CC BY
13
УДК 630*521.2
ФОРМА ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ ДЕРЕВЬЕВ НА ВЫСОТЕ ГРУДИ В СОСНОВЫХ НАСАЖДЕНИЯХ ЗАПОВЕДНИКА «СТОЛБЫ»
А.А. Горошко, А.А. Вайс, И.И. Красиков
ФГБОУ ВО «Сибирский государственный технологический университет», Мира 82, e-mail: [email protected]
В статье рассматриваются вопросы оценки влияния эколого-лесоводственных условий на форму поперечного сечения ствола деревьев. Исследования проводились в сосновых древостоях на территории заповедника Столбы Красноярского края. В практике лесного хозяйства форма поперечного сечения ствола изучалась в основном как фактор влияющий на площадь поперечного сечения, полноту и, как следствие, запас насаждения. Представленная работа рассматривает форму ствола как индикатор эколого-лесоводственных условий, для оценки состояния древостоя и отдельных деревьев.
С помощью мерной вилки измерялся диаметр на высоте груди в четырех направлениях по сторонам света. На основании этих замеров сделан вывод о форме поперечного сечения ствола дерева. В ходе исследования было установлено, что с увеличением среднего диаметра древостоя форма поперечного сечения изменяется от наиболее правильной (округлой) до геометрически неправильной. Предполагается, что основным фактором, влияющим на форму поперечного сечения, является размер стволов по диаметру. Установлено, что в большинстве случаев максимальный замер диаметра у стволов неправильной формы направлен с северо-востока на юго-запад, что совпадает с направлением преобладающих ветров в данном регионе. Прослеживается тенденция к увеличению количества стволов круговой формы на теплых склонах и уменьшению их количества на холодных. Выявлено что в высокополнотных и высокобонитетных насаждениях преобладает круговая форма стволов деревьев. В низкополнотных и низкобонитетных наблюдается преобладание геометрически неправильной формы ствола. В дальнейшем возможна оценка экологического состояния деревьев зеленых зон городов и парков на основании формы поперечного сечения ствола.
Ключевые слова: поперечное сечение, заповедник «Столбы», форма стовола.
The article addresses issues assessment of the impact of ecological and silvicultural conditions on the shape of the cross-section of a trees trunk. The studies were conducted in pine stands reserve park "Stolby" of Krasnoyarsk region. In forestry, cross-sectional shape of the barrel has been studied as a factor affecting the cross-sectional area, stand density and stand volume.
By using caliper measured the diameter at breast height in the four directions of the compass. Based on these measurements concluded cross-sectional shape of a tree trunk. The study found that an increase in the mean diameter of the cross-sectional shape of the stand is changed from the most correct (circular) to geometrically incorrect. It is assumed that the main factor affecting the shape of the cross-sectional is dimension the diameter of the trunks. Is established that in most cases the maximum diameter measured in barrels of incorrect shape is directed from north-east to south-west. This coincides with the direction of the prevailing winds in the region. There is tendency to increase the number of barrels of circular shape on warm slopes and reduce their number in the cold. Found that of high density and high site class stands dominated the circular form of tree trunks. In the stands of low-density and low site class observed predominance of geometrically incorrect shape of the trunk. In the future, possible evaluation of the ecological state of the trees of green areas and parks of cities on the basis of cross-sectional shape of the trunk.
Keywords: cross-section, reserve park "Stolby", shape of trunk.
ВВЕДЕНИЕ
Диаметр является важным таксационным показателем на основе которого, в том числе, определяют и оценивают запас насаждений. Форма деревьев влияет на точность определения диаметра поперечного сечения, а затем и суммы площадей сечений древостоя. До настоящего времени в лесной таксации не установлены лесоводственно-таксационные факторы, влияющие на форму поперечного сечения на уровне насаждений. С другой стороны форма ствола (округлая, геометрически неправильная) может являться индикатором экологического состояния насаждения или отдельного дерева. Это позволит оценить оптимальные условия для роста наиболее товарных дре-востоев. Полученный результат позволит повысить точность измерений диаметра в различных условиях произрастания, а значит внесет свой вклад в рациональное природопользование. С возрастом форма
стволов меняется под влиянием различных лесовод-ственно-таксационных показателей, а значит система измерений диаметров так же должна меняться.
Большинство исследований в этой области было направлено на определение влияния диаметров, измеренных в разных направлениях, на средний диаметр дерева или древостоя, а так же на площадь поперечного сечения или полноту. В этом направлении работали С.Е. Осетров, В.Я. Добровлянский, Н.П. Ану-чин, А.И. Бондарев (Анучин, 1982; Бондарев, 1996; Орлов, 1929; Тюрин, 1945).
В данной работе основной задачей является выявление зависимости формы поперечного сечения ствола от таксационных показателей насаждения. При этом акцент делается не на форму стволов отдельных деревьев, вопрос рассматривается на уровне древостоя. Этой проблемой занимались Е.С. Пиро-гова, Н.А. Забродина, А.А. Вайс, Н.С. Дрейман, В.Р. Габдрахманова, Т.В. Машина, О.О. Комарова (Мазур-
кин и др., 2004; Забродина и др., 2008; Вайс, 2013; Дрейман и др., 2012; Машина и др., 2012). В работах ученых было рассмотрено влияние полноты, бонитета и возраста древостоя на форму поперечного сечения насаждений, были проведены исследования формы сечения ствола в тонкомерной части древостоя, запатентован метод определения качества дерева по форме его пня и метод, позволяющий определить влияние освещенности и преобладающих ветров на толщину коры дерева.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Объектами исследования являются сосновые насаждения, расположенные на территории заповедника «Столбы» Красноярского края. Для изучения формы поперечного сечения стволов сосны обыкновенной (Pinus sylvestris) были заложены пробные площади на территории лесничества «Государственный природ-
ный заповедник "Столбы"», участкового лесничества Столбинское. Всего было заложено 7 пробных площадей на каждой из которых находилось от 100 до 200 деревьев исследуемой породы. Пробные площади закладывались в насаждениях преобладающей породой в которых являлась сосна обыкновенная. Насаждения подбирались так, что бы охватить как можно больше разнообразных экспозиций склона. На теплых и холодных склонах исследовано по шесть древостоев. По типологической, полнотной и возрастной оценке исследуемые сосновые насаждения достаточно разнообразны.
Для исследования были использованы дополнительные материалы, собранные в тех же условиях. Они представлены пятью пробными площадями, на которых были произведены замеры диаметра в двух перпендикулярных направлениях. Характеристики насаждений, являющихся объектами исследования, приведены в таблице 1.
Таблица 1 - Таксационные показатели насаждений (фрагмент)
Показатель
Номер пробной площади
1 2 3 4 5 6 7
Экспозиция склона СЗ ЮВ ЮВ З ЮЗ В С
Крутизна склона, град. 25 35 35 30 38 28 14
Состав 8С1Л1Б 6С2Б2Ос 4С1Л5Б 9С1Л 9С1Л 10С 7С1Л2Б
Возраст, лет 120 80 100 150 120 120 120
Высота, м 22 17 18 21 23 21 23
Средний диаметр, см 20,5 20,5 20,5 30,6 19,7 29,1 38,8
Полнота 0,8 0,7 0,5 0,8 0,8 0,7 0,6
Бонитет III III IV III III IV III
Тип леса С КСОС С РТОС С КСРТ С ББР С ОСКТ С РТОС С РТОР
Примечание: Сксос - сосняк кустарниково-осочковый; СРТЮС - сосняк разнотравно-осочковый; СКСРТ - сосняк кустарниково-разнотравный; СББР - сосняк боровой брусничниковый; СОСКТ - сосняк осочково-крупнотравный; Сртор -сосняк разнотравно-орляковый.
У каждого дерева с помощью мерной вилки на высоте 1,3 м измерялись четыре диаметра, ориентированные по сторонам света (север - юг, запад - восток, северо-запад - юго-восток, юго-запад - северо-восток), что позволяло определить форму поперечного сечения ствола дерева. Обработка полевого материала выполнялась методами математического и статистического анализа.
Территория заповедника представлена компактным лесным массивом площадью 47219 га. Согласно перечня лесорастительных и лесных районов, она отнесена к Средне-сибирскому подтаежно-лесостепно-му району лесостепной зоны.
В границах заповедника представлены две коренные лесные формации: светлохвойная (приурочена к низкогорному поясу) и темнохвойная (занимает сред-негорный пояс), которые подвергались различному антропогенному воздействию с появлением на части площади производных лесов (мягколиственная формация). Исследования проводились на территории светлохвойной формации.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Форма поперечного сечения деревьев на высоте 1,3 м устанавливалась на основании четырех замеров диаметра ствола на высоте груди. Эти замеры производились по сторонам света (четыре перпендикулярных измерения).
При определении формы предполагается, что все замеры являются диаметрами т.е. проходят через центр поперечного сечения. Вследствие этого, полученные разновидности поперечного сечения передают амбитус (контур), который можно воспроизвести на основании замеров диаметров. Для определения формы были выбраны два критерия различия, один из которых постоянный (0,5 см). Этот критерий соответствует точности измерения диаметров мерной вилкой. Второй критерий относительный (5 %), он связан с тем, что такой процент в погрешности диаметра может существенно влиять на ошибку в определении запаса насаждения.
Устанавливая форму амбитуса поперечного сечения, пользовались рядом ограничений. Округлая
Хвойные бореальной зоны, XXXIII, № 1 - 2, 2015
форма оценивалась по отклонению замеров диаметров от среднего диаметра. По первому критерию отклонение каждого из замеров не должно превышать 0,5 см, по второму - 5 %, тогда форма считается округлой. Яйцевидная форма выделялась, если три замера соответствовали округлой форме, а четвертый превышает установленные критерии больше чем на 0,5 см или 5 %. Обратнояйцевидная форма аналогична яйцевидной, но указанный замер должен быть меньше установленных критериев. Эллипсовидная форма устанавливалась в двух случаях. Первый, когда два перпендикулярных замера соот-
По критерию 0,5 см наблюдалась зависимость между количеством стволов округлой и неправильной формы и средним диаметром древостоя. Количество стволов яйцевидной формы при увеличении диаметра до 20 см остается стабильным с колебаниями от 18,8 до 20,6 %, при дальнейшем увеличении диаметра обнаружено уменьшение числа деревьев данной формы с их постепенным увеличением от 6,0 до 12,4 % (таблица 2). Множество растений обратно-яйцевидной формы демонстрировало стабильность формы в интервале от 20 до 30 см, на этом участке их количество варьировало от 16,0 до 18,8 %. При уменьшении или увеличении диаметра число стволов указанной формы снижалось. Количество стволов эллипсовидной формы с увеличением диаметра демонстрировало рост от 8,8 до 19,1 % и в целом повторяло динамику стволов неправильной формы.
Распределение формы амбитуса стволов по критерию 5 % повторяло закономерности, выявленные для критерия 0,5 см, но они менее выражены. Если рассматривать все древостои, то по обоим критериям преобладали стволы округлой формы, по критерию 5 % преобладание более существенно.
Яйцевидная, обратнояйцевидная и эллипсовидная формы близки между собой и являются промежуточными между правильной округлой формой и непра-
ветствуют округлой форме (не выходят за пределы установленных критериев), один из двух других перпендикулярных замеров выходил за критерии в большую сторону, а другой в меньшую. Второй случай, если отклонение между двумя соседними замерами (например С-Ю и СЗ-ЮВ) и отклонения между двумя другими соседними замерами (например З-В и ЮЗ-СВ) не превышали установленный критерий. Если сечение ствола не соответствовало названым формам, то оно считалось геометрически неправильным (в дальнейшем - неправильным) (таблица 2).
,8
,8 ,4 ,8 ,1
,9
,2 9
вильной. Эти формы были объединены в одну промежуточную (рисунок 1).
Средний диаметр, см
...... Округлая — -Промежуточная Неправильная
Рисунок 1 - Распределение деревьев по формам поперечного сечения ствола по критерию 0,5 см
На рисунке 1 видно, что с увеличением среднего диаметра количество стволов промежуточной формы колебалось от 49,2 до 35 %, но по сравнению с изменением числа стволов округлой (от 48,0 до 10,8 %) и неправильной (от 9,3 до 48,0 %) формы эти колебания несущественны. Из этого можно сделать вывод о том, что количество стволов промежуточной формы, независимо от диаметра насаждения, характеризуется определенной стабильностью. В результате выяснено, что наибольшее влияние на форму
Таблица 2 - Распределение деревьев по формам поперечного сечения ствола, %
Форма ствола
Номер пробной площади
5
1
2 3 6 4 7
20,5 20,5 29,1 30,6 38,
ЮВ ЮВ В З С
Средний диаметр, см Экспозиция склона
19,7 ЮЗ
20,5 СЗ
По критерию 0,5 см
Округлая 48,0 37,5 40,2 38,0 26,5 15,5 10,
Яйцевидная 20,0 18,8 20,6 6,0 9,5 11,0 12,
Обратнояйцевидная 13,3 18,8 18,6 16,0 17,5 11,0 10,
Эллипсовидная 9,3 11,6 8,8 13,0 15,5 14,5 19,
Неправильная 9,3 13,4 11,8 27,0 31,0 48,0 46,
По критерию 5 %
Округлая 86,0 84,8 87,3 68,0 78,0 54,0 72,
Яйцевидная 7,3 4,5 6,9 4,0 11,5 11,0 11,
Обратнояйцевидная 5,3 6,3 4,9 19,0 8,0 22,5 9,8
Эллипсовидная 1,3 1,0 6,0 0,5 8,0 1,8 3,6
Неправильная 0,0 0,0 3,0 2,0 4,5 2,7 2,6
поперечного сечения ствола оказывает средний диаметр древостоя.
В дальнейшем для каждой из пробных площадей были рассчитаны средние статистические показатели. Точность опыта изменялась от 2,4 до 5,5 %, что свидетельствует о достаточном количестве собранного материала. Различия между диаметрами измеренными в разных направлениях несущественны. Изменчивость большая.
В своем исследовании А.И. Бондарев (Бондарев, 1996), характеризуя форму поперечного сечения лиственницы, приходит к выводу о том, что наибольшей точностью в измерении площади поперечного сечения обладает форма эллипса, когда в качестве диаметров используют максимальный и минимальный
замеры. С целью определения зависимости максимального и минимального диаметров от сторон света были проведены дополнительные исследования. При этом деревья округлой формы не учитывались, поскольку в этой категории диаметры несущественно различаются между собой.
С целью установления направления максимального диаметра были исследованы стволы имеющие яйцевидную, эллипсовидную и неправильную формы по критерию 0,5 см. Для этих форм главным основанием для отнесения в ту или иную группу является преобладание одного или двух замеров над остальными. У этих деревьев было определено направление максимального диаметра по сторонам света (таблица 3).
Таблица 3 - Распределение количества максимальных диаметров стволов по сторонам света, %
Процент распределения деревьев
Направление замера диаметра
номер пробной площади
3
6
4
экспозиция склона
ЮЗ ЮВ ЮВ В З СЗ С
С-Ю 16,9 26,0 33,3 31,1 47,4 5,5 24,7
З-В 24,6 22,0 13,3 22,1 2,6 40,0 18,7
СЗ-ЮВ 4,6 20,0 4,4 13,9 26,0 16,4 17,5
СВ-ЮЗ 53,8 32,0 48,9 32,8 24,0 38,2 39,2
Итого 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0
5
2
1
7
С
ю
Рисунок 2 - Процентное соотношение количества деревьев с максимальным диаметром направленным по сторонам света на пробной площади № 5
На большинстве пробных площадей максимальный замер диаметра направлен с северо-востока на юго-запад (рисунок 2). Такой результат можно связать с преобладающими ветрами, они направлены с юго-запада на северо-восток.
Склон на котором расположен древостой влияет на форму поперечного сечения стволов деревьев. Существенно деклайвное влияние (влияние склона) выражено в зависимости от стороны света, к которой он обращен, так как этим обусловлено различие в количестве света, теплоты и влаги, получаемой почвой и развивающейся на ней растительностью. Это влияние будет тем сильнее, чем больше крутизна склона, и чем более обширна его площадь. Ранние лучи солнца падают на склон, обращенный к востоку; нагревание и освещение его достигает максимума около полудня; сильнее нагревается юго-восточный и наиболее сильно южный склон, который освещается целый день. Нагревание слабеет на склоне обращенном к юго-западу и в особенности к западу. На северо-западном и северном склонах почва освещается мало греющими, скользящими по ним вечерними лучами (Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона, 1890). Исходя из этого склоны по поступлению к ним солнечной энергии (от теплых к холодным) были размещены в следующем порядке: южный; юго-западный; юго-восточный; восточный; западный; северо-западный; северо-восточный; северный. Выявленные закономерности, представлены на рисунке 3. Процент стволов округлой формы рассчитывался по критерию 0,5 см.
О -1-1- 15
Ю ЮЗ ЮЗ ЮВ ЮВ В 3 3 сз сз св с Экспозиция склона
......Стволы округлой формы
— — Средний диаметр древостоя
Рисунок 3 - Зависимость количества стволов округлой формы от экспозиции склона
На рисунке 3 по оси абсцисс насаждения расположены в порядке уменьшения поступающей солнечной энергии к поверхности земли (от теплых склонов к холодным). По оси ординат представлено процентное распределение стволов округлой формы (по левой) и средний диаметр насаждения (по правой). Если следовать линии тренда количество стволов округлой формы изменялось от 50 до 22 %, в то время как средний диаметр варьировал от 11 до 40 см. От южного до юго-восточного склона средний диаметр древостоя изменялся незначительно. Количество деревьев округлой формы на этом отрезке существенно уменьшалось в направлении от теплых склонов к холодным. В этом диапазоне по линии тренда оно колебался от 50 до 37 %. Уменьшение количества стволов округлой формы на юго-западном склоне, обуславливается увеличением среднего диаметра. В указанном диапазоне по линии тренда он варьировал от 11 до 15 см. В насаждениях остальных экспозиций такой вывод сделать нельзя, поскольку, в этом случае на процент стволов округлой формы, в первую очередь, оказывал влияние средний диаметр древостоя, который по линии тренда колебался от 15 до 40 см. Процент стволов округлой формы на этом отрезке по линии тренда варьировал от 37 до 22 %. Ранее было указано, что при уменьшении количества стволов округлой формы пропорционально увеличивается число стволов неправильной. Из этого можно сделать вывод, что при переходе от теплых склонов к более холодным, контуры стволов становится более неправильными.
Поскольку, различия в диаметрах по сторонам света оказались несущественны, было проведено сравнение в преобладании деревьев той или иной формы по отдельным насаждениям, при этом учитывались их таксационные характеристики, чтобы выявить фактор влияния. Два исследуемых древостоя произрастали на склонах одной экспозиции (ЮВ), имели одинаковый средний диаметр (20,5 см). При этом процентное соотношение стволов неправильной формы древостоев существенно различалось. Характеристики древостоев приведены в таблице 4.
Таблица 4 - Сравнительная характеристики древостоев
Номер пробной
Показатель _плоЩади
2 3
Округлая форма, % 40,2 38,0
Яйцевидная форма, % 20,6 6,0
Обратнояйцевидная форма, % 18,6 16,0
Эллипсовидная форма, % 8,8 13,0
Неправильная форма, % 11,8 27,0
Экспозиция склона ЮВ ЮВ
Крутизна склона, град. 35 35
Возраст, лет 80,0 100
Высота, м 17,0 18
Ср. диаметр, см 20,5 20,5
Бонитет 3 4
Тип леса С РТОС С КСРТ
Полнота 0,7 0,5
Состав 6С2Б2Ос 4С1Л5Б
Различия в соотношении округлой, обратнояйце-видной и эллипсовидной форм несущественны. Однако, в соотношении яйцевидного и неправильного контуров наблюдалась значительная неоднородность. Количество стволов с яйцевидным контуром составило 20,6 и 6,0 %, с неправильным 11,8 и 27,0 %. Эти различия объясняются разными условиями произрастания, на которые указывает бонитет и тип леса. Остальные таксационные характеристики близки между собой и не оказывают значительного влияния на форму ствола. По критериям определения яйцевидный контур близок к округлому. Из этого можно сделать вывод о том, что насаждения, произрастающие в благоприятных условиях (высокобонитетные), имеют более правильную форму, чем насаждения произрастающие в неблагоприятных условиях (низ-кобонитетные).
ВЫВОДЫ
На основании всего выше изложенного были предложены следующие рекомендации для измерения диаметров на высоте груди в горных условиях. Установлено, что наибольшее влияние на распределение деревьев по формам поперечного сечения ствола оказывает средний диаметр древостоя. Для таксации леса рекомендуется в древостоях со средним диаметром до 20 см проводить один замер диаметра, поскольку количество стволов неправильной формы при этом диаметре минимально. В древостоях со средним диаметром от 20 до 30 см - два взаимно-перпендикулярных измерения. При диаметре более 30 см следует производить два замера по максимальному и минимальному диаметру. В случае измерения двух взаимно-перпендикулярных диаметров рекомендуется совершать замеры в направлении с северо-запада на юго-восток и с северо-востока на юго-запад. В этих направлениях в большинстве случаев находятся
максимальный и минимальный диаметры, которые компенсируют друг друга.
В насаждениях на крутых склонах, в неблагоприятных условиях произрастания (IV класс бонитета) рекомендуется проводить больше замеров диаметра, чем на пологих склонах и в благоприятных условиях (III класс бонитета). В низкополнотных насаждениях (полнота 0,6) рекомендуется производить больше измерений диаметра, чем в высокополнотных (полнота 0,9). Было выявлено, что на теплых склонах, произрастают древостои с более правильной формой поперечного сечения, а значит требуется меньше замеров для точного установления площади поперечного сечения.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Пат. 2236115 Российская Федерация, МПК7 А 01 G 23/00, 23/02. Способ для измерения радиуса спила древесного ствола / П.М. Мазуркин, Д.В. Садовин, Е.С. Пирогова (РФ). ; - заявитель и патентообладатель Марийск. гос. тех. ун-т. - № 2002135244/12; заявл. 24.12.02; опубл. 20.09.04, Бюл. № 26. Пат. 2322672 Российская Федерация. МПК7 А 01 G 23/00, 23/02. Способ определения характера изменения толщины коры на спиле дерева в зависимости от освещенности и преобладающих ветров / Н.А. Забродина, П.М. Мазуркин, А.Н. Глушкова, Т.В. Андрамонова, А.Н. Мо-керов (РФ). ; - заявитель и патентообладатель Марийск.
гос. тех. ун-т. - № 2002135244/12; заявл. 19.07.06; опубл. 20.04.08, Бюл. № 25.
Анучин, Н.П. Лесная таксация: Учебник для вузов / Н.П. Анучин. - 5-е изд., доп. - М.: Лесная промышленность, 1982. - 552 с.
Бондарев, А.И. Форма поперечных сечений стволов в редкостойных лесах севера Сибири/ А.И. Бондарев // Лесная таксация и лесоустройство. - Красноярск, 1996. -С. 45-49.
Вайс, А.А. Влияние качества условий произрастания на форму поперечного сечения деревьев сосны обыкновенной (Pinus silvestris L.) / А.А. Вайс // Успехи современного естествознания. - 2013. - № 7. - С. 174-175.
Дрейман, Н.С. Форма поперечного сечения деревьев сосны обыкновенной (Pinus silvestris L.) в среднеобских борах / Н.С. Дрейман, В.Р. Габдрахманова // Молодые ученые в решении актуальных проблем науки. - 2012. - Т. 1. -С. 186-187.
Машина, Т.В. Влияние размеров сосны на форму поперечного сечения деревьев на высоте 1,3 метра в условиях среднеобских боров / Т.В. Машина, О.О. Комарова // Молодые ученые в решении актуальных проблем науки. -2012. - Т. 1. - С 65-66.
Наклон почвы // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона. - СПб.: Питер, 1890. - С. 216.
Орлов, М.М. Лесная таксация / М.М. Орлов. - 3-е изд. - Л.: Лесное хоз-во и лесн. пром-ть, - 1929. - 532 с.
Тюрин, А.В. Таксация леса / А.В. Тюрин. - М.: Гослестехиз-дат, 1945. - 376 с.
Поступила в редакцию 30.09.14 Принята к печати 20.12.14
