CC BY
18
УДК 630*232:630*56
особенности роста культур сосны и лиственницы в условиях
западного саяна
м. А. кириенко, А. и. лобанов
Институт леса им В. Н. Сукачева СО РАН 660036 Красноярск, Академгородок, 50/28; e-mail: [email protected]; [email protected]
В статье приведены результаты исследования культур сосны и лиственницы, созданных посадкой смешанными рядами в горных условиях Западного Саяна. Установлено, что основными причинами низкой сохранности производственных культур являются несоответствие выбранной агротехники их выращивания экологическим условиям местопроизрастания, а также отсутствие дополнений, агротехнических и лесоводственных уходов. В изученном насаждении у сосны обыкновенной значение надземной фитомассы составляет 43,9 т/га, а у лиственницы сибирской - 15,9 т/га.
Ключевые слова: лесные культуры, сосна, лиственница, санитарное состояние, ход роста, структура надземной фитомассы, Западный Саян.
The results of investigations of Scotch pine and Siberian larch forest plantation were created by rows mixed in mountainous conditions of West Sayan are presented. It was found, that the main reasons of low conservation of industrial forest plantation are contradiction of their growing tips chosen to environmental growth conditions and also the absence of forest plantation complement, agricultural and silvicultural treatments. The value of aboveground phytomass of the studied forest plantation by Scotch pine and Siberian larch is 43.9 t/ha and 15,9 t/ha consequently.
Keywords: forest plantation, pine, larch, sanitary state, stand development, biomass epiterranean structure, West Sayan.
введение
Важной проблемой лесного хозяйства России является воспроизводство лесных ресурсов хозяйственно-ценными породами и повышение продуктивности древостоев. Древесина принадлежит к самым значительным и перспективным видам сырья, потребление которого постоянно растет. Одновременно еще в большей степени увеличивается потребность человека в рекреационных, водоохран-но-защитных и других функциях леса. Выращивание лесных культур является одним из основных мероприятий повышения продуктивности, сохранения и улучшения качественного состава лесов. Этот процесс может быть успешен при условии выполнения комплекса научно-обоснованных мероприятий, обеспечивающих оптимальные экологические условия на всем протяжении лесокультурного производства - от получения семян до формирования хозяйственно ценных молодняков (Бабич и др., 2004; Люминар-ская, 2007; Родин, 2008).
Цель работы - изучение особенностей роста культур сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) и лиственницы сибирской (Larix sibirica Ledeb.), созданных посадкой смешанными рядами в горных условиях Западного Саяна.
объекты и методы исследований
В качестве объектов исследования нами были взяты производственные культуры сосны обыкновенной и лиственницы сибирской, созданные смешанны-
ми рядами в пределах Нижнеусинского лесничества Красноярского края (рис. 1). Район исследований относится к Усинскому округу лесостепных лиственничных и горно-таежных лиственничных и кедровых лесов Восточнотувинско-Южнозабайкальской горной лесорастительной области (Назимова, 1980).
Культуры созданы посадкой 2-летних сеянцев в дно борозды, вручную, под меч Колесова. Нарезка борозд осуществлялась поперек склона южной экспозиции крутизной 10°. Схема посадки 3,7 х 0,96 м. Первоначальная густота культур - 2815 экз./га. Почва под культурами горная дерново-лесная неоподзолен-ная, среднесуглинистая, мощная, временно переувлажненная.
Детальное обследование и исследование лесных культур проведено традиционными методами (Сукачев, Зонн, 1961; Огиевский, Хиров, 1967; Кобранов,1973; Исследования роста ..., 1978) с закладкой пробной площади согласно ОСТ 56-69-83 (ОСТ ... ,1983). При изучении роста и санитарного состояния деревьев использовались общепринятые методики (Молчанов, Смирнов, 1967; Анучин, 1982; Руководство ... , 2007). Обилие и видовой состав живого напочвенного покрова изучали по методике В. М. Понятовской (1964).
Для оценки хода роста в высоту и по диаметру отбирались модельные деревья. Ствол делился на однометровые секции и вершинку. Диски выпиливались у шейки корня, посередине секций и у основания вершинки. Определение возраста деревьев осуществлялось при помощи дендрохронологических методов исследования, согласно которым, определение биоло-
гического возраста деревьев осуществлялось путем подсчета числа годичных колец на пнях или спилах деревьев (Ваганов и др., 1996)
Запас древостоев оценивали по местным таблицам объемов стволов, класс бонитета - по общебони-тировочной шкале М. М. Орлова, полнота - по стандартным таблицам ЦНИИЛХ.
Исследования надземной фитомассы деревьев выполняли по методическим указаниям (Молчанов,
Смирнов, 1967; Родин и др., 1968; Семечкина, Се-мечкин, 1973) с взятием средних модельных деревьев. Отобранные модельные деревья разбирались на фракции фитомассы: сухие сучья, живые ветви, хвоя, кора ствола, древесина ствола. Масса фракций отдельно по каждой модели определялась на платформенных весах с точностью до 50 г. Образцы фракций фитомассы высушивались до абсолютно сухого состояния в термостате при температуре 105 °С.
Рисунок 1 - Общий вид смешанных рядами сосново-лиственничных культур в 30-летнем биологическом возрасте.
Все исходные материалы систематизировали в тематической базе данных (СУБД MS Access), что существенно облегчало доступ к данным, их анализ и обработку (Поляков, Полякова, 2003). Данные анализировали в системе STATISTICA 6. Существенность различия естественных совокупностей оценивали по критерию Р. Фишера F при р = 0,95 (а = 0,05). Для аппроксимации рядов строения древостоев по толщине и высоте использовали популярную в лесоведении двухпараметрическую функцию В. Вейбулла:
f(x) = c/b*[(x-6)/b](c-1) * е!-[(х-0)/Ь]л°!, для 0 < x, b > 0, c > 0,
где b - параметр масштаба распределения; c - параметр формы, показатель степени и направления асимметрии;
0 - параметр положения (при оценке распределения древостоя по толщине 0 соответствует минимальному диаметру 0 = dmin, 0 + b аппроксимирует диаметр, меньше которого расположено 68 % деревьев, при 0 = 0 распределение двухпараметрическое); e - основание натурального логарифма В модуле Nonlinear Estimation (Нелинейное оценивание) системы STATISTICA 6 для оценки параметров b и c функция задается в виде: y = weibull(x, b, c, 0)*a
где y - переменная, содержащая фактические относительные (%) или абсолютные (шт.) частоты признака х;
a - коэффициент для адаптации функции с условной плотностью 1,0 к масштабу реальных величин (ступеней признака х).
Среднюю высоту j-й ступени толщины (h., j = 1,...m) на пробных площадях определяли аналитически:
h = 1, + a-(l - Exprb-dj))
где: a и b - оцениваемые параметры (a - является асимптотой, т. е. а = h );
^ max'7
d. - j-я ступень толщины (j = 1,...m).
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Изучение видового разнообразия сосново-листвен-ничного биоценоза позволило выявить, что доминирующее положение занимает спирея средняя (Spiraea media Franz Schmidt.), единично - роза иглистая (Rosa acicularis Lindl.), кизильник черноплодный (Cotoneas-ter melanocarpus Lodd.), карагана колючая (Caragana spinosa (L.) DC.). В составе живого напочвенного покрова преобладают: осочка большехвостая (Carex mac-
roura Meinsh.), костяника каменистая (Rubus saxatilis
L.), мох Шребера (Pleurozium schreberi (Brid.) Mitt.). Таким образом, здесь сформировалась кустарниково-осочково-зеленомошная ассоциация.
Показателем устойчивости искусственных насаждений является их сохранность. На момент обследования густота стояния деревьев в смешанном насаждении сосны и лиственницы достигала 1066 экз./га, что составляло 38 % от первоначальной густоты посадки. Столь невысокую сохранность мы связываем с несоответствием выбранной технологии создания культур условиям местопроизрастания. Посадка осуществлялась 2 - летними сеянцами в дно борозды по временно переувлажненным почвам. Наши данные (Люминарская, 2007) и материалы литературных источников (Огиевский, Медведева, 1969; Вараксин, 2000, 2003) свидетельствуют о том, что при принятой производством агротехнике выращивания посадки подвергаются вымоканию и выжиманию кристаллами льда из почвы, а также заваливанию борозд травянистой растительностью. Отсутствие своевременных агротехнических уходов также способствовало снижению качества посадки. В данных условиях местопроизрастания, на наш взгляд, посадку следовало бы проводить в микроповышения. Это позволило бы устранить периодическое переувлажнение и создать более благоприятный водно-воздушный режим почвы.
Несмотря на низкие показатели сохранности, санитарное состояние исследуемого насаждения хорошее (Руководство ... , 2007). Значительная часть деревьев (88 % сосны и 90% лиственницы) в исследуемом насаждении не имели признаков ослабления. Деревьев сильно ослабленных (III), усыхающих (IV) и сухостойных (V, VI) отмечено не было.
При проведении исследований была дана таксационная характеристика древостоя (табл. 1).
Таблица 1 - Таксационная характеристика древостоя
о О
g
а о с
а т
S3
ч
н" :j а а п о m m
о ^ &
0
1 -
о
с
^ Размер
§ кроны,
& м к
к к
н
Ч
е р
о
S
4
JS
5
н
ч
е р
о
о р
с
-
о ч я
а
¡5 р
к
е р
е
с
о
с
& о
-=
а
о
ч
о
—
е
а
Si
со
С 30 I 0,4 10,9 13,4 5,1 2,3 3,6 11,5 70 816 Л 31 I 0,1 12,1 14,3 5,8 2,5 2,9 4,0 24 250
7С3Л
Для получения более детальных результатов о динамике роста древостоя, мы выполнили анализ его хода роста. Результаты его анализа свидетельствует, что, несмотря на практически одинаковый биологический возраст сосны и лиственницы, период максимального их прироста по высоте отмечается в разные годы (рис. 2 а, б).
Функция = у=1«гаЬи11(х;(32,5523);(1,91827);0)*(19,8798) Функция = у=игаЬи11(х;(32,5523);(1,91827);0)*(19,8798)
05 10 15 20 25
Возраст, лет
а)
Функция = y=iweibull(x;(19,5124);(1,85269);0)*(13,3546) Функция = y=weibull(x;(19,5124);(1,85269);0)*(13,3546)
12
10
2 8
а л 6
ш
4
2
0
у
/ \
/ ч х
/ ч X
/ \
/ У* ^
/ / \
/ /» Ч
/ / S
уб ч
J / \
1 /* ч
! / Ч
1 f Ч
/ у 1 у 1 у 1 у г ч -ч "Ч (
Примечание. * С - сосна обыкновенная, Л - лиственница сибирская.
Из таблицы 1 видно, что густота стояния деревьев в изучаемом древостое оказалась недостаточной для формирования полнодревесного насаждения, об этом свидетельствуют показатели средней высоты и диаметра. В процессе роста здесь сформировалось редкостойное, низкополнотное насаждение. Причины этого кроются в некорректном подборе технологии создания культур, отсутствии их дополнений, агротехнических и лесоводственных уходов.
05 10 15 20 25 30 35
Возраст, лет
б)
Рисунок 2 - Математическая модель и динамика текущего прироста в высоту у сосны обыкновенной (а) и лиственницы сибирской (б).
У сосны кульминация прироста (0,52 м/год) отмечается в возрасте 22-23 лет, тогда как у лиственницы - в возрасте 13-14 лет (0,57 м/год). В настоящее время у обеих древесных пород прирост по высоте идет на спад. На рис. 2 сплошной линией маркирована траектория роста, прерывистой - траектория прироста. У сосны обыкновенной этот показатель на момент обследования равен 0,47 м /год, в то время как у лиственницы сибирской снижение прироста происходит более интенсивно и составляет лишь 0,17 м /год.
Анализ графиков хода роста по диаметру сосны и лиственницы позволил выявить период максимальной скорости роста по диаметру, который наблюдался у этих древесных видов в возрасте 15-16 лет (рис. 3 а, б). У сосны это показатель достиг значения 0,9 см
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0,0
30
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0,0
/год, у лиственницы - 0,46 см/год. Значения среднегодового прироста были практически идентичные и составили у сосны и лиственницы 0,45 см/год и 0,46 см/год.
Функция = у=те1Ьи11(х;(13,8096);(2,10829);5)*(13,8158) Функция = у=\«е1Ьи11(х;(13,8096);(2,10829);5)*(13,8158)
0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0
68 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32
Возраст, лет
а)
Функция = у=1уу&Ьи11(х;(18,731 );(1,60818);5)*(11,6904) Функция = у=\л/е1Ьи11(х;(18,731 );(1,60818);5)*(11,6904)
£
и
а 8
10
о £ СО
5 4
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
фитомассы и годичной продукции), которые играют важную роль в стабилизации экологических процессов в связи с накоплением органического вещества и ассимиляцией атмосферного углерода (Протопопов, 1975; Онучин, 1985; Щерба, 1995; Бабич и др., 2004; Усольцев, 2007).
Проведенные нами исследования показали, что в структуре надземной фитомассы среднего дерева наибольший удельный вес у сосны обыкновенной и лиственницы сибирской занимает доля древесины 58-63 %, наименьший вес - доля сухих ветвей (6-8 %) Доли фракции хвои в общей структуре фитомассы у изучаемых древесных пород сильно отличаются (13,2 % - у сосны и 4,3 % - у лиственницы) (табл. 2).
Таблица 2- Структура надземной фитомассы среднего дерева у сосны и лиственницы
Абсолютно сухой вес, т/га
Абсолютно сухой вес, %
&
13
3
н
13
С 31,41 4,17 6,56 7,09 4,59 53,81 58,36 7,74 12,19 13,18 8,53 Л 40,08 9,95 7,04 2,70 3,74 63,51 63,11 15,67 11,08 4,26 5,88
В структуре годичной продукции среднего дерева доля древесины ствола с корой и скелета кроны (ветви + хвоя) у сосны соответственно составляет 56% и 44 %, у лиственницы - 46% и 54% (табл. 3).
Таблица 3 - Годичная продукция средних деревьев сосны и лиственницы в смешанных по составу культурах
0 "т............................ 0,0
5 9 13 17 21 25 29 33 7 11 15 19 23 27 31 35 Возраст, лет
б)
Рисунок 3 - Математическая модель и динамика текущего прироста по диаметру у сосны обыкновенной (а) и лиственницы сибирской (б).
Из рисунка 3 а, б видно, что по мере смыкания крон в рядах в возрасте 15-16 лет между деревьями в древостое начались конкурентные взаимоотношения. До этого периода все деревья в древостое находились в относительно равных экологических условиях. Впоследствии у обеих древесных пород началось закономерное снижение прироста по диаметру. На момент обследования (30-31 год) прирост по диаметру у сосны обыкновенной составлял 0,08 см /год, тогда как у лиственницы - 0,17 см /год. В дальнейшем величина годового прироста по диаметру будет определяться интенсивностью конкурентной борьбы в древостое и процессами его дифференциации.
Следует отметить, что в настоящее время при постоянном ухудшении экологического состояния окружающей среды чрезвычайно возрастает роль леса и его биологической продуктивности (надземной
Абсолютная величина, т/га
Относительная величина, %
Древесная порода
2 5
Сг
I *
Й и я §
ви
ч
е и
х
Сосна СП сч сч «о сч 00 сл 34,45 21,56 18,76 25,23 о о
Лиственница <0 СП ю о* сл сч сч 00 37,25 сл ,31 8, 35,28 о о
Продуктивность работы хвои, т. е. отношение массы текущего прироста древесины к массе хвои, понимаемая Н. А. Бабичем с соавторами (2004), как показатель того, сколько тонн древесины производит 1 тонна хвои. У сосны и лиственницы этот показатель оценивается соответственно в 2,52 и 2,91 кг абсолютно сухого вещества (табл. 3).
Что касается биологической продуктивности (фи-томасса + годичная продукция) в пересчете на 1 га, то наибольший удельный вес у древесных пород занимает доля стволовой древесины: у сосны - 64,5 %, у лиственницы - 75 %. Наименьший удельный вес приходится на долю сухих ветвей (табл. 4).
8
6
2
Таблица 4 - Биологическая продуктивность культур сосны и лиственницы, произрастающих в горных условиях Западного Саяна
Фракции надземной фитомассы, т/га Годичная продукция, т/га
а
а и в я
л ь
ло ет ч
в т оя ^
с е в е
а ы х
р в
орк жи ус
а
а р
орк
«
о н
сз гч
гч
о гч
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Обследование смешанных по составу лесных культур сосны и лиственницы, произрастающих в горных условиях Западного Саяна, показало их низкую (38 %) сохранность. Основными причинами гибели и низкой сохранности исследуемых культур являются несоответствие выбранной агротехники их выращивания экологическим условиям местопроизрастания, а также полное отсутствие проведения в них дополнений, агротехнических и лесоводственных уходов.
Санитарное состояние сохранившихся сосново-ли-ственничных культур хорошее. Значительная часть деревьев в исследуемом насаждении не имело признаков ослабления.
Анализ данных хода роста по диаметру показывает, что после смыкания крон в рядах его прирост резко снизился в связи с началом дифференциации древостоя и усилением в нем конкурентных взаимоотношений.
В исследуемом насаждении у сосны обыкновенной значение фитомассы (43,91 т/га) и годичной продукции (8,15 т/га) в одинаковом биологическом возрасте больше, чем у лиственницы сибирской (15,88 и 2,06 т/ га соответственно).
Для достижения оптимальной биологической продуктивности искусственных насаждений сосны и лиственницы необходимо применять агротехнические приемы выращивания, соответствующие определенным почвенно-климатическими условиям местопроизрастания, своевременно проводить агротехнические и лесо-водственные уходы и соблюдать рекомендации ученых.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Анучин, Н. П. Лесная таксация / Н. П. Анучин. - М.: Лесн.
пром-сть, 1982. - 552 с. Бабич, Н. А. Фитомасса культур сосны и ели в Европейской части России / Н. А. Бабич, М. Д. Мерзленко, И. В. Евдокимов. - Архангельск, 2004. - 112 с. Ваганов Е.А., Шиятов С.Г., Мазепа В.С. Дендроклиматиче-ские исследования в Урало-Сибирской субарктике. Новосибирск: Наука, 1996. - 244 с.
Вараксин, Г. С. Культуры сосны обыкновенной в Красноярском крае / Г. С. Вараксин, И. Ю. Коропачинский. - Новосибирск: ЦСБС СО РАН, 2000.- 84 с.
Вараксин, Г. С. Состояние культур сосны обыкновенной и лиственницы сибирской в подзоне южной тайги Средней Сибири // Г. С. Вараксин, В. И. Поляков, С. В. Инюшкин, А. В. Морозов // Лесная таксация и лесоустройство. -2003. - № 1(32). - С. 156-160.
Исследование роста лесных культур: методические указания / под ред. Е. Л. Маслакова. - Л.: ЛенНИИЛХ, 1978. - 72 с.
Кобранов, Н. П. Обследование и исследование лесных культур. / Н. П. Кобранов. - Л., 1973. - 76 с.
Люминарская, М. А Культуры ели сибирской в южнотаежных и лесостепных районах Красноярского края / М. А. Люминарская: Автореф. дис. ... канд. биол наук. - Красноярск, 2007. - 21 с.
Молчанов, А. А. Методика изучения прироста древесных растений / А. А. Молчанов, В. В. Смирнов. - М., 1967. - 100 с.
Назимова, Д.И. Усинский округ лесостепных лиственничных и горно-таежных лиственничных и кедровых лесов / Д. И. Назимова // Типы лесов гор Южной Сибири. - Новосибирск: Наука, 1980. - С 157-186.
Огиевский, В. В. Обследование и исследование лесных культур / В. В. Огиевский, А. А. Хиров. - Л.: ЛТА, 1967. - 50 с.
Огиевский, В. В. Основы агротехники лесных культур в лесах Западной Сибири / В. В. Огиевский, А. А. Медведева. -Красноярск.: Красноярск. кн. изд-во, 1969. - 172 с.
Онучин, А. А. Фитомасса крон и хвои кедровых и пихтовых древостоев Хамар-Дабана / А. А. Онучин // Строение, рост и инвентаризация лесонасаждений. - Красноярск: ИЛиД СО АН СССР, 1985. - С. 78-86.
ОСТ 56-69-83. Площади пробные лесоустроительные. Методы закладки - М.: ЦБНТИлесхоз, 1983. - 31 с.
Поляков, В. И. База данных постоянных пробных площадей для слежения за состоянием древостоев / В. И. Поляков, Г. Г. Полякова// Лесная таксация и лесоустройство. -Красноярск, 2003. - № 1(32). - С. 71-76.
Понятовская, В. М. Учет обилия и особенности размещения видов в естественных сообществах / В. М. Понятовская // Полевая геоботаника / под ред. Е. М. Лавренко, А.А. Корчагина. - Т. 3. - М. - Л.: Наука, 1964. - С. 209-289.
Протопопов, В. В. Средообразующая роль темнохвойного леса / В. В. Протопопов. - Новосибирск: Наука, 1975. - 276 с.
Родин, А. Р. Лесные культуры / А. Р. Родин. - М.: МГУЛ, 2008. - 318 с.
Родин, Л. Е. Методические указания к изучению динамики и биологического круговорота в фитоценозах / Л. Е. Родин, Н. П. Ремезов, Н. И. Базилевич. - Л., 1968. - 145 с.
Руководство по планированию, организации и ведению ле-сопатологических обследований. Приказ Рослесхоза от 29.12.2007 № 523. - М., 2007. - 31 с.
Семечкина, М. А. Оценка методов определения надземной фитомассы сосновых древостоев / М. А. Семечкина, И. В. Семечкин // Исследование биологических ресурсов средней тайги Сибири. - Красноярск: ИЛиД СО АН СССР, 1973. - С. 105-116.
Сукачев, В. Н. Методические указания к изучению типов леса / В. Н. Сукачев, С. В. Зонн. - М.: АН СССР, 1961. - 144 с.
Усольцев, В. А. Биологическая продуктивность лесов Северной Евразии: методы, база данных и ее приложения / В. А. Усольцев. - Екатеринбург: Изд-во УрО РАН, 2007. - 635 с.
Щерба, Н.П. Структура фитомассы кедровых сосен в плантационных культурах пригородной зоны г. Красноярска: автореф. дис. ... канд. с.-х. наук / Н. П. Щерба. - Красноярск, 1995. - 21 с.
Поступила в редакцию 03.03.14 Принята к печати 03.10.14
С
Л
