CC BY
38
УДК 58.08:58.056:58.056:630*561
С.А. Николаева, Д.А. Савчук, А.Н. Маркелова
Институт мониторинга климатических и экологических систем СО РАН, Томск
РЕТРОСПЕКТИВНЫЙ АНАЛИЗ ЭТАПОВ РОСТА СОСНОВЫХ ДРЕВОСТОЕВ НА ЮГЕ ТОМСКОЙ ОБЛАСТИ
Предложен ретроспективный метод оценки этапов роста и развития сосновых древостоев. В росте и развитии сосняков от момента пожара (или рубки) до 160 лет выделено 2 периода и 3 фазы, определена их длительность.
S.A. Nikolaeva, D.A. Savchuk, A.N. Markelova
Institute of Monitoring of Climatic and Ecological Systems
Siberian Branch of the Russian Academy of Science (IMCES SB RAS), Tomsk
RETROSPECTIVE ANALYSIS OF GROWTH STAGES IN PINE FORESTS NEAR TOMSK
Retrospective method is suggested of assessment of growth and developmental stages in pine forests. The time of growth and development in pine forests since a fire till 160 years is divided in 2 periods and 3 stages and their longevity is calculated.
Одной из научных проблем лесоведения является изыскание путей повышения продуктивности насаждений. Под продуктивностью древесных растений в широком смысле понимается способность создавать биомассу. В лесоводстве продуктивность древостоя оценивается по запасу стволовой древесины за некоторый промежуток времени на единицу площади. Определение нарастания стволовой массы деревьев методически и принципиально совпадает с определением текущего годичного прироста насаждений в лесной таксации, т.е. объемным приростом стволовой древесины [7]. Достоверным косвенным показателем объемного прироста стволовой древесины является прирост по площади поперечного сечения ствола (ZS) [1, 5, 6 и др.]. В настоящей работе представлена методика выделения этапов роста по ретроспективным данным на примере сосновых насаждений на юге Томской области.
Пробные площади заложены в сосняках на юге Томской области: на территории Обь-Томского междуречья и в правобережье р. Томи. Обследованы сосняки разнотравные, карагановые, орляковые, мелкотравные 1а-11 класса бонитета и зеленомошные - II-III. Средний возраст - 20-155 лет. В составе 7-10 ед. сосны, ее средние высота 21-35 м и диаметр 20-34 см. Одновозрастные и разновозрастные (два поколения) древостои формировались на гарях и вырубках. На пробных площадях после перечета отбиралось по 10-30 модельных деревьев разных ступеней толщины, у которых брались керны по
двум радиусам в нижней части ствола. Ширина годичных колец измерялась с помощью измерительного комплекса ЬШТАВ с точностью до 0,01 мм. Затем по усредненным данным радиального прироста (рис. 1 А) у каждого дерева рассчитывали (рис. 1 Б). Погодичные изменения древостоя оценивали по среднему приросту деревьев с учетом их распределения по ступеням толщины.
8
П I
Рис. 1. Преобразование исходного древесно-кольцевого ряда в ряд прироста по
площади поперечного сечения ствола:
А - радиальный прирост, или ширина кольца, Б - прирост по площади сечения ствола, или площадь кольца, В - десятичный логарифм прироста по площади сечения ствола; а, б - прямые (тенденции), проведенные по максимальным и минимальным значения прироста; 1-3 - условные этапы роста; вертикальными стрелками показаны границы этапов роста и переходов между ними;
1-11 - типы переходов от одного этапа роста к другому
Общий характер возрастной кривой имеет вид параболы или ее части с двумя несимметричными ветвями (рис. 1 Б). Для выделения на такой кривой участков со сходной динамикой изменения прироста используют математические приемы приведения криволинейных функций к прямолинейному виду, например, логарифмирование. Кривая Ъ8, построенная в полулогарифмической шкале, разбивается на отрезки со сходной динамикой изменения прироста (рис. 1 В). Каждый такой отрезок ограничен
параллельными прямыми, которые проводятся по максимальным и минимальным значениям прироста (далее тренды, или тенденции, прироста). Пространство между ними представляет собой “коридор”, ограниченный амплитудой колебаний Ъ8 (рис. 1 В, а-б). Такие отрезки кривой Ъ8 обычно однородны по закономерностям роста, т.е. по уровню (величина прироста, или
скорость роста), темпу (угол наклона тенденций прироста к оси абсцисс, или ускорение роста) изменений или характеру флюктуаций (амплитуда и длина циклов) прироста. Они соответствуют этапам роста [5] изучаемого объекта.
Переход от одного этапа роста к другому сопровождается изменением формы кривой. Нами выделено два типа переходов при смене тенденций “кратковременный” и “долговременный” и несколько их подтипов (рис. 1, I и II). Переходы служат границами между этапами роста. В течение этих этапов отношения между средой и деревом или древостоем определенным образом стабилизированы или меняются с некоторой постоянной скоростью, а переход от одного этапа роста к другому может означать сдвиг либо во внутренних механизмах роста, либо во внешних условиях [2, 5]. Преимущество таких графиков - быстрый графический анализ динамики роста объекта на качественном уровне с выделением этапов роста и границ между ними.
В динамике сосновых древостоев выделено по 2-3 этапа роста (рис. 2).
десятилетия
Рис. 2. Динамика среднего прироста древесины (2б, см2/дерево) в одновозрастных сосняках. 1-3, 11-1, 11-3 - этапы восстановительно-возрастного развития сосняков. Около каждой кривой указан номер пробной площади и средний возраст древостоя. Остальные обозначения см. рис. 1
На первом этапе, когда формируется насаждение, величина текущего прироста деревьев незначительная, а его темп (угол наклона к оси абсцисс) по сравнению с последующими этапами очень высокий. Длительность этапа, по-видимому, зависит от скорости заселения территории и формирования соснового сообщества. При быстром заселении сосной она составляет 15-25 лет. Более длительное время заселения (45-65 лет) характерно для участков, где сосна в молодом возрасте росла под пологом лиственных пород.
На втором и третьем этапах роста величина стабилизируется на определенном достаточно высоком уровне, а его темп незначителен (угол
наклона тенденций близок к нулю). В это время величина прироста зависит от лесорастительных условий. При быстром заселении территории сосной на I этапе и при отсутствии существенных внешних воздействий на последующих продолжительность II и III этапов роста составляет не менее 50-60 лет (реже до 90).
В географо-генетическом направлении типологии лесов выделяют этапы развития лесных сообществ, отражающие изменения лесных биогеоценозов и условий среды во времени. В восстановительно-возрастной динамике лесов обычно выделяют три периода (I - восстановление и формирование древостоя, II - интенсивный рост и стабилизация, III - распад первых поколений основной породы) и несколько фаз [4]. Первый этап роста сосняков, выделенный по кривым 28, будет соответствовать 3-й фазе I периода (Ь3 - интенсивный рост древостоя), второй этап роста - первой фазе (П-1 - созревание древостоя: стабилизация роста и начало семеношения) и третий этап - второй фазе (П-2 -спелость древостоя) II периода [3].
Рубки и пожары, происходившие в прошлом в сосняках, приводят к уничтожению всего древостоя или его части. Все обследованные одновозрастные насаждения сформировались после полного уничтожения древостоя, разновозрастные - после частичного. Кроме того, внешние воздействия часто нарушают возрастные особенности в нарастании древесины, существенно видоизменяя «типичную» форму кривой 78 и длительность этапов роста в насаждении (рис. 3).
2
Рис. 3. Динамика среднего текущего прироста древесины (28, см /дерево) и годы воздействий (даты над стрелками) на сообщества сосняков. Основное поколение выделено полужирной кривой.
Остальные обозначения см. рис. 1, 2
Например, в сосняке осочково-разнотравном (рис. 3, Пб-45) на протяжении жизни основного поколения сосны зафиксировано пять различных воздействий: пожары (1916, 1923, 1957 гг.), начало подсочки (1978 г.) и одно воздействие не идентифицировано (1933 г.). В последнем случае это, скорее всего вырубка деревьев предыдущего поколения, которая привела к осветлению оставшегося тонкомера, резкому снижению его Ъ8, формированию нового поколения. Воздействия 1916, 1933 и 1978 гг. привели к смене этапов роста, в том числе с существенным снижениям прироста 115-летних деревьев. Воздействия 1923 и 1957 гг. не отразились на величине прироста этих деревьев, но в 1957 г. способствовали появлению и росту 50-летних деревьев. Подсочка деревьев приводит к снижению их прироста. У этих деревьев, начиная в 1978 г. в течение 5 лет прирост снижался, затем еще 5 лет он стабильно держался на низком уровне, а в 1988-1989 гг. (у сильно ослабленных подсочкой деревьев - в 1995г.), по-видимому, после ее прекращения он восстановился до прежнего уровня.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Алексеев, А.С. К методике дендроэкологического анализа [Текст]/ А.С. Алексеев, Н.И. Лайранд // Ботан. журн. - 1993. - Т. 78, № 10. - С. 103-107.
2. Николаева, С.А. Комплексный подход и методика реконструкции роста и развития деревьев и лесных сообществ [Текст]/ С.А. Николаева, Д.А. Савчук// Вестник Томск. гос. ун-та. Биология. - 2009. - № 2 (6). - С. 111-125.
3. Николаева, С.А. Рост и развитие деревьев и древостоев сосны на юге Томской области [Текст]/ С.А. Николаева, Д.А. Савчук// Вестник Томск. гос. унта. Биология. - 2009. - № 4 (8). - С. 66-78.
4. Смолоногов, Е.П. Эколого-географическая дифференциация и динамика кедровых лесов Урала и Западно-Сибирской равнины (эколого-лесоводственные основы оптимизации хозяйства). [Текст]/ Е.П. Смолоногов. -Свердловск: УрО АН СССР, 1990. - 286 с.
5. Фильрозе, Е.М. Выявление и оценка этапов роста деревьев и насаждений [Текст] / Е.М. Фильрозе// Дендрохронологические методы в лесоведении и экологическом прогнозировании. - Иркутск, 1987. - С. 206-211.
6. Усольцев, В.А. Биологические аспекты таксации фитомассы деревьев. [Текст] / В.А. Усольцев. - Екатеринбург: УрО РАН, 1997. - 216 с.
7. Уткин, А.И. Биологическая продуктивность лесов (методы изучения и результаты) [Текст]/ А.И. Уткин// Лесоведение и лесоводство. М., ВИНИТИ, 1975. - Т.1. - С. 9-189.
Работа выполнена в рамках программы фундаментальных исследований СО РАН (проект УП.63.1.4.) и при финансовой поддержке РФФИ.
© С.А. Николаева, Д.А. Савчук, А.Н. Маркелова, 2011
