CC BY
72
УДК 630*5: 630*17 + 582.795
А. К. Габделхаков, А. А. Арсланов, М. Р. Ситдиков
БИОПРОДУКТИВНОСТЬ ИСКУССТВЕННЫХ ДРЕВОСТОЕВ ЛИПЫ МЕЛКОЛИСТНОЙ БАШКИРСКОГО ПРЕДУРАЛЬЯ
Изучены запасы надземной фитомассы и годичной продукции по фракциям лесных культур липы мелколистной III-VII классов возраста. Приведены регрессионные уравнения зависимостей биопродукционных показателей деревьев от произведения квадрата диаметра на высоту.
Ключевые слова: фитомасса, продуктивность лесов, липа мелколистная, лесные культуры.
Введение. Фитомасса лесов - интегральный показатель, определяющий экологическую продуктивность лесных экосистем, используемый в целях экологического мониторинга, оценки углерододепонирующей способности лесов, моделирования продуктивности, устойчивого ведения лесного хозяйства и др. [1-5]. Лесные культуры отличаются большей продуктивностью по сравнению с естественными насаждениями, однако их биологическая продуктивность изучена крайне слабо [6]. Наиболее широко в литературе освещены в отношении биологической продуктивности культуры хвойных [6-9 и др.]. Исследования по определению фитомассы и годичной продукции деревьев и древостоев липы мелколистной малочисленны и посвящены изучению естественных липняков [8, 10-16 и др.]. Публикаций о биологической продуктивности искусственных древостоев липы мелколистной мало [17].
Цель работы - выявить особенности накопления фитомассы и продуцирования органического вещества культурами липы мелколистной в условиях Башкирского Предуралья.
Методика и объекты исследований. Закладка пробных площадей (ПП), описание лесных культур, вычисление таксационных показателей, рубка модельных деревьев, статистическая обработка материалов исследований проведены общепринятыми методами [18-20]. Методика определения надземной фитомассы и годичной продукции приведены в предыдущей работе [10]. Запас фитомассы древостоя рассчитан по данным 7-8 модельных деревьев на пробную площадь, отобранных в средних рядах культур методом направленной выборки (по одному дереву на ступень толщины) и случайно в пределах ступени. Надземная фитомасса по фракциям определена непосредственным взвешиванием, а годичная продукция - расчетным путем, все показатели приведены к абсолютно сухой массе.
Изучены лесные культуры липы мелколистной (Tilia cordata Mill.), произрастающие в Юматовском (ПП 1-3), Бик-Карамалинском (I II14), Карабашском (I II15) и Бирском (I II16) участковых лесничествах, относящиеся к зоне широколиственных лесов лесной и лесостепной подзон в пределах Русской равнины. Рельеф расположения ПП ровный (на ПП6 с небольшим, до 10о, уклоном на запад), почвы определены как темно-серые лесные по механическому составу тяжелосуглинистые. Лесные культуры созданы 2-летними сеянцами на вырубках. Культуры рядовые, на ПП1 и 3 ширина междурядий 3,0 м, шаг - 0,7 м, смешение в рядах случайное: на ПП1 в качестве сопутствующих видов посажены ясень обыкновенный (Fraxinus excelsior L.), вяз гладкий (Ulmus laevis Pall.), клен остролистный (Acer platanoides L.); на ПП3 - береза пушистая (Betula pubescens Ehrh.). На ПП2 схема посадки 2,5х0,8 м, смешение пород сложное: первый и третий ряд - липа мелколистная, четвертый ряд из березы пушистой, в пятом ряду в случайном порядке чередуются береза пушистая и липа мелколистная, во втором и шестом ряду был посажен бархат амурский (Phellodendron amurense Rupr.). В настоящее время на ПП2 остались единичные экземпляры бархата амурского, на месте которого появился и разросся самосев ясеня
© Габделхаков А. К., Арсланов А. А., Ситдиков М. Р., 2009.
обыкновенного и вяза гладкого. Лесные культуры на ПП4 создавались посевом ряда желудей дуба черешчатого (Quercus robur L.) и через 2,5 м посадкой ряда 2-летних сеянцев липы, которые в ряду через 0,7 м чередовались с акацией желтой (Caragana arborescens L.). Дуб выпал после морозов 1979 г., появился самосев березы пушистой. Лесные культуры на ПП5 рядовые по бороздам через 2,5 м, шаг посадки 0,7 м, липа чередуется с акацией желтой, есть естественная примесь березы, черемухи обыкновенной (Padus racemosa G.), дуба порослевого и вяза. На ПП6 схема посадки 1,5x0,7 м, культуры рядовые, имеется примесь березы и вяза естественного происхождения.
Деревья липы на ПП1, 3, 4 и 6 имеют прямой, малосбежистый, высоко очищенный от сучьев ствол (6-9 м) с высоко поднятой кроной. На ПП6 кроны деревьев небольшие вследствие узких междурядий. На ПП2 и 5 у большинства лип высота штамба составляет 3-4 м. Часть деревьев на пробных площадях образовали порослевые гнезда с 2-5 стволами разного возраста.
Подрост отсутствует, подлесок на ПП1 - густой из лещины обыкновенной (Corylus avellana L.), на ПП2 и 3 - редкий, представлен рябиной обыкновенной (Sorbus aucuparia L.), черемухой обыкновенной и бересклетом бородавчатым (Euonymus verrucosa Scop.), на ПП6 -редкий, представлен малиной обыкновенной (Rubus idaeus L.). Тип условий местопроизрастания насаждений соответствует С2 (III12, 4-6) и Д2 (ПП1, 3). Живой напочвенный покров исследованных культур беден, (на ПП6 - практически отсутствует) встречаются крапива двудомная (Urtica dioica L ), сныть обыкновенная (Aegopodium podagra-ria L.), вороний глаз (Paris quadrifolia L.), будра плющевидная (Glechoma hederacea L.), гравилат городской (Geum urbanum L.) и другие виды. Лесная подстилка плотная, маломощная.
Таксационная характеристика древостоев приведена в таблице 1. Культуры развиваются по I—III классам бонитета по шкале М. М. Орлова, высоко- и среднеполнотные по вспомогательной таблице Предуральского лесостепного района [21]. Изучаемые древостои существенно отличаются по продуктивности даже при близком возрасте и относительной полноте (ПП1-3).
Т а б л и ц а 1
Таксационные показатели культур липы мелколистной на пробных площадях
№ пробной площади Состав древостоя Возраст, лет Средние Класс бонитета Число стволов, экз.га-1 Полнота Запас, м3га-1
h, м D1.3, см абсолютная 2 -1 м2га 1 относительная
1 7Лп2В+Б ед Яс, Кл 69 19 24 II 649 27,92 0,7 248
2 5Лп5Б+БХ, Яс ед В 70 18 20 III 567 21,62 0,6 203
3 7Лп3Б ед В 67 23 22 I 586 27,37 0,6 280
4 8Лп2Б + Д 57 18 22 II 946 37,42 1,0 342
5 6Лп2Б2Чр + Дн, В 25 11 13 I 1503 18,35 0,7 100
6 9Лп1Б едВ 42 16 15 I 1366 25,90 0,8 206
Интерпретация результатов исследований. Участие деревьев различной толщины в образовании фитомассы древесного яруса не одинаково: масса древесины стволов, относящихся к ступени 20 см в 3-4 раза больше, чем у деревьев диаметром 12 см, а ветвей и листьев - в 2-8 раз. Масса ветвей и листвы обладает значительной изменчивостью, обусловленной степенью развития кроны в связи с их разным ценотическим положением в древостое. Показатели фитомассы и годичной продукции модельных деревьев в относительных величинах от общей массы варьируют мало (8-45%). Достоверные корреляционные зависимости не обнаружены. Имеются лишь незначительные тенденции снижения доли фитомассы стволов, годичной продукции стволов и ветвей при одновременном повышении фитомассы кроны и годичной продукции листвы с увеличением естественной ступени толщины. Здесь сказывается теневыносливость вида. В среднем долевое участие фракций надземной фитомассы (годичной продукции) модельных деревьев имеет следующее соотношение: древесина - 63 (42), кора - 22 (15), ветви - 14 (17) и листва 2 (27) %.
В качестве аргумента функций для выравнивания биопродукционных показателей принят «видовой цилиндр» - произведение квадрата диаметра ствола на его высоту (<И). Данный по-
казатель для всех модельных деревьев высоко коррелирует со всеми фракциями фитомассы (от 0,868 - для ветвей до 0,983 - для древесины стволов) и годичной продукции (от 0,830 - для коры стволов до 0,911 - для листвы). Результаты регрессионного анализа зависимости величин фитомассы и годичной продукции модельных деревьев (Y) от d2h (м3) в исследованных культурах представлены в таблице 2, по данным которой можно судить о высокой значимости полученных уравнений (а<0,05), кроме фракций годичной продукции коры стволов ПП5 и 6.
Т а б л и ц а 2
Статистические характеристики уравнений регрессии вида Y=a(d2h)b для выравнивания биопродукционных показателей деревьев
Показатели Фитомасса, кг Годичная продукция, кг lai, м2
стволы крона стволы ветви
древесина | кора ветви 1 листья древесина | кора
Пробная площадь №1
a 123,8900 35,2566 20,8059 3,6445 4,6790 1,3315 2,2163 200,868
b 1,1396 0,7409 1,2098 1,3603 1,1045 0,7059 0,8408 1,3603
F 160 9 40 96 44 7 28 97
R2 96 58 86 94 88 51 82 94
Se 0,165 0,441 0,348 0,252 0,305 0,487 0,291 0,252
Em 0,107 0,252 0,228 0,194 0,228 0,341 0,207 0,194
Пробная площадь №2
a 115,3880 42,2572 22,1879 3,7897 3,6584 1,3398 1,6940 203,608
b 1,0226 1,1674 1,2972 1,0104 0,7360 0,8809 0,7196 1,0104
F 572 113 75 86 76 53 50 86
R2 99 95 92 93 93 80 89 93
Se 0,104 0,266 0,362 0,265 0,204 0,292 0,248 0,265
Em 0,064 0,209 0,283 0,198 0,116 0,185 0,172 0,198
Пробная площадь №3
a 107,5510 46,2665 11,6243 2,3770 4,3566 1,8741 0,9745 121,005
b 1,0384 1,0862 1,7923 1,6812 0,9557 1,0036 1,2192 1,6812
F 88 126 36 15 58 72 21 15
R2 94 95 86 70 91 92 77 70
Se 0,204 0,179 0,549 0,809 0,231 0,217 0,488 0,809
Em 0,152 0,120 0,351 0,581 0,174 0,157 0,356 0,581
Пробная площадь №4
a 113,6640 31,3319 30,0465 4,0323 5,6047 1,5449 2,1406 80,8379
b 1,0632 0,8706 1,3147 1,3422 1,2115 1,0191 0,9089 1,2665
F 196 103 68 96 134 60 31 107
R2 96 94 91 93 95 89 81 95
Se 0,197 0,223 0,414 0,356 0,272 0,343 0,421 0,318
Em 0,116 0,157 0,286 0,237 0,210 0,247 0,283 0,195
Пробная площадь №5
a 112,7390 37,6950 50,3174 4,4042 10,6492 3,5602 4,5525 497,6060
b 1,0467 1,0018 1,0863 0,8077 0,9334 0,8884 0,7737 0,8077
F 213 62 32 38 8 5 43 38
R2 97 91 84 86 52 38 87 86
Se 0,103 0,182 0,275 0,189 0,484 0,588 0,169 0,189
Em 0,074 0,125 0,226 0,125 0,338 0,395 0,114 0,125
Пробная площадь №6
a 128,4530 24,1144 13,7035 2,3287 5,4886 1,0304 1,5786 55,6438
b 0,9790 0,6384 0,7317 0,938 0,7731 0,4325 0,7039 0,9380
F 387 82 52 14 8 2 29 14
R2 98 93 89 68 54 20 82 68
Se 0,114 0,161 0,233 0,584 0,629 0,631 0,299 0,584
Em 0,091 0,106 0,166 0,425 0,415 0,364 0,203 0,425
*/ а и b - коэффициенты регрессионного уравнения; F -значимость уравнения по критерию Фишера; R2 - коэффициент детерминации, %; Se - стандартная ошибка уравнения; Em - средняя абсолютная ошибка, lai - площадь листовой поверхности.
Выравненные значения биопродукционных показателей с использованием уравнений и частотное распределение деревьев по ступеням толщины позволили рассчитать фитомассу и годичную продукцию древостоев (таблица 3). Фитомасса стволов изученных липняков изменяется от 39 до 132 т.га"1, в том числе коры - от 10 до 41 т.га"1. Фитомасса кроны составляет 1032 т.га-1, в том числе листьев 1,3-3,9 т.га-1. Годичная продукция варьирует от 5,1 до 12,3 т.га-1. Абсолютные значения фитомассы и годичной продукции по фракциям исследованных культур липы зависят от их полноты. Соотношения отдельных фракций в общей доле имеют близкие значения и также зависят от полноты.
Т а б л и ц а 3
Биопродукционные показатели древостоев пробных площадей (в числителе — масса, в знаменателе - процент)
№ пробной площади Ствол Крона Итого
древесина кора всего ветви листва всего
Фитомасса, т.га-1
1 92,87 68,92 22,62 16,79 115,49 85,70 16,18 12,01 3,09 2,29 19,27 14,30 134,76 100,00
2 59,24 60,81 23,17 23,78 82,41 84,59 13,07 13,42 1,94 1,99 15,01 15,41 97,42 100,00
3 91,48 59,26 40,64 26,32 132,12 85,58 18,82 12,19 3,44 2,23 22,26 14,42 154,38 100,00
4 102,19 63,07 27,46 16,95 129,65 80,02 28,52 17,60 3,86 2,38 32,38 19,98 162,03 100,00
5 28,68 54,53 10,16 19,33 38,84 73,86 12,18 23,16 1,56 2,98 13,73 26,14 52,57 100,00
6 71,74 72,42 17,00 17,16 88,74 89,58 8,99 9,08 1.33 1.34 10,33 10,42 99,07 100,00
Годичная продукция, т.га-1год-1
1 3,45 38,90 0,86 9,70 4,31 48,59 1,47 16,57 3,09 34,84 4,56 51,41 8,87 100,00
2 1,73 33,72 0,66 12,87 2,39 46,59 0,80 15,59 1,94 37,82 2,74 53,41 5,13 100,00
3 3,52 37,21 1,56 16,49 5,08 53,70 0,94 9,94 3,44 36,36 4,38 46,30 9,46 100,00
4 5,19 42,16 I,38 II,21 6,57 53,37 1,88 15,27 3,86 31,36 5,74 46,63 12,31 100,00
5 3,15 41,81 1,12 14,82 4,27 56,64 1,70 22,57 1,56 20,80 3,25 43,36 7,52 100,00
6 3,50 51,78 0,87 12,88 4,37 64,65 1,06 15,63 1,33 19,72 2,39 35,35 6,75 100,00
Сравнение полученных данных биопродуктивности культур липы мелколистной с показателями порослевых липняков [10] при близких возрастах и полнотах показывает, что накопление фитомассы в изученных культурах несколько ниже, однако продуцирование органического вещества после 50-ти лет выше (см. рис. на с. 81). Следовательно, культуры липы имеют больший продукционный потенциал, возраст количественной спелости у них наступает позже, чем в порослевых липняках.
Масса листьев и их площадь позволяют оценить продукционную способность листового аппарата как деревьев различного ранга, так и всего древостоя. Продукционная эффективность листовой поверхности деревьев (отношение годичной продукции к листовой поверхности) имеет тенденцию к снижению с увеличением рангового их положения в древостоях. Данная зависимость слабая (коэффициент корреляции -0,38), но достоверная, что также является следствием теневыносливости липы мелколистной. Продукционная эффективность листовой поверхности древостоев (у, т.га-1), при их суммарной односторонней площади листовой поверхности в 17,05; 10,04; 17,51; 7,58; 17,61 и 3,18 га.га-1 соответственно для 1111 1-6, зависит от их возраста (х, лет): у = -0,0033 х2 + 0,3073 х - 5,1654 (Я2 = 0,95). «Работоспособность» листвы древостоев наиболее эффективна в возрастной период от 40 до 55 лет.
к ©
180 150 120 90 60 30 0
О ♦ А
А ■w □ о В Й
± ■
■
£ д
I А д Д А
«
к
я
£ „
Ч ¡-т
Ш -
s
g
и
14 12 10 8 6 4 2 0
Б) +
♦
w ♦ О й о
1 ■ X п É
? А 8 л И
I
20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70
20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70
Возраст древостоев, лет Возраст древостоев, лет
Биопродукционные показатели естественных (светлые знаки) и искусственных древостоев (залитые знаки) липы мелколистной: А) - фитомасса; Б) - годичная продукция; ◊ - всего; □ - стволы; Д - крона
Выводы. Таким образом, на биопродукционные показатели и их структуру существенное влияние оказывает густота создаваемых лесных культур, связанная со схемой посадочных мест. Продукционная эффективность листовой поверхности древостоев существенно меняется с возрастом. Накопление фитомассы в изученных культурах ниже по сравнению с порослевыми липняками, но продуцирование органического вещества ими после 50-ти лет выше.
Список литературы
1. Кавеленова, Л. М. О возможности использования липы сердцелистной в биоиндикации загрязнения окружающей среды / Л. М. Кавеленова, А. В. Нуштаева // Самарская Лука. - 1996. - №7. - С. 219 - 223.
2. Курбанов, Э. А. Углерододепонирующие насаждения Киотского протокола / Э. А. Курбанов. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2007. - 184 с.
3. Романовский, М. Г. Продуктивность, устойчивость и биоразнообразие равнинных лесов европейской России / М. Г. Романовский. - М.: МГУЛ, 2002. - 92 с.
4. Усольцев, В. А. Биологическая продуктивность лесов Северной Евразии: методы, база данных и ее приложения / В. А. Усольцев. - Екатеринбург: УрО РАН, 2007. - 637 с.
5. Уткин, А. И. Опыт мониторинга биологической продуктивности искусственных насаждений / А. И. Уткин, Т. А. Гульбе, Я. И. Гульбе // Лесоведение. -1996. - №2. - С. 13-28.
6. Бабич, Н. А. Биологическая продуктивность лесных культур / Н. А. Бабич, М. Д. Мерзленко. - Архангельск: Изд-во АГТУ, 1998. - 89 с.
7. Габеев, В. Н. Экология и продуктивность сосновых лесов / В. Н. Габеев. - Новосибирск: Наука, 1990. - 229 с.
8. Дылис, Н. Д. Фитомасса лесных биогеоценозов Подмосковья / Н. Д. Дылис, Л. М. Носова. - М.: Наука, 1977. -144 с.
9. Курбанов, Э. А. Бюджет углерода сосновых экосистем Волго-Вятского района / Э. А. Курбанов. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2002. - 300 с.
10. Габделхаков, А. К. Первичная продуктивность липняков Башкирского Предуралья / А. К. Габделхаков // Лесоведение, - 2001. - №3. - С.38-45.
11. Карманова, И. В. Пространственная структура сложных сосняков / И. В. Карманова, Т. Н. Судницына, Н. А. Ильина. - М.: Наука, 1987. - 201 с.
12. Ремезов, Н. П. Потребление и круговорот азота и зольных элементов в лесах Европейской части СССР / Н. П. Ремезов, Л. Н. Быкова, К. М. Смирнов. - М.: Изд-во МГУ, 1959. - 284 с.
13. Ситдиков, Р. Г. Продуктивность липовых насаждений и научные основы их воспроизводства / Р. Г. Ситди-ков. - Уфа: Гилем, 1999. - 135 с.
14. Смирнов, В. В. Продуктивность древостоев подзоны широколиственно-еловых лесов. Сообщение 3. Продуктивность 77-летнего древостоя липы / В. В. Смирнов, В. Г. Семенова // Растительные ресурсы. -1970. - Т.6. - №2. - С. 165-176.
15. Соколов, П. А. Состояние и теоретические основы формирования липняков / П. А. Соколов. - Йошкар-Ола: Марийск. кн. изд-во, 1978. - 208 с.
16. Уварова, С. С. Рост и фитомасса древостоев липы в Свердловской области: Автореф. дис. ... канд. с.-х. наук / С. С. Уварова. - Екатеринбург, УГЛТУ, 2006. - 23 с.
17. Tokar, F. Nadzemna biomasa zmiesaneho porastu oreha cierneho (Juglans nigra L.) a lipy malolistej (Tilia cordata Mill) / F. Tokar // Lesnictvi, - 1986, - R. 32. - C. 11. - S. 1011-1020.
18. Анучин, Н. П. Лесная таксация / Н. П. Анучин: Учебник для ВУЗов. - 5-е изд., доп. - М.: Лесн. промышленность, 1982. - 552 с.
19. Лакин, Г. Ф. Биометрия / Г. Ф. Лакин. - М.: Высшая школа, 1990. - 352 с.
20. ОСТ 56-69-83. Площади пробные лесоустроительные. Метод закладки. - М.: ЦБНТИлесхоз, 1984. - 60 с.
21. Шестаков, А. Ф. Лесотаксационные таблицы, рекомендуемые для Башкирской АССР / А. Ф. Шестаков. -Уфа, 1966. - С 8.
Статья поступила в редакцию 04.05.09.
A K. Gabdelkhakov, A. A. Arslanov, M. R. Sitdikov
BIOPRODUCTIVITY OF ARTIFIVIAL TILLET FOREST IN THE BASHKIRIAN CIS-URAL REGION
The above-ground phytomass stocks and annual production according to the III-VII age class artificial small-leaved lime forest fraction were studied. Regressive equations of bioproductive tree indicators dependences from the square of diameter on the height product are resulted.
Key words: biomass, forests productivity, Tilia-cordata, regressive analysis.
ГАБДЕЛХАКОВ Айдар Кавилович - кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры лесоводства Башкирского государственного аграрного университета. Научные интересы - лесная таксация, продуктивность и фитомасса насаждений липы мелколистной. Автор более 50 публикаций. E-mail: [email protected].
АРСЛАНОВ Айрат Альфитович - аспирант кафедры «Лесные культуры». Научные интересы -продуктивность и структура фитомассы древесных пород. Автор 6 публикаций. E-mail: [email protected].
СИТДИКОВ Марат Рахмадьянович - младший научный сотрудник ГУ Института рационального природопользования. Научные интересы - лесная таксация, продуктивность основных лесообра-зующих пород Республики Башкортостан. Автор одной публикации. E-mail: [email protected].
