CC BY
29
УДК 630*181.65
В.И. Таранков, Е.Е. Мельников, В.В. Акулов, С.М. Матвеев
Таранков Владимир Иванович родился в 1929 г., окончил в 1951 г. Воронежский лесотехнический институт, доктор биологических наук, профессор кафедры лесоводства Воронежской государственной лесотехнической академии. Имеет более 150 научных трудов в области лесной экологии, биосферных функций леса, устойчивости и продуктивности лесных экосистем, дендрохронологии и дендроклиматологии, мониторинга лесных экосистем. Тел.: (4732) 53-70-34
Мельников Евгений Евгеньевич родился в 1985 г., окончил в 2007 г. Воронежскую государственную лесотехническую академию, аспирант кафедры лесоводства ВГЛТА. Имеет около 10 научных публикаций в области лесной экологии, дендрохронологии, сукцессионной динамики дубрав. Тел.: (4732) 53-70-34
Акулов Виктор Валентинович родился в 1978 г., окончил в 2006 г. Воронежскую государственную лесотехническую академию, аспирант кафедры лесоводства ВГЛТА. Имеет 3 научные публикации в области лесной экологии, воздействия антропогенных факторов на лесные экосистемы. Тел.: (4732) 53-70-34
Матвеев Сергей Михайлович родился в 1962 г., окончил в 1984 г. Воронежский лесотехнический институт, доктор биологических наук, профессор кафедры лесоводства Воронежской государственной лесотехнической академии. Имеет около 60 научных работ в области лесной экологии, дендроклиматологии, дендроиндикации естественной и антропогенной динамики лесных экосистем. Тел.: (4732) 53-70-34
ДЕНДРОХРОНОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРОДУКТИВНОСТИ ОСНОВНЫХ ЛЕСООБРАЗУЮЩИХ ПОРОД ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЛЕСОСТЕПИ
Изучена динамика продуктивности дубовых и сосновых насаждений в различных эдатопах; установлены особенности депонирования углерода в онтогенезе.
Ключевые слова: дуб черешчатый, сосна обыкновенная, продуктивность, фитомас-са, депонирование углерода, лесорастительные условия.
Количественная оценка биологической продуктивности и углеродо-депонирующей функции лесных насаждений в процессе их онтогенеза является важной проблемой.
В задачи наших исследований входило совершенствование методов оценки продуктивности и углерододепонирующей функции с использованием дендрохронологического анализа; выявление динамики депонирования углерода в онтогенезе дубовых и сосновых насаждений в различных лесо-растительных условиях; предварительный анализ особенностей депонирования углерода при загрязнении атмосферы автотранспортом.
Дендрохронологические данные получены по общепринятой методике [3]. Пересчет биологической продуктивности на фитомассу и депонирование углерода (через сумму площадей сечений за календарный год) с учетом конверсионных коэффициентов [4, 6] проводили по методике, изложенной в работах В.А. Алексеева [1], А.С. Исаева [2], В.И. Таранкова [5], А.И. Уткина [7].
Динамика депонирования углерода в онтогенезе 80 - 90-летних дубрав (Правобережье р. Воронеж, Усманский бор) рассмотрена по трем типам лесорастительных условий (рис. 1). Эдатопы В2 (свежая суборь) и С2 (свежая судубрава) представляют нагорные дубравы, Д3П - пойменную дубраву.
Эдатоп В2 (80 лет). Запас углерода - 84 т/га; среднее годичное депонирование углерода - 1,0 т/га. Особенно благоприятными для депонирования были 1960-е гг. (до 3,25 т/га). Максимум депонирования отмечается в 35 - 60-летнем возрасте, затем оно резко снижается до 0,53 ... 0,79 т/га в год.
С, т/га 3,0
2,5
2,0
1,5
1,0
0,5
0
1913 1923 1933 1943 1953 1963 1973 1983 1993 2003
Рис. 1. Динамика углерододепонирования модальных дубрав эдатопов В2 (3), С2 (2) и ДзП (1)
Эдатоп С2 (90 лет). Запас углерода - 128 т/га; среднее годичное депонирование углерода - 1,4 т/га. Депонирование углерода увеличивается со второго класса возраста, период максимального депонирования продолжается более 40 лет (до 80-летнего возраста). Наиболее высокие показатели по депонированию приходятся на 1960 - 1970-е гг. (среднее за 10-летние периоды составляет 1,9 ... 2,1 т/га в год).
Эдатоп Д3П (80 лет). Запас углерода - 147 т/га; среднее годичное депонирование углерода - 1,8 т/га в год. Пойменная дубрава характеризуется высоким и достаточно равномерным годичным депонированием углерода в течение всего возрастного периода, максимум отмечается во втором и четвертом классах возраста.
Проведен сравнительный анализ динамики продуктивности дубовых древостоев четырех лесных массивов Центральной лесостепи (Шипова дубрава, Теллермановская дубрава, дубрава Усманского бора, Правобережная дубрава р. Воронеж) в одинаковых лесорастительных условиях (эдатоп Д2).
Кривые динамики продуктивности дубрав объединены в группы попарно (рис. 2) по признаку сходства мезоклиматических, орографических, почвенных условий лесных массивов.
Первую группу (рис. 2, а) образуют кривые динамики продуктивности древостоев дубравы Усманского бора (Воронежский государственный биосферный заповедник - ВГБЗ) и Правобережной дубравы р. Воронеж (УОЛ ВГЛТА). Обе кривые на начальном 15 - 20-летнем отрезке характеризуются сравнительно крутым подъемом при незначительной амплитуде колебаний. Значения продуктивности на этом этапе невелики, так как деревья только начинают свой рост. С 15 - 20-летнего возраста резко увеличивается
б
Рис. 2. Динамика углерододепонирования: 1 - Правобережная дубрава р. Воронеж; 2 - дубрава Усманского бора; 3 - Шипова дубрава;
4 - Теллермановская дубрава
амплитуда колебаний прироста и, соответственно, общей продуктивности древостоев. Несмотря на 35-летнюю разницу в возрасте, древостои двух исследуемых объектов имеют сходные цикличности колебаний, минимумы и максимумы продуктивности. До 1950 г. наблюдается рост продуктивности обоих насаждений, после чего она стабилизируется. Возрастной тренд обозначил начало этапа старения древостоев (1990-е гг.), характеризующееся снижением продуктивности. Продуктивность древостоя ВГБЗ изменяется с меньшей амплитудой колебаний на фоне более выраженной цикличности. Отличительная черта древостоев этой пары - отсутствие выраженных экстремумов продуктивности.
Вторую группу (рис. 2, б) образуют кривые динамики продуктивности насаждений Шиповой и Теллермановской дубрав. Как и у древостоев первой группы, у этих насаждений с 15-летнего возраста наблюдается высокая амплитуда колебаний, сходство цикличности, максимумов и минимумов продуктивности. На обеих кривых отмечен прямолинейный подъем, на который накладываются волновые колебания. Наиболее выражен тренд кривой продуктивности Теллермановской дубравы. Максимум продуктивности насаждений Шиповой дубравы выявлен в 1988 г., далее, до 2001 г., идет некоторый спад, после чего начинается рост. Максимум продуктивности семенного дубового древостоя Теллермановского леса, по-видимому, еще не достигнут, с начала 90-х гг. и до настоящего времени здесь наблюдается рост.
Динамика депонирования углерода в онтогенезе естественных сосняков 120 - 140-летнего возраста рассмотрена по типам лесорастительных условий А1, А2 и А3 (сухой, свежий и влажный боры).
Эдатоп А1 (140 лет). Запас углерода - 74 т/га; среднее годичное депонирование - 0,55 т/га. Период максимального депонирования (по десятилетиям) приходится на 1910-е, 20-е, 30-е, 40-е и 50-е годы (среднее годичное депонирование углерода от 0,72 до 0,82 т/га), что соответствует 60 - 100-летнему возрасту древостоя. Далее годичное депонирование углерода заметно снижается, но остается выше, чем в годы, предшествующие максимальному (50-летнему) депонированию. Четко выражена вековая (80-летняя) цикличность в депонировании углерода, ограниченная минимумами в 1891 - 1895 гг. (0,1 ... 0,2 т/га в год) и 1972 - 1976 гг. (0,3 ... 0,4 т/га в год) в связи с засухами.
Эдатоп А2 (120 лет). Запас углерода - 100 т/га; среднее годичное депонирование - 0,83 т/га. Максимальное депонирование (по десятилетиям) отмечается в 1920-е (1,18 т/га), 40-е (1,32 т/га), 50-е (1,08 т/га) и 60-е (0,92 т/га) годы. Это выше, чем депонирование в сухом бору. Максимум депонирования приходится на возраст древостоя 50 . 90 лет. В дальнейшем этот показатель снижается до 0,72 ... 0,85 т/га.
Эдатоп А3 (130 лет). Запас углерода - 93 т/га; среднее годичное депонирование углерода - 0,71 т/га. Максимум (1,14 ... 1,28 т/га) приходится на 30-летний отрезок (1910 - 30-е гг.), что соответствует возрасту древостоя 50 . 70 лет. В последующие 60 лет отмечается существенное снижение накопления углерода (от 0,97 до 0,47 т/га в год). Вековая цикличность депонирования углерода сохраняется.
Погодичная динамика продуктивности 55-летних культур сосны обыкновенной, расположенных на различном удалении от автотрассы с невысокой интенсивностью движения, изучена на трех линейных пробных площадях в эдатопе В2 (рис. 3). Удаленность пробных площадей от кромки дороги составляет 7 (п.п. 11), 22 (п.п. 13) и 100 м (п.п. 15), интенсивность транспортного потока - в среднем 190 авт./ч.
1956 1961 1966 1971 1976 1981 1986 1991 1996 2001 2006 Рис. 3. Динамика углерододепонирования сосняков в эдатопе В2 на удалении от автотрассы 7 (1 - п.п. 11), 22 (3 - п.п. 13)и 100 м (2 - п.п. 15)
Анализ рис. 3 показывает высокое сходство кривых, которое проявляется в совпадении цикличности, максимумов и минимумов прироста. Непрерывный рост продуктивности на каждой из пробных площадей отмечен до 1961 г., после чего проявляется циклическая динамика. В начале 1970-х гг. четко прослеживается вызванная засухой депрессия и снижение продуктивности древостоя. В дальнейшем пики максимумов (1978, 1983, 1990, 1994, 2004 гг.) и минимумов (1984, 1987, 1992 гг.) прироста аналогично повторяются во всех древостоях, что, очевидно, обусловлено динамикой внешних (в первую очередь климатических) факторов.
Графики показывают незначительное варьирование продуктивности древостоев в период от начала жизни до 1975 г., после которого отмечено увеличение продуктивности всех сосняков, особенно возле автотрассы. В таблице представлены значения углерододепонирования по десятилетиям для каждой пробной площади.
С, т/га
4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0
Депонирование углерода (т/га) с 1957 г. по 2005 г.
культурами сосны обыкновенной на разном удалении от автотрассы
Пробная Удаление от 1957- 1966- 1976- 1986- 1996-
площадь автотрассы, м 1965 1975 1985 1995 2005
11 7 16,9 16,9 31,2 30,2 29,8
13 22 15,9 13,4 21,7 24,1 24,2
15 100 11,1 13,0 20,0 21,8 21,6
В первые 20 лет сосновый древостой, при небольшой общей фито-массе, наращивает углерододепонирующую функцию. В последующие 30 лет (1976 - 2005 гг.) депонирование углерода возрастает в 2 раза во всех обследованных насаждениях.
Негативное влияние автотрассы с движением малой интенсивности не сказывается на продуктивности древостоя (в данном случае она наибольшая). В то же время дополнительное боковое освещение приводит к уменьшению конкуренции и естественного отпада на п.п. 11. Данные сплошного перечета показали значительное превышение числа стволов на п.п. 11 относительно п.п. 13 и 15. После расширения автотрассы увеличилось боковое освещение и интенсивность воздействия загрязнения, что отразилось на росте продуктивности древостоя на п.п. 11 после 1976 г. и увеличении амплитуды ее колебаний.
Изучение линии тренда графиков показало, что к 2007 г. интенсивность роста продуктивности снизилась по сравнению с предыдущими годами. При этом тенденция роста сохранилась.
Установлено, что дендрохронологический анализ дает возможность количественно оценить возрастную динамику углерододепонирующей функции лесных насаждений.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Алексеев, В.А. Углерод в экосистемах лесов и болот России [Текст] / В.А. Алексеев, Р.А. Бердси. - Красноярск: Ин-т леса СО РАН, 1994. - 224 с.
2. Исаев, А.С. Депонирование углерода в лесах России [Текст] / А.С. Исаев, Г.Н. Коровин // Углерод в биогеоценозах: чтения памяти В.Н. Сукачева. - М.: ЦЭПЛ, 1997. - Вып. 15. - С. 59 - 98.
3. Матвеев, С.М. Дендроиндикация динамики состояния сосновых насаждений Центральной лесостепи [Текст] / С.М. Матвеев.- Воронеж: Изд-во ВГУ, 2003. - 272 с.
4. Таблицы и модели хода роста и продуктивности насаждений основных лесообра-зующих пород Северной Евразии [Текст]: нормативно-справочные материалы / А.З. Швиден-ко [и др.]. - М.: МПР РФ, 2006. - 803 с.
5. Таранков, В.И. Мониторинг лесных экосистем [Текст]: учеб. пособие / В.И. Та-ранков. - Воронеж: Изд-во ВГЛТА, 2006. - 300 с.
6. Усольцев, В.А. Биологическая продуктивность лесов Северной Евразии: методы, база данных и ее приложения [Текст]/В.А. Усольцев. - Екатеринбург: УрО РАН, 2007. - 636 с.
7. Уткин, А.И. Углеродный цикл и лесоводство [Текст] / А.И. Уткин // Лесоведение. - 1995. - № 5. - С. 3 - 20.
V.l. Tarankov, E.E. Melnikov, V. V. Akulov, S.M. Matveev
Dendrologie Aspects of Productivity for Main Forest-forming Species in Central Forest-steppe
Dynamics of productivity for oak and pine stands is studied in different edatopes; peculiarities of carbon deposit in ontogeny are set.
Keywords: English oak, Scotch pine, productivity, phytomass, carbon deposit, forest-growing conditions.
2
