CC BY
28
УДК 630. 182.5:630.56
СТРУКТУРА ФИТОМАССЫ И САНИТАРНО-ГИГИЕНИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ НАСАЖДЕНИЙ «ПАМЯТНИКА ПРИРОДЫ СОСНОВЫЙ БОР В ГОРОДЕ КАНСКЕ»
Н.Т. Спицына, А.С. Коростелев
ФГБОУ ВО «Сибирский государственный технологический университет» 660049 Красноярск, пр. Мира, 82, e-mail: lhf@ sibgtu.ru
В работе использован известный при изучении влияния леса на среду биофизический принцип подхода, предполагающий оценивать лесной фитоценоз, не только как биологическую, но и как биофизическую систему. Применение основных и дополнительных биометрических показателей позволило рассчитать некоторые санитарно-гигиенические функции городских насаждений, имеющих статус «особо охраняемых природных территорий».
Ключевые слова: хвойное насаждение, фитомасса, санитарно-гигиенические функции
In work the known biophysical principle of approach assuming to estimate forest phytocenosis when studying influence of the wood on Wednesday not only as biological, but also biophysical system is used. Application of the main and additional biometric indicators has allowed to calculate some sanitary and hygienic functions of the city plantings having the status of "especially protected natural territories".
Keywords: coniferous plantation, phytomass, sanitary and hygienic functions
ВВЕДЕНИЕ
Выделение особо охраняемых природных территорий является одним из путей решения сложной и актуальной проблемы - сохранение природной среды. Памятники природы - одна из форм ООПТ, основная задача которых - сохранение в естественном состоянии ценных природных комплексов, а также - обеспечение населения рекреационными ресурсами. Так «Памятник природы сосновый бор города Канска» общей площадью 143,5 га образован в 1985 году в целях сохранения расположенного в черте города лесного массива для рекреационных и оздоровительных целей. Сосновый бор расположен на правом берегу р. Кан, в северо-западном районе г. Канска, в жилом массиве. Численность жителей города составляет 91,7 тыс. человек, для которых сосновый бор является активно действующим объектом рекреации.
Город Канск располагается на территории Кан-ской лесостепи, лесистость которой не превышает 30, а местами снижается до 10 %. От центра к периферии прослеживается зона степи и лесостепи, в окрестностях Канска преобладают степные участки. Поэтому сохранившиеся здесь леса выполняют исключительно важную средообразующую роль, поддерживая экологическую стабильность природных комплексов региона (Спицына, 2014).
Известно, что проявление экологических и других полезных функций леса тесно связано с их биологической продуктивностью. Под биологической продуктивностью, согласно А.И. Уткина (1975), понимается количество органического вещества, создаваемого автотрофами в процессе фотосинтеза на единице площади за определенный промежуток времени. На основе данных о количестве фитомассы, характере ее пространственного распределения или
степени концентрации фитомассы в пространстве, занимаемом фитоценозом, представляется возможным оценить в частности интенсивность проявления санитарно-гигиенических функций насаждений (Про-топопов,1975).
При изучении биологической продуктивности большое внимание уделяется таким биометрическим показателям древостоев, как масса органического вещества древостоя (ствол, ветви, листья, сучья, корни), а также площадь ассимиляционного аппарата, поверхность стволов и ветвей.
Кроме основных биометрических показателей В.В. Протопопов, В.М. Горбатенко (1967); Л.К.Поздняков, В.В. Протопопов, В.М. Горбатенко (1969) предложили дополнительные, которые дают более детальное представление о лесных фитоцено-зах не только как о биологических, но и как о биофизических системах.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Для достижения поставленной цели - изучить структуру фитомассы и санитарно-гигиенический эффект «Памятника природы сосновый бор» в городе Канске, были проанализированы таксационные описания 51 выдела в пределах двух кварталов - 4344. Поскольку сосновые насаждения являются здесь основной лесорастительной формацией, были подобраны 15 выделов в преобладающих типах леса: сосняк разнотравный, сосняк брусничниковый и сосняк осоково - разнотравный. Таким образом, объектами исследования служили: 8 пробных площадей в сосняке разнотравном, 5 - в сосняке брусничниковом и 2 -в сосняке осоково-разнотравном.
В работе применялись общепринятые при лесовод-ственных исследованиях методики. Так формирование
серии пробных площадей в наиболее распространенных типах сосняков лесничества основывалось на учении В.Н. Сукачева (1964). При оценке структуры надземной фитомассы исследуемых древостоев на основе их лесоводственно - таксационных характеристик использовалась работа Л.К. Позднякова с соавторами (1969). Согласно этих рекомендаций, были получены такие дополнительные биометрические показатели древостоев, как средний ежегодный прирост фитомассы и листовой индекс. Расчет структуры надземной фитомассы древостоев и интенсивности проявления санитарно - гигиенических функций насаждений производился по рекомендациям В.В. Протопопова (1975); С.В. Белова (1983). Пылеаккумулирующая способность насаждений оценивалась, согласно данных Л.Н. Скрипальщиковой (1997) для сосняков Красноярской лесостепи и другие.
Учитывая возрастное строение исследуемых сосняков, подобрали объекты исследования по принципу пропорционального представительства. Так одна пробная площадь - в молодняках, 8 - в средневозрастных и приспевающих насаждениях и 6- в спелых насаждениях.
В сосняке разнотравном исследовались насаждения в возрастном диапазоне 25 - 95 лет (II-V класс возраста), с запасами стволовой древесины от 80 до 360 м3/га. Средние диаметр и высота древостоев варьируют соответственно от 4 до 32 см и от 6 до 25 м, полнота - в пределах 0,6-1,0; класс бонитета II-III.
Естественное возобновление представлено подростом сосны (10С), его количество варьирует от полного отсутствия (пр. пл. 1, 3, 5) до 4 тыс. шт /га благонадежного состояния (пр.пл.6,7). В подлеске встречаются отдельные экземпляры рябины обыкновенной (Sorbus aucuparia), кизильника черноплодного (Alnaster fruticosus),черемухи обыкновенной (Pabus racemosa Mill.).
В живом напочвенном покрове преобладает разнотравье: осока большехвостая (Ca^x macroura Meinsch.), майник двулистый (Majanthemum bifolium Schm.), костяника каменистая (Rubus saxatilis L.), горошек однопарный (Vicia unijugaA.Br) и другие виды.
В брусничниковом типе леса исследовался древостой в возрасте - от 50 до 90 лет (III-V класс возраста). Запасы стволовой древесины варьируют здесь от 220 до 380 м3/га. Средние диаметр и высота и соответственно от 16 до 26 см и от 18 до 24 м. Полнота -0,8 - 1,0. Класс бонитета I-II.
Естественное возобновление представлено сосной, его количество варьирует от полного отсутствия (пр.пл. 9-11) до 10,0 тыс. шт/га (пр.пл. 12) благонадежного состояния. Подлесок редкий, представлен шиповником, спиреей средней, черемухой, рябиной, смородиной.
Живой напочвенный покров состоит из таких видов, как брусника (Vaccinium vitis idaca L.), майник двулистный, вейник тростниковый (Calamagrostis arundinacea L. ).
В осоково - разнотравном типе леса возраст древостоя 50-60 лет. Запасы стволовой древесины -
100 -110 м3/га. Средние диаметр и высота соответственно 14 - 18 см и 16 - 17 м. Полнота - 0,6. Класс бонитета - III.
Естественное возобновление представлено сосной - 2,0 тыс. шт/га благонадежного состояния (пр. пл. 14) и другой пробной площади в этом типе леса (пр.пл.15) - отсутствует. Подлесок неоднородный, редкий, представлен такими видами как спирея средняя, шиповник, черемуха, рябина.
Живой напочвенный покров состоит из осоки большехвостой, папоротника орляка и видов лесного разнотравья: грушанки круглолистной (Xanthium strumarium L.), костяники каменистой, земляники лесной (Fragaria vesca L.), клубники лесной, герани лесной (Geranium sylvaticum L), горошка мышиного (Vicia cracca L.), вероники седой (Veronica incana L.) и других.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Изучение структуры надземной фитомассы древостоев показало, что обычно 80-90 % приходится на долю стволов в коре, методы таксации которых детально разработаны и удовлетворяют запросам производства и науки. Масса остальных частей дерева находится в тесной коррелятивной связи с массой ствола. Поэтому точность учета всей массы фитоценоза будет определяться точностью определения массы стволовой древесины (Поздняков и другие, 1969).
Хвоя играет важную функциональную роль в лесных экосистемах, что определяется ее активностью в процессах роста и развития хвойных фитоценозов, взаимодействием с другими компонентами биогеоценоза и средой обитания. С количеством хвои связана продуктивность древостоев, фотосинтез, транспира-ция, продуцирование кислорода, аккумуляция атмосферной пыли и другие процессы, имеющие важное экологическое значение.
В работе рассчитали фракционный состав запасов надземной фитомассы сосновых древостоев разного возраста в трех указанных типах леса (таблица 1). Как видно из таблицы, величина общей надземной фитомассы в абсолютно сухом состоянии в разнотравном типе леса изменяется в пределах от 42 (25- летние насаждения) до 181 (90- летние) т/га. Фитомасса стволов варьирует от 32 до 166 т/га, хвои - от 3,3 до 6,0 т/га и крон - от 10 до 17 т/га.
В брусничниковом типе леса в возрасте от 50 до 90 лет общая величина надземной фитомассы изменяется от 119 до 194 т/га. Фитомасса стволов варьирует от 102 до 177 т/га; хвои - от 5,7 до 11,8 т/га и крон -от 17 до 21 т/га.
В сосняке осоково - разнотравном в возрасте 5060 лет эти показатели распределились следующим образом. Величина общей надземной фитомассы находится в пределах 79 - 84 т/га. Фитомасса стволов изменяется от 67 до 71 т/га; хвои - до 4,5 т/га и крон около 13 т/га.
Максимальное значение общей надземной фи-томассы - в брусничниковом типе леса - 194 т/га в возрасте 90 лет, минимальное - в разнотравном типе леса - 42 т/га в возрасте 25 лет.
Полученные данные по структуре запасов надземной фитомассы сходны с результатами исследований Э.А. Кадерова (1989) для сосняков Красноярской лесостепи.
Таблица 1 - Запасы надземной фитомассы сосновых древостоев (абсолютно сухое состояние)
№ пробной площади Возраст, лет Полнота Бонитет Запас, м3/га- стволов всего крон Фитомасса, т/га кроны хвои всего
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Сосняк разнотравный (РТ)
1 25 1,0 3 80 31,83 10,45 5,91 42,28
2 55 0,7 2 200 89,22 14,58 4,98 103,8
3 65 0,8 2 230 108,72 16,52 5,54 125,24
4 90 0,7 2 260 123,84 12,08 3,85 135,92
5 90 0,6 2 230 106,15 10,35 3,30 116,5
6 90 0,8 2 260 134,75 14,50 4,65 149,25
7 90 0,9 2 360 166,30 14,84 4,70 181,14
8 95 0,8 2 300 141,53 13,81 4,40 155,34
Сосняк брусничниковый (БР)
9 50 1,0 1 290 135,9 20,65 6,93 156,55
10 50 0,8 1 220 101,97 16,66 5,69 118,63
11 50 1,0 1 280 131,20 19,90 7,00 155,00
12 85 0,9 2 370 172,20 16,80 4,95 188,96
13 90 1,0 2 380 176,91 17,26 5,50 194,17
Сосняк осоково-разнотравный (ОСРТ)
14 50 0,6 3 100 67,06 12,68 4,52 79,74
15 60 0,6 3 110 71,36 12,66 4,41 84,02
Наглядное представление о соотношении фракций надземной фитомассы древостоев в сосняках разнотравных дает рисунок 1.
I хвоя вгтви I ствол
№ пробной площади
Рисунок 1 - Фракционный состав запасов надземной фитомассы
Аналогичная картина просматривается и в двух других типах леса.
Мы проанализировали соотношение фракций надземной фитомассы древостоев разных классов бонитета и полноты в исследованных типах леса при фиксированном возрасте (пробные площади 2, 9,10,11, 14).
Установлено, что в 50-летних насаждениях разных типов леса снижение класса бонитета и полноты сказывается в уменьшении запасов фитомассы дре-востоев и хвои в том числе.
Используя литературные данные (Протопопов, 1975; Белов, 1983; Спицына, 2014 и другие), на основе дополнительных биометрических показателей, мы рассчитали некоторые санитарно - гигиенические свойства исследованных сосняков (таблица 2).
Таблица 2 - Оценка некоторых санитарно - гигиенических функций сосновых насаждений
- „ Надземная фитомасса, Средний ежегодный
№ пробной площади , д. /
г т/га прирост фитомассы, т/га
Выделение О т/га Поглощение СО т/га
1 2 3 4 5
Сосняк разнотравный (РТ)
1 42,28 1,69 2,4 3,0
2 103,8 1,89 2,6 3,4
3 125,24 1,93 2,7 3,5
4 135,92 1,51 2,1 2,7
5 116,5 1,29 1,8 2,3
6 149,25 1,66 2,3 3,0
7 181,14 2,01 2,8 3,6
8 155,34 1,64 2,3 3,0
Окончание таблицы 2
1~ 2
9
10
11
12
13
14
_15
Максимальные значения такого дополнительного биометрического показателя как средний ежегодный прирост фитомассы отмечены в высокобонитетных насаждениях - 2,4 - 3,1 т/га (пр. пл. 9 - 11). Снижение класса бонитета до II и III сопровождается уменьшением этого показателя в 1,6 - 2 раза. На его основе были рассчитаны такие санитарно - гигиенические функции сосняков, как выделение О2 и поглощение С02 в роных типах лсса нар;иных возрастных этапах. Видим,чтов стстхте разнттрнвномТПсУ сасс возрасаа) ых ларрдогфосзвсдитенпнияспосоЧность -в пределах 1,8 - 2,8 т/га в среднем за год; в сосняке брусничниковом (III-V класс возраста) - 3,0 - 4,4 т/га и в сосняке осоково - разнотравном (III класс возраста)- 2,0 и 2,0 н/га.
Аналогннная невденрип троссожнааотсс и в ах-HC^in^i^HHnai^j^OB^^i^i^H^J^^D^^j^o^ijp где рахбенаси са-ставляют в пределах от 2,5до 5,6 т/га.
Обращает на себя внимание тот факт, что интен-ринсодгь проявхнтис кисеифадогфоизаодноелыюй и yглонанноoглхвиавнонoй снособшствзнанонт от рпинотынревнстоя. Три охнвнеахн этитаоказатекей в СО — пчтних сосняках разных типов леса, разных полнот дает следующую картину выделения кисло-
Полнота древостоя
Рисунок 2 - Интенсивность выделения кислорода в 50 - летних сосняках разной полноты
Известно, что лес обладает высокой пылезадер-живающей и пылеосаждающей способностью в нижнем слое атмосферы, выполняя роль фитофильтра. В своей работе мы рассчитали пылеаккумулирующую способность насаждений объекта исследований (та-блицаЗ).
Для этого нами был использован такой биометрический показатель как индекс листовой индекс поверхности или листовой индекс, представленный
3 4 5
4,4 5,6
3,3 4,3
4,4 5,6
3,2 4,1
3,0 3,9
2,2 2,9
2,0 2,5
в таблице 3. Листовой индекс - это отношение суммарной поверхности листьев (односторонней) и хвои (полной) к единице площади участка, занятого фитоценозом или его отдельными ярусами (Поздняков и другие, 1969). Это - важный признак при сравнении биологической продуктивности лесов разного состава, возраста и полноты, географического положения и происхождения.
Как видно из таблицы, максимальное его значение - в брусничниковом типе леса (5,64га/га) - в возрасте древостоя 85 лет, минимальное - в разнотравном (1,58) - в 90 лет. Сравнение 50 - летних сосняков разных типов леса по листовому индексу позволяет сделать вывод, что в насаждениях
Таблица 3 - Листовой индекс, фитонцидная активность и пылеаккумулирующая способность сосняков
№ пробной площади Масса хвои (сырой), т/га Листовой индекс, га/га Выделение фитонцидов, кг/га Аккумуляция пыли, т/га
Сосняк разнотравный (РТ)
1 12,80 2,84 427,6 1,09
2 10,78 2,39 360,1 0,92
3 12,00 2,66 400,9 1,02
4 8,33 1,85 278,3 0,71
5 7,14 1,58 238,5 0,61
6 10,08 2,23 336,8 0,86
7 10,17 2,26 339,8 0,87
8 9,52 2,11 318,0 0,81
Сосняк брусничниковый (БР)
9 15,00 3,33 501,1 1,28
10 12,32 2,73 411,6 1,05
11 15,00 3,33 501,1 1,28
12 11,90 5,64 397,6 2,17
13 11,90 5,64 397,6 2,17
Сосняк осоково - разнотравный (ОСРТ)
14 9,78 2,17 326,7 0,83
15 9,54 2,12 318,7 0,81
I класса бонитета - сосняки брусничниковые (пр. пл. 9 -11) зафиксированы максимальные значения -2,73 - 3,33 га/га. При снижении класса бонитета до II (пр. пл. 2) и Ш (пр.пл. 14) отмечается тенденция уменьшения этого показателя.
Используя экспериментальные данные Л.Н. Скри-пальщиковой (1997) для сосняков Красноярской лесостепи, мы получили данные по перехвату пыли на-шимиобъектамиисследования.
Как показали расчеты, способность аккумулировать пыль сосняками за вегетационный период составляет: разнотравный тип леса - 0,61 - 1,09;
Сосняк брусничниковый (БР) 156,55 3,13
118,63 2,37
156,55 3,13
194,17 2,28
194,17 2,16
Сосняк осоково - разнотравный (ОСРТ) 79,74 1,59
84,02 1,40
брусничниковый 1,05 - 2,17 и осоково - разнотравный - 0,81 - 0,83 т/га. Лучший показатель - у сосняка брусничникового - (2,17 т/га), худший у 90-летнего сосняка разнотравного (0,61 т/га).
Как видно из полученных данных, увеличение листового индекса сосняков сопровождается увеличением количества перехватываемой ими пыли.
Известно, что подавляющее большинство древесных пород, многие кустарники и травы выделяют в атмосферу летучие вещества, обладающие бактерицидными свойствами. Они называются фитонцидами, то есть растительными ядами (Протопопов,1975). Они губительно действуют на многие болезнетворные бактерии и другие простейшие организмы. Фитонциды эффективны даже в очень маленьких концентрациях. Считается, что 2 кг фитонцидов достаточно для обеззараживания воздуха в городе средних размеров.
Используя литературные данные (Протопопов, 1987), нами была произведена оценка фитонцидной активности насаждений. Для этого использовалось значение фитомассы хвои в сыром состоянии (таблица 3). Мы рассчитали, что наибольшей фитонцидной активностью отличаются брусничниковые сосняки, где максимальное значение (501,1 кг) выделяет 1 га пятидесятилетнего древостоя за вегетационный период. Минимальное значение (238,5кг/га) - в 90-летнем сосняке разнотравном.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
На основе лесоводственно-таксационной характеристики насаждений, имеющих статус особо охраняемой природной территории, испытывающих значительные рекреационные нагрузки и выполняющих средоулучшающие функции, рассчитан фракционный состав запасов надземной фитомассы. Структура накопления фитомассы прослежена в возрастном диапазоне 25-90 лет в наиболее распространенных типах леса: сосняках разнотравных, брусничниковых и осоково-разнотравных.
Максимальные (194 т/га) и минимальные (42 т/га) запасы надземной фитомассы в пересчете на абсолютно сухое состояние зафиксированы соответственно в 90-летнем сосняке брусничниковом и 25-летнем -разнотравном. В том числе масса хвои - наиболее функциональный показатель - варьирует в диапазоне от 3 до 7 т/га.
Анализ соотношения фракций, показал, что с увеличением возраста древостоя в общем запасе фи-томассы увеличивается доля стволов и уменьшается доля хвои. Так на фитомассу стволов и хвои в 25 -летнем сосняке разнотравном приходится соответственно 75 и 14 %, а в возрасте 95 лет - уже 91 и 3 %; возрасте 50 - 60 лет во всех типах леса на стволовую массу приходится 86 - 87 % и на долю хвои - 4 - 6 %.
Полученные данные по запасам фитомассы хорошо согласуются с данными для сосняков Красноярской лесостепи.
Такие дополнительные биометрические показатели как средний ежегодный прирост фитомассы и листовой индекс позволили рассчитать интенсивность
проявления некоторых санитарно-гигиенических функций.
В сосняке разнотравном (II-V класс возраста) кислорода производится примерно от 1,8 до 2,8 т/га в год; в сосняке брусничниковом (III-V класс) - от 3,8 до 4,4 т/га и в сосняке осоково - разнотравном (III класс) - 2,0 - 2,2 т/га.
Аналогичная тенденция прослеживается и в отношении поглощения углекислоты, где разбежки находятся в пределах от 2,5до 5,6 т/га.
Обращает на себя внимание тот факт, что интенсивность проявления кислородопроизводительной и углеродопоглотительной способности увеличивается по мере увеличения полноты древостоя.
Как показали расчеты, способность аккумулировать пыль сосняками за вегетационный период составляет от 0,61 до 2,17 т/га в зависимости от возраста древостоя, типа леса, класса бонитета и полноты.
Наибольшей фитонцидной активностью отличаются брусничниковые сосняки, где количество обеззараживающих воздух веществ, выделяемых 1 га леса за вегетационный период достигает 500 кг.
До 75% насаждений бора составляют древостои второго класса бонитета, имеющие достаточно высокие характеристики по биологической и экологической продуктивности. Как показали наши расчеты, сосновые насаждения «Памятника природы в г. Кан-ске» вносят весьма ощутимый вклад в оздоровление окружающей среды региона.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Белов, С.В. Лесоводство / С.В.Белов.- Москва: Лесная промышленность, 1983. С. 4-217. Кадеров, Э.А. Гидрологическая роль сосновых лесов Красноярской лесостепи: автореф. дисс. на соискание ученой степени канд. с.-х. наук / Э.А. Кадеров - Красноярск. - 1989. - 20 с. Протопопов, В. В. Биологическая продуктивность и биометрические показатели некоторых типов сосновых древостоев Средней Сибири / В. В. Протопопов, В. М. Горбатенко // Географические аспекты горного лесоведения и лесоводства: сб. ст. - Чита, 1967. - 250 с. Протопопов, В.В. Средообразующая роль темнохвойного леса
/ В.В. Протопопов. - Новосибирск: Наука, 1975. - 327с. Протопопов, В.В. Средообразующая роль лесных экосистем /В.В.Протопопов. - Красноярск, 1982. - 139 с. Поздняков, Л. К. Биологическая продуктивность лесов Средней Сибири и Якутии /Л. К Поздняков, В. В.Протопопов, В. М. Горбатенко. - Красноярск: ИЛиД СО РАН, 1969.-153 с. Скрипальщикова, Л.Н. Пылеулавливающие свойства лесных экосистем в лесостепных районах Средней Сибири: автореф. дисс. на соискание ученой степени канд. биол. наук / Л.Н Скрипальщикова. - Красноярск. - 1997. - 20 с. Спицына, Н.Т. Биологическая продуктивность березняков Канской лесостепи в условиях антропогенного воздействия - Красноярск: СибГТУ, 2014. - 107 с. Сукачев, В.Н. Избранные труды: Т. 1. Основы лесной типологии и биогеоценологии. - Л. : Наука, 1972. — 418 с. Уткин, А.И. Биологическая продуктивность лесов (методы изучения и результаты) / А.И.Уткин // Лесоведение и лесоводство Т1. - М.: Наука, 1975. - С. 10-160.
Рисунок - Общий вид соснового бора
Рисунок - Подлесок в сосновых насаждениях
Рисунок - Железная дорога, пересекающая сосновый бор
Рисунок - Сосняки разнотравные
Рисунок - Подрост в сосновых насаждениях
Поступила в редакцию 16.11.15 Принята к печати 10.05.16
