CC BY
38
БИОЛОГИЧЕСКАЯ ПРОДУКТИВНОСТЬ 20-ЛЕТНИХ ЕЛОВЫХ КУЛЬТУР НА СРЕДНЕМ УРАЛЕ
Усольцев В. А.*7**, Терехов Г. Г.**, Бирюкова А. М.**, Крапивина О. А.* (УГЛТУ*, БС УрО РАН**, г.Екатеринбург, РФ)
For the first time the primary production of Picea plantations is investigated on the 17 plots of the Ural territory. Some special features of this production are discussed.
В работе представлены дальнейшие результаты исследований на Среднем Урале чистых 20-летних культур Picea obovata и P. abies подзоны южной тайги на территории Билимбаевского лесхоза в 50 км к северо -западу от Екатеринбурга, на начальном этапе которых оценивались только наличные запасы фито-массы культур (Усольцев и др., 2002). С целью оценки влияния способа закладки и ухода на формирование фитомассы и первичной продукции культур Picea obovata, созданных на вырубках 5-летней давности, в нижней части макросклона восточной экспозиции с уклоном 5-6 в разнотравно-зеленомошном типе леса на дерново-подзолистых суглинистых почвах с залеганием глинистых водо-упоров на глубине 0,5-0,6 м, заложено 17 пробных площадей (табл. 1). В качестве контроля принят вариант без подготовки почвы. Пробные площади имеют дубли - на открытом месте и под пологом 25-летнего мелколиственного древостоя, возобновившегося сразу после рубки материнского ельника.
Модельные деревья взяты в августе месяце после полного формирования хвои в количестве 6 штук на каждой пробе, по 2 модели от каждой из трех градаций толщины стволов в пределах ее варьирования. Крону делили на три равных секции вдоль по стволу и каждую секцию взвешивали с точностью 50 г на весах грузоподъемностью 10-20 кг. Для определения массы хвои и скелета кроны модельная часть кроны, образованная из средних по размеру ветвей, взятых из середины каждой секции, взвешивалась с точностью до 5 г. Затем ощипывали всю хвою, в том числе отдельно хвою последнего года, и повторно взвешивали оставшийся скелет ветви. По соотношениям хвои и скелета кроны в каждой секции рассчитывали названные показатели для всего дерева. От каждой секции брали навески для определения содержания сухого вещества в хвое и скелете кроны.
Стволы после спиливания расчленяли на 50-сантиметровые отрезки, которые затем взвешивали в сыром состоянии с точностью 50 г. С торцов этих отрезков выпиливали диски для определения содержания коры в них и абсолютно сухого вещества в древесине и коре. Диски взвешивали с точностью до 0,1 г.
Масса корней отмыта и взвешена по комплексному методу А.Ф. Чмыра (1984). Первый этап заключался в обнажении корневой системы у ствола радиусом от 30 до 100 см на глубину 10-15 см с целью определения количества крупных скелетных корней, их диаметра и характера распространения в горизонтальной проекции. Затем выбирались 2 - 3 корня, разделяющих своим направлением окружность проекции кроны на примерно равновеликие секторы, и
локальным вскрытием почвы по ходу этих корней через 15-20 см устанавливалась их протяжённость. Средняя протяжённость корней, формирующих скелет, принималась за радиус зоны распространения корневой системы модели, по которому вычислялась площадь поверхности почвы, занятой корнями.
На следующем этапе закладывали почвенные монолиты (не менее 10 штук) объёмом 5 дм (25х20х10 см) по ходу выбранных скелетных корней. Первый монолит закладывался на окружности седлающего (пневого) монолита, а последующие (2-й, 3-й..., 10-й) - в радиальном направлении в сторону внешней границы зоны распространения корневой системы. Почва просеивалась через три сита с диаметром ячеек 2,0; 1,0 и 0,3 мм, после чего выбирались все мелкие корешки, пропущенные при первоначальной выборке.
При высокой влажности почвы процесс выборки корней из почвенных монолитов приходилось производить в водяной ванне. Выбрав крупные корневые мочки и отдельные корни руками, почву накладывали в верхнее сито диаметром 2 мм. Блок сит из трёх секций опускали в ванну с водой, где встряхиванием и помешиванием почвы производили отмывку корней.
Взяв верхний 10-сантиметровый слой почвы по ходу корней, закладывали монолиты в тех же местах с 10 см до глубины распространения корней исследуемой модели. После закладки профильных монолитов по ходу скелетных корней приступали к закладке в том же количестве так называемых «вольных» монолитов, по концентричным кругам в зоне распространения корневой системы, на равном расстоянии между собой. Глубина их закладки по концентрическим кругам производилась до горизонта проникновения корней модельного дерева. На завершающем этапе выкапывали комлевую часть («седлающий» монолит) на площади круга первоначально обнажённой корневой системы вокруг ствола.
В лаборатории корни помещались на 30 мин. в водяную ванну, затем осторожно отмывались от почвенных частиц. При этом повторно уточнялся породный состав корней, описывалось морфологическое строение, а также определялся балл микоризности. Для пересчета фитомассы на абсолютно сухое состояние все взятые образцы сушили в термостатах при температуре 100-105 0С до постоянного веса. По результатам взвешивания древесины и коры дисков до и после сушки определялось содержание абсолютно сухой массы этих компонентов в сырой навеске и в целом в стволе.
При камеральной обработке данных определялась насыщенность 1 дм почвы корнями изучаемой древесной породы и пород-конкурентов по каждой из зон взятия монолитов: 1) зона скелетных корней; 2) зона между скелетными корнями; 3) зона седлающего монолита.
Определив насыщенность почвы корнями по каждой из зон, устанавливалось процентное соотношение каждой зоны в общей площади корнеобитания данной модели. Зная общее количество скелетных корней, среднюю площадь профиля по ходу исследуемых 2-3-х корней умножали на их число и получили площадь преимущественного обитания скелетной части корневой системы. Определив корненасыщенность по зонам и зная их площадь, определяли средневзвешенную массу корней в зоне корнеобитания модельного дерева.
Прирост древесины ствола определен путем "расчехления" ствола по 10 отрезкам и определения объемного прироста, среднего за последние 5 лет, с последующим пересчетом на абсолютно сухое состояние по базисной плотности, определенной по навескам. Прирост коры рассчитан по приросту древесины и соотношению массы древесины и коры ствола. Прирост корней оценен по их массе и отношению прироста надземной фитомассы к надземной фитомассе в целом. Прирост хвои оценивался по соотношению хвои текущего года и всей хвои на модельных ветвях с последующим его пересчетом на все дерево. Прирост ветвей определен упрощенным методом (Русаленко, Петров, 1975) путем деления их удвоенной массы на возраст кроны, измеренный по годичным кольцам у ее основания. Это согласуется с известным фактом (Уткин, 1975), что средняя по массе мутовка у сосен приходится примерно на середину кроны.
Расчет фитомассы (Рь т/га) на единице площади (табл. 2) выполнен по соотношению площадей сечений: Р1 = (Хр / Х^) О, где О - сумма площадей сечений древостоя, м2/га; Хр и - соответственно суммарная масса 1-й фракции и суммарная площадь сечений всех моделей на пробе. Аналогичным способом рассчитана годичная продукция т/га) фитомассы (см. табл.2). Метод по точности не уступает регрессионному (Маё;шск, 1982).
Таблица 1 - Таксационные показатели культур ели с разными вариантами их создания и ухода по данным перечетов на пробных площадях
Способы подго- № Воз- Средние Густо- Площадь Запас, Класс
товки и обра- про- раст, Высо- Диаметр, та, сечений, м3/га бони-
ботки почвы бы лет та, м см экз/га м2/га тета
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
Химобработка 7* 20 4,8 4,7 2667 4,35 19,5 III
7** 20 3,0 3,2 2253 1,46 3,3 IV
Химобработка 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 24* 20 3,5 3,6 2060 2,63 З,6 IV
24** 20 2,5 2,5 2149 0,94 1,2 V
Примечание: * - открытое место; ** - в коридорах мелколиственных насаждений.
Установлено, что подготовка и обработка почвы увеличивают запас фитомассы и ее годичную продукцию в 3-9 раз по сравнению с контролем. Запас надземной и подземной фитомассы, а также показатели их годичной продукции на открытом месте примерно в 4 раза выше, чем в коридорах под пологом лиственного древостоя. Хотя средние высоты по большинству вариантов под поло-
гом несколько ниже, чем на открытом месте, все они находятся в пределах одного (IV) класса бонитета (см. табл. 1), что согласуется с ростом ели под пологом березы на вырубках в условиях Вологодской области (Дружинин, 2003).
Таблица 2 - Показатели фитомассы и первичной продукции в абсолютно сухом состоянии в культурах ели
№ Фитомасса, т/га Первичная продукция, т/га
про Древе- Кора Ске- Хвоя Над- Кор- Древе- Кора Ске- Хвоя Над- Кор-
-бы сина ство- лет зем- ни сина ство- лет зем- ни
ствола ла кроны ная ствола ла кроны ная
2* 6,87 1,00 4,61 6,65 19,1 5,85 1,18 0,172 0,535 1,984 3,87 1,19
2** 2,66 0,34 1,57 1,98 6,55 1,17 0,393 0,050 0,184 0,473 1,10 0,196
3* 8,83 1,40 8,88 13,14 32,2 6,79 1,25 0,198 1,118 3,913 6,48 1,37
3** 2,72 0,51 1,92 2,63 7,78 1,57 0,400 0,075 0,232 0,681 1,39 0,281
4* 8,29 1,54 7,91 9,49 27,2 5,65 1,38 0,256 0,932 3,358 5,93 1,23
4** 4,63 0,60 2,80 5,32 13,3 2,70 0,617 0,080 0,209 1,549 2,45 0,497
8* 12,9 1,76 9,58 11,81 36,0 6,17 2,13 0,291 0,959 3,568 6,95 1,19
8** 3,34 0,54 3,09 4,57 11,5 1,84 0,551 0,089 0,374 1,142 2,16 0,345
17* 8,19 2,48 5,93 11,36 28,0 5,74 1,22 0,369 0,732 3,440 5,76 1,18
17** 4,65 0,67 3,33 5,47 14,1 2,46 0,666 0,096 0,423 1,407 2,59 0,452
10* 8,59 0,99 4,90 6,65 21,1 2,93 1,18 0,136 0,534 1,993 3,84 0,533
7* 4,58 0,63 3,47 4,32 13,0 2,59 0,736 0,101 0,404 1,296 2,53 0,504
7** 0,83 0,13 0,87 0,96 2,79 0,48 0,151 0,024 0,115 0,284 0,574 0,099
14* 4,32 0,64 3,63 5,00 13,6 3,48 0,787 0,117 0,478 1,542 2,92 0,747
14** 0,64 0,10 0,41 0,67 1,82 0,39 0,108 0,017 0,054 0,234 0,413 0,088
24* 1,32 0,19 1,19 1,42 4,12 1,01 0,214 0,031 0,164 0,393 0,802 0,197
24** 0,62 0,12 0,67 0,71 2,12 0,44 0,078 0,015 0,083 0,155 0,331 0,069
Литература
1. Дружинин Ф.Н. Особенности формирования и роста подпологовой ели в лиственных насаждениях //Эколого-экономические аспекты гидролесомелиорации (Труды Ин-та леса НАН Беларуси. Вып. 58). Гомель, 2003. С.115-116.
2. Русаленко А.И., Петров Е.Г. Определение прироста фитомассы в сосновых насаждениях // Текущий прирост древостоев (материалы научной конференции). Минск: Изд - во "Ураджай", 1975. С. 139-140.
3. Усольцев В.А., Терехов Г.Г., Бирюкова А.М., Марковский В.И., Крапивина О.А. Фи-томасса еловых культур на Среднем Урале // Экология: Наука, образование, воспитание. Вып. 3. Брянск: БГИТА, 2002. С. 48-51.
4. Уткин А.И. Биологическая продуктивность лесов: Методы изучения и результаты // Лесоведение и лесоводство: Итоги науки и техники. М.: ВИНИТИ, 1975. Т. 1. С. 9-189.
5. Чмыр А.Ф. Лесные культуры. Метод. указания по исследованию корневых систем древесных пород. Л.: ЛЛТА, 1984. 40 с.
6. Madgwick H.A.I. Estimating the above-ground weight of forest plots using the basal area ratio method // N. Z. J. Forest Sci. 1982. Vol. 11. P. 278-286.
Работа поддержана РФФИ, грант № 04-05-96083
