 4,96 1,76 3,04 16,7 3,26
7 III 99 334 2,46 0,69 2,87 6,03 1,84 2,91 20,6 3,52
8 II 102 466 3,56 0,87 3,18 7,62 1,98 3,14 18,2 3,38
9 III 100 317 2,25 0,60 2,37 5,22 1,84 2,94 19,0 3,36
Средние значения 100 382 2,56 0,77 2,97 6,30 1,75 3,10 20,5 3,42
Таблица 4
Фактические данные ЧПП и УдЧПП 20-летних культур ели
Варианты подготовки и обработки почвы № пробы Годичная ЧПП, т/га УдЧПП, %
стволы ветви хвоя итого стволы ветви хвоя итого
Гряда 2* 1,352 0,535 1,984 3,87 17,2 11,6 29,8 20,3
2** 0,443 0,184 0,473 1,10 14,8 11,7 23,9 16,8
Гряда 3* 1,448 1,118 3,913 6,48 14,2 12,6 29,8 20,1
3** 0,475 0,232 0,681 1,39 14,7 12,1 25,9 17,9
Гряда 4* 1,636 0,932 3,358 5,93 16,6 11,8 35,4 21,8
4** 0,693 0,209 1,549 2,45 13,3 7,50 29,1 18,4
Пласт 8* 2,421 0,959 3,568 6,95 16,5 10,0 30,2 19,3
8** 0,640 0,374 1,142 2,16 16,5 12,1 25,0 18,8
Пласт 17* 1,589 0,732 3,440 5,76 14,9 12,3 30,3 20,6
17** 0,762 0,423 1,407 2,59 14,3 12,7 25,7 18,4
Двойной пласт 10* 1,316 0,534 1,993 3,84 13,7 10,9 30,0 18,2
Химическая обработка 7* 0,837 0,404 1,296 2,53 16,1 11,6 30,0 19,5
7** 0,175 0,115 0,284 0,574 18,2 13,2 29,6 20,6
Химическая обработка 14* 0,904 0,478 1,542 2,92 18,2 13,2 30,8 21,5
14** 0,125 0,054 0,234 0,413 16,9 13,2 34,9 22,7
I. Средние значения по вариантам * 1,438 0,712 2,637 4,785 15,9 11,8 30,8 20,2
** 0,473 0,227 0,824 1,525 15,5 11,8 27,7 19,1
Превышения (*) над (**), крат - 3,0 3,1 3,2 3,1 Разница не более 3%
II. Контроль (без обработки почвы) * 0,245 0,164 0,393 0,802 16,2 13,8 27,7 19,5
** 0,093 0,083 0,155 0,331 12,6 12,4 21,8 15,6
Превышения I над II, крат * 5,9 4,3 6,7 6,0 Разница не более 3%
** 5,1 2,7 2,1 1,9 Разница не более 6%
Выводы
1. Показатели ЧПП, характеризующей интенсивность фотосинтеза и депонирования углерода, существенно различаются как в связи с происхождением насаждений, так и в связи с условиями создания и формирования культур.
2. Показатели УдЧПП, характеризующей скорость процесса «превращения» веществ в их круговороте, существенно различаются в связи с происхождением насаждений, но в культурах различия названного показателя по вариантам их создания и формирования не превышают 3-6%. Это означает, что интенсивность круговорота веществ обусловлена в основном возрастом насаждений, а в пределах одного возраста она практически не зависит от условий произрастания.
Библиографический список
1. Гульбе Я.И., Гульбе Т.А., Гульбе А.Я., Ермолова Л.С. Удельная продуктивность фитомассы древостоев основных лесообразующих пород // Лесные экосистемы в условиях изменения климата: биологическая продуктивность, мониторинг и адаптационные технологии: матер. Междунар. конф. — Йошкар-Ола: МарГТУ, 2010. — С. 197-200.
2. Уткин А.И., Гульбе Я.И., Гульбе Т.А., Замолодчиков Д.Г. Связь надземной чистой первичной продукции с фитомассой и с за-
пасами насаждений (поиск моделей по материалам базы данных) // Структурнофункциональная организация и динамика лесов: матер. Всерос. конф. — Красноярск: Ин-т леса СО РАН им. В.Н. Сукачева, 2004. — С. 477-479.
3. Базилевич Н.И., Гребенщиков О.С., Тишков А.А. Географические закономерности структуры и функционирования экосистем. — М.: Наука, 1986. — 297 с.
4. Базилевич Н.И., Титлянова А.А. Биотический круговорот на пяти континентах: азот и зольные элементы в природных наземных экосистемах. — Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2008. — 381 с.
5. Колесников Б.П., Зубарева Р.С., Смо-лоногов Е.П. Лесорастительные условия и типы лесов Свердловской области. — Свердловск, 1973. — 176 с.
6. Терехов Г.Г., Усольцев В.А. Формирование, рост и биопродуктивность опытных культур ели сибирской на Урале: исследование системы связей и закономерностей. — Екатеринбург: УрО РАН, 2008. — 215 с.
7. Усольцев В.А. Биологическая продуктивность лесов Северной Евразии: методы, база данных и ее приложения. — Екатеринбург: УрО РАН, 2007. — 636 с.
8. Усольцев В.А. Фитомасса и первичная продукция лесов Евразии. — Екатеринбург: УрО РАН, 2010. — 570 с.
+ + +
УДК 630* 17:582. 632.2 (571.15) А.А. Маленко,
Е.С. Ширяева К ВОПРОСУ О ВЫРАЩИВАНИИ ДУБА ЧЕРЕШЧАТОГО В СУХОЙ СТЕПИ (Алтайский край)
Ключевые слова: дуб черешчатый, Алтай, искусственные насаждения, история создания, сухая степь, состояние посадок.
Род дуб (Quercus) произрастает в умеренном и тропическом поясах северного полушария и включает около 600 видов. Наиболее характерным представителем этого рода в европейской России является дуб черешчатый, или летний (Q.Robur L.), который распространен на территориях как с океаническим, так и с континентальным климатом. В естественном виде он произрастает от Балтики и Прионежья (на севере) до Черноморского побережья (на юге) и от западных границ страны до Урала (на востоке). При широко выраженной экологиче-
ской пластичности дуб, способный заселять обширные территории, образуя разнообразные климатические и эдафические экотипы, формы и разновидности [1].
Целью исследований было получение информации о выращивании дуба черешча-того на Алтае.
В задачи исследований входило изучение истории появления и распространения дуба, а также мониторинг состояния его посадок в сухой и засушливой степи.
Возникновение культуры дуба на Алтае
Точных сведений о произрастании дуба черешчатого в Западной Сибири в древнем голоцене нет. Однако в среднем голоцене этот вид вследствие благоприятных для него климатических условий продвинулся далее
