CC BY
96
Лесоводственно-таксационная оценка экологического состояния лесов в условиях рекреации и техногенного загрязнения
С.А. Шавнин, д.б.н., профессор, В.А. Галако, к.с.-х.н., С.Л. Менщиков, д.с.-х.н, В.Э. Власенко, к.б.н, В.Н. Ма-рущак, к.с.-х.н., Ботанический сад УрО РАН
Целью настоящих исследований послужила необходимость разработать основы природопользования в лесах, ослабленных рекреационными нагрузками и промышленными эмиссиями, опираясь на оценку экологического состояния лесов урбанизированной территории г. Екатеринбурга с лесоводственно-таксационной точки зрения, моделирования процессов деградации, происходящих в данных экосистемах.
Основной метод исследования — закладка постоянных пробных площадей (ППП) с последующим проведением на них длительных или разовых наблюдений с целью получения разносторонней и достоверной информации о состоянии лесных сообществ и их динамике. Все пробные площади, находящиеся под влиянием различного уровня рекреационной и техногенной нагрузки, закладывались по четырём альтернативным признакам развития.
Закладка постоянных пробных площадей и лесотаксационные исследования проводились по стандартным методикам [1] . В работе использо-
1. Таксационная характеристика постоянных пробных площадей (ППП), 2009 г.
Площадь, га Класс воз- раста Класс бони- тета Ярус Состав Число стволов на 111111 Число стволов на 1 га Сумма площадей сечений на 111111, м2 Сумма площадей сечений на га, м2/га Средний диаметр, см Средняя высота, м Средний возраст, лет Относи- тельная полнота Запас на 111111, м3 Запас на га, м3 Тип леса
0,48 УП П I ЮС 150 313 18,465 38,469 39,6 30,6 140 0,84 247 514 Сртр
0,53 УП П I ЮС 151 285 21,410 40,396 42,5 26,8 139 0,93 230 434 Сртр
Б 3 6 0,052 0,098 14,8 18,6 0,4 0,8
0,46 УП П I ЮС 104 226 16,827 36,56 45,4 26,8 140 0,84 203 441 Сртр
Б 6 13 0,172 0,373 19,1 21,2 2 4
Ос 1 3 0,020 0,044 16,0 17,6 0,2 0,4
0,49 УШ Ш I ЮС 105 215 18,649 38,06 47,5 26,5 152 0,88 173 354 Сртр
Б 1 2 0,024 0,05 17,8 17,8 0,2 0,4
0,49 УШ Ш I ЮС 166 339 21,00 42,86 40,1 24,1 148 1,00 210 429 Сртр
Б 5 11 0,097 0,41 15,8 17,7 1 2
0,52 УП Ш I ЮС 155 298 22,32 42,92 42,8 24,8 122 1,00 267 514 Сртр
ед.Б. 8 16 0,210 0,404 18,3 18,1 2 4
0,42 УП П I ЮС 139 331 16,35 38,92 38,7 27,5 123 0,88 188 448 Сртр
ед.Б. 8 19 0,33 0,79 23,1 20,3 4 9
0,30 УП П I 7С 107 357 12,76 42,54 38,9 26,0 122 1,00 16 58 551194 Сртр
ЗБ 23 77 0,73 2,42 20,0 18,4
0,42 УП П I ЮС 188 448 19,11 45,50 36,0 26,4 122 1,08 221 52112 Сртр
ед.Б. 8 20 0,48 1,15 27,8 23,3 5
0,33 УП П I 9С 62 188 11,63 35,25 48,9 27,3 138 0,82 143 434
1Б 25 76 1,61 4,91 28,7 19,9 15 46 Сртр
ед.Ос 3 10 0,15 0,45 25,0 17,5 2 4
0,48 У1 П I ЮС 91 190 14,77 30,76 45,5 26,4 102 0,72 175 365 Сртр
ед. Б, 11 23 0,70 1,46 28,5 22,5 8 16
Ос 1 2 0,02 0,03 14,5 17,9 0,2 0,4
0,40 УП П 1 ЮС+Б, 93 233 15,44 38,60 46,0 26,6 134 0,88 181 454 Сртр
ед.Ос 7 18 0,71 1,78 36,1 22,1 7 18
4 10 0,22 0,55 26,5 19,1 2 6
ППП 1-2-3 — набор абиотических и антропогенных факторов (рекреационная нагрузка, техногенное загрязнение). ППП 4-5-6 — наличие техногенного загрязнения с отсутствием рекреационной нагрузки.
ППП 7-8-9 — отсутствие рекреационной нагрузки и техногенного загрязнения.
ППП 10-11-12 — рекреационная нагрузка с отсутствием признаков техногенного загрязнения.
АГРОНОМИЯ И ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО
ваны экспериментальные данные, представляющие собой материалы обмеров таксационных характеристик деревьев на закартированных постоянных пробных площадях. У всех деревьев ППП измерялись основные морфологические параметры: диаметры стволов на высоте 1,3 м в двух направлениях, высоты, проекции крон в двух направлениях, длины крон деревьев, расстояния и направления между деревьями. Детальное изучение восстановительных процессов осуществлялось в пределах сукцессионного ряда с набором экологических условий, характерных для типичных местоположений разнотравных сосняков [2].
На основе полученных экспериментальных данных вычислены морфометрические показатели древостоев на постоянных пробных площадях. Они отражены в таблице 1.
Анализируя данные таксационной характеристики постоянных пробных площадей (табл. 1), следует отметить, что все участки находятся в однотипных условиях местопроизрастания, характеризующихся типом леса — сосняк разнотравный. Состав древостоя представлен на 90—95% сосной обыкновенной и в пределах 5—10% березой белой. Сосна обыкновенная на ППП характеризуется средним возрастом в 120—140 лет. Средний диаметр варьирует в пределах от 40 до 48 см, а средняя высота — от 26 до 30 м, на ППП № 4—6 (дендрарий Ботанического сада УрО РАН с высокой техногенной нагрузкой) средняя высота деревьев сосны более низкая — 24—26 м.
Все пробные площади отличаются высокой относительной полнотой — 0,9—1,0, за исключением ППП — 10—12 (при высокой рекреационной
80п
70
60-
50-
40-
30
20
10
0
А
а
I
а
20 24
28
32
36
52 56
40 44 48
Диаметр, см □ ППП1 □ ППП4 □ ППП9 □ ППП12 Рис. 1 - Распределение числа стволов сосны (%) по диаметрам на ППП
120 100
80
& 66 ч
О
ё 40
60
64
68
72
20
тЭ:
20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34
Высота, м
□ ППП1 □ ППП4 □ ППП9 □ ППП12
Рис. 2 - Распределение числа деревьев сосны (%) по высотам на ППП
39
0
Дст./1,3 см
Рис. 3 - Зависимость высоты ствола (Н) от диаметра дерева (Дв/г) на ППП. Н,м -3 = 30,9839-0,5328d+0,015d~2-0,0001d~3'■
Н,м -4 = 38,301-0,8273d+0,0184d~2-0,0001d~3■■
Н,м -7 = -2,471+1,7069d-0,0319d~2+0,0002d~3'■
Н,м -12 = -7,2121+2,4307d-0,0559d~2+0,0004d~3 где d - диаметр ствола на 1,3 м
Дст.
Рис. 4 - Зависимость диаметра кроны деревьев (Дкр.) от диаметра ствола (Дст.) на высоте 1,3 м. ППП1 - Дкр.-1 = 26,3383-1,6842d+0,0427d~2-0,0003d~3'■
ППП2 - Дкр.-4 = -19,0825+1,5293d-0,0294d‘2+0,0002d‘3'■
ППП3 - Дкр.-9 = 1,4593+0,0258d+0,0077d~2-9,9553Е-5d~3'■
ППП4 - Дкр.-12 = 3,1464+0,3496d-0,01d*2+9,7429Е-5d*3'■ где d - диаметр ствола на 1,3 м
Дкр.-1
Дкр.-4
Дкр.-9
Дкр.-12
нагрузке), где относительная полнота несколько ниже — 0,72—0,88 при более низком значении числа деревьев на 1 га (в среднем 200 деревьев на 1 га) по отношению к другим пробным площа-
дям, где в среднем число на 1 га составляет 300 деревьев. Древостои ППП отличаются высоким запасом древесины на 1 га — от 350 м3/га до 520 м3/га при среднем значении 440 м3/га.
Важной характеристикой морфоструктуры древостоев служит вид распределения числа деревьев по основным таксационным показателям, в частности по диаметрам деревьев и их высотам [3]. При рассмотрении характера распределения числа деревьев по диаметрам можно отметить более широкий диапазон варьирования диаметров в условиях техногенного загрязнения и высокой рекреационной нагрузки (ППП 1 и ППП 12). Меньший предел варьирования диаметров отмечается в экологически чистых дре-востоях (ППП 9 — от 20 см до 56 см), наиболее представлены ступени толщины 36 см и 40 см.
При анализе характера распределения числа деревьев сосны по высотам наименьший диапазон варьирования отмечается в насаждениях с высокой техногенной нагрузкой и практически с отсутствием рекреационной нагрузки (ППП 4). Характер распределения числа деревьев по диаметрам и высотам представлен на рисунках 1 и 2.
Соотношение средних высот и средних диаметров лесных насаждений в урбанизированной зоне г. Екатеринбурга зависит от степени рекреационной и техногенной нагрузок, а также от полноты древостоев. В общем виде данную закономерность можно выразить группой сравниваемых функций [4, 5].
Из всех перечисленных корреляционных уравнений для оценки взаимосвязи диаметров и высот деревьев на постоянных пробных площадях наиболее применимым (с большей степенью приближения) является параболическое уравнение третьего порядка.
Рисунок 3 представляет графическую интерпретацию зависимости высоты дерева от диаметра ствола на ППП. Подобные взаимосвязи построены и для сосновых древостоев других пробных площадей. Древостои, находящиеся под влиянием техногенных нагрузок (ППП 1—3, 4—6), характеризуются корреляционными уравнениями, имеющими вид S-образной кривой с
точкой перегиба. Для насаждений, находящихся под влиянием сильной рекреационной нагрузки (ППП 10—12), кривая имеет вид выпуклой параболической кривой 3-го порядка, а для древостоев ППП 7—9 (условно не подверженных рекреационным и техногенным нагрузкам) характеризуется выпуклой параболой 3-го порядка, близкой к кривой высот, характеризующих нормальные насаждения.
Морфометрические показатели кроны, в частности её средняя высота и средний диаметр, являются функцией условий местопроизрастания, возраста и пространственного распределения деревьев в насаждении. В то же время протяжённость и диаметр кроны каждого дерева связаны с диаметром ствола. Отношение между средним диаметром стволов на пробных площадях и средним диаметром кроны деревьев достаточно высоко (г = 0,750—0,900) (рис. 4).
Для более информативного отображения было исследовано соотношение диаметров крон (Дк) с диаметрами стволов деревьев (d) в древостоях пробных площадей с помощью построенных графиков. Полученную взаимосвязь хорошо отображают параболические уравнения 3-го порядка. Для более чёткого выделения лимитирующих факторов (рекреационные и техногенные нагрузки) изучены взаимосвязи относительного показателя, характеризующего отношение Дкр. к d ст. (Д^ё) и Дст. на высоте 1,3 м.
Литература
1. ОСТ 56-69-83. Площади пробные лесоустроительные. Методы закладки. М., 1989. 60 с.
2. Мошкалев А.Г. О подборе древостоев одного естественного ряда // Труды по лесному хозяйству / ЛенНИИЛХ. Л., 1957. С. 3-18.
3. Липкин М.И. Кривые распределения в экономических исследованиях. М.: Статистика, 1972. 144 с.
4. Erteld W. Uber die Beziehung zwichen Schaftdurchmesser und Kronenschirmflache in Kiefernbestanden / W.Erteld // F.w. Centrallblatt, N. 5. B., 1979. P. 270-277.
5. Schmidt A. Der rechnerische Ausgleich von Bestandeshohenkurven / A. Schmidt // Forstwissenschaft Centralblatt, Heft 6. B., 1967. P. 370-382.
