В процессе роста древостоев конкурентные взаимоотношения между деревьями влияют в первую очередь на размеры кроны, а затем – на размеры стволов [4].
Отсутствие мер содействия формированию мощного ассимиляционного аппарата приводит к формированию у деревьев этиолированных чрезмерно полнодревесных стволов, небольших крон и крайне недостаточной площади питания [6]. Возможности постоянного наращивания площади питания и массы ассимиляционного аппарата и диаметра средних деревьев в насаждениях всех главных лесообразующих пород можно достичь с помощью своевременных уходов требуемой интенсивности.
Для малолесных стран, к числу которых относится Казахстан, лесные насаждения приобретают важное природоохранное, социальное и хозяйственное значение. Учитывая тот факт, что все леса в РК по целевому назначению являются защитными, первоочередной задачей становится не только сохранение, но и увеличение их биологического потенциала для успешного выполнения лесами их экологических функций. Биологическая продуктивность насаждений напрямую связана с состоянием древесного полога. Поэтому данные о состоянии крон деревьев в древостое имеют важное практическое значение для улучшения строения лесных насаждений по густоте, повышения динамики их роста и продуктивности и, следовательно, устойчивости лесной экосистемы к внешним факторам воздействия.
Материалы и методы исследований
Исследования проводились в сосняках Баянаульского государственного национального природного парка (ГНПП), расположенного в Павлодарской области Республики Казахстан на окраине Центрально-Казахстанского мелкосопочника. Заложено 5 пробных площадей (ПП) в Баянаульском лесничестве: в естественных сосняках – ПП-4Б (сухой тип лесорастительных условий (тип леса С2)), ПП-5Б (свежий тип лесорастительных условий (тип леса С3)); в искусственных сосняках – ПП-1Б и ПП-2Б (тип леса С3), ПП-3Б (тип леса С2). Все древостои ПП относятся к зоне туристической и рекреационной деятельности.
Закладка ПП проведена в соответствии с существующими методическими рекомендациями [2]. Для определения лесотаксационных параметров исследуемых сосновых древостоев применялся метод сплошных перечетов, традиционный для исследовательских работ на ПП [3].
Диаметр кроны определялся измерительной рулеткой по проекции кроны на поверхность почвы. Высота до первой живой ветви устанавливалась деревянным складным шестом с соответствующими делениями.
Анализ таксационных характеристик крон исследуемых древостоев на ПП проведен по данным замеров у 143 деревьев.
Определение жизненного состояния древостоя в целом и каждого дерева в отдельности проводилось по методике В.А. Алексеева [1]. При показателе 100–80 % жизненное состояние древостоя оценивалось как «здоровое», при 79–50 % древостой считается поврежденным (ослабленным), при 49–20 % – сильно поврежденным (сильно ослабленным), при 19 % и ниже – полностью разрушенным.
Площадь проекции кроны рассчитывалась по формуле
Sкр = πr2, (1)
где Sкр – площадь кроны, м2; π – число пи, равное 3,14; r – радиус кроны, см.
Объем кроны деревьев сосны вычислялся как объем геометрической фигуры, по формуле объема параболоида
(2)
где Vкр – объем кроны, м3; Sкр – площадь кроны, м2; Lкр – протяженность кроны, м.
Данные обработаны статистически с помощью компьютерной программы Excel.
Результаты исследований и их обсуждение
Основные таксационные характеристики исследуемых сосновых древостоев представлены в табл. 1.
Таблица 1
Таксационная характеристика сосновых древостоев в Баянаульском ГНПП
|
№ п/п |
Состав |
Тип леса |
Возраст, лет |
Средние |
Густота, шт/га |
Полнота |
Запас, м3/га |
Класс бонитета |
|
|
высота, м |
диаметр, см |
||||||||
|
Естественные насаждения |
|||||||||
|
4Б |
10С |
С2 |
69 |
8,9 |
12,4 |
2525 |
1,1 |
156,8 |
V |
|
5Б |
10С |
С3 |
69 |
10,3 |
14,9 |
2128 |
1,2 |
207,0 |
V |
|
Искусственные насаждения |
|||||||||
|
1Б |
10С |
С3 |
65 |
11,1 |
19,3 |
583 |
0,6 |
97,5 |
IV |
|
2Б |
10С |
С3 |
40 |
10,6 |
14,8 |
2080 |
1,2 |
206,9 |
III |
|
3Б |
10С |
С2 |
33 |
9,0 |
12,2 |
2778 |
1,1 |
162,3 |
III |
По данным табл. 1 объекты исследований представлены чистыми по составу одновозрастными сосняками. На момент закладки опытов возраст естественных древостоев составил 69 лет (IV класс возраста). Класс бонитета – V. Искусственные сосняки на ПП-2Б и 3Б относятся к II классу возраста, на ПП-1Б древостои характеризуются IV классом возраста. Класс бонитета искусственных древостоев – III-IV.
Исследуемые древостои относятся к высокополнотным со средним значением полноты 1,2. ПП-1Б заложена в среднеполнотных древостоях, значение полноты – 0,6. Необходимо отметить, что снижение полноты на ПП-1Б произошло по причине самовольной вырубки деревьев в конце 1990 – начале 2000-х годов.
Биологическая устойчивость насаждения определяется способностью сохранять жизнеспособность и структуру в условиях неблагоприятных антропогенных и природных воздействий [5]. В качестве критерия биологической устойчивости исследуемых сосняков нами был использован показатель жизненного состояния [1].
Согласно полученным данным (табл. 2) значение показателя жизненного состояния (ОЖС) исследуемых сосновых древостоев варьирует в пределах 67,0–76,0 %, что дает основание оценивать их как «ослабленные» или биологически неустойчивые. Наибольшим значением ОЖС, равным 75,7 %, характеризуется среднеполнотный древостой на ПП-1Б.
Таблица 2
Среднестатистические данные таксационных показателей крон деревьев в сосняках Баянаульского ГНПП
|
№ п/п |
Показатель жизненного состояния, % |
Протяженность кроны (Lкр), м |
Диаметр кроны (Dкр), см |
Площадь кроны (Sкр), м2 |
Объем кроны (Vкр), м3 |
|
Естественные древостои |
|||||
|
4Б |
69,3 ± 2,2 |
2,8 ± 0,2 |
157,4 ± 8,1 |
2,1 ± 0,2 |
3,3 ± 0,4 |
|
5Б |
66,5 ± 2,8 |
3,4 ± 0,3 |
155,9 ± 10,2 |
2,1 ± 0,3 |
4,6 ± 1,0 |
|
Искусственные древостои |
|||||
|
1Б |
75,7 ± 3,1 |
5,6 ± 0,5 |
274,4 ± 14,3 |
6,4 ± 0,6 |
21,0 ± 3,3 |
|
2Б |
70,0 ± 3,0 |
2,6 ± 0,3 |
167,3 ± 11,4 |
2,5 ± 0,4 |
4,0 ± 1,0 |
|
3Б |
73,3 ± 2,9 |
2,3 ± 0,2 |
186,3 ± 10,6 |
3,0 ± 0,3 |
4,2 ± 0,8 |
Необходимо отметить, что деревья сосны на ПП-1Б характеризуются хорошо развитой кроной, особенностью которой является ее ажурность и эстетичность восприятия древостоя в целом. Данный факт весьма важен для данных насаждений, являющихся по своему назначению рекреационными. Визуальная оценка декоративных качеств кроны деревьев сосны в среднеполнотном древостое на ПП-1Б подтверждается полученными в результате проведенных исследований их таксационными характеристиками.
Приведенные в табл. 2 данные значений основных показателей кроны деревьев в исследуемых сосновых древостоях свидетельствуют, что наибольшей протяженностью (Lкр), диаметром (Dкр), площадью (Sкр) и объемом (Vкр) кроны характеризуются среднеполнотные древостои на ПП-1Б, средние значения рассматриваемых показателей которых в 1,6–6,4 раза превосходят аналогичные в высокополнотных древостоях. При проведении сравнительного анализа необходимо учесть тот факт, что значение показателя густоты произрастания на ПП-1Б составляет 583 шт./га, что в 3,6–4,8 раза меньше, в сравнении с данным показателем на ПП-2Б, 3Б, 4Б, 5Б. Также значительные различия между сравниваемыми ПП отмечаются в среднем диаметре древостоя, значения которого на ПП-1Б в 1,3–1,6 раза превышают аналогичный показатель на других ПП, при этом значительных различий в высоте древостоя не наблюдается.
Различия рассматриваемых показателей (Lкр, Dкр, Sкр, Vкр) между ПП-1Б и ПП-2Б, 3Б, 4Б, 5Б статистически доказаны (tфакт = 3,8–7,1 при t0,05 = 2,00).
Следует отметить, что достоверных различий в значениях Lкр, Dкр, Sкр и Vкр в сравниваемых по типам лесорастительных условий в высокополнотных естественных (ПП-4Б и 5Б) и искусственных (ПП-2Б и 3Б) сосновых древостоях не наблюдается, что подтверждается рассчитанным t-критерием Стьюдента (tфакт = 0,0–1,7 при t0,05 = 2,00).
В результате проведенного сравнительного анализа можно сделать вывод о том, что на такие показатели, как протяженность (Lкр), диаметр (Dкр), площадь (Sкр) и объем (Vкр) кроны деревьев сосны в исследуемых сосняках, большое влияние оказывает полнота древостоев и густота произрастания.
Для более полного анализа влияния густоты и полноты древостоев на параметры кроны нами было проведено распределение значений показателей кроны (Dкр, Sкр, Vкр) деревьев сосны на ПП по категориям жизненного состояния (табл. 3 и 4).
Данные табл. 3 свидетельствуют, что на всех обследованных ПП отмечается зависимость диаметра кроны (Dкр) от категории жизненного состояния дерева. С улучшением жизненного состояния деревьев отмечается увеличение значений диаметров их крон. Различия средних значений диаметра кроны (Dкр) достоверны при сравнении всех категорий жизненного состояния на каждой ПП (tфакт = 3,1–24,4 при t0,05 = 2,06–2,13).
Значения Dкр деревьев в среднеполнотных сосновых древостоях на ППП-1Б, во всех рассматриваемых категориях жизненного состояния, превышают данный показатель в высокополнотных сосняках на ПП-2Б, 3Б, 4Б и 5Б в среднем в 1,3–1,6 раза. Полученные существенные различия в значениях диаметра кроны деревьев всех категорий состояния на ПП-1Б и ПП-2Б, 3Б, 4Б, 5Б достоверны и подтверждаются рассчитанным t-критерием Стьюдента (tфакт = 3,2–22,6 при t0,05 = 2,06–4,30).
Как было отмечено ранее, достоверных различий в значениях показателей кроны деревьев, в высокополнотных естественных (ПП-4Б и 5Б) и искусственных (ПП-2Б и 3Б) сосновых древостоях не наблюдается, поэтому для более точного анализа нами были сгруппированы данные показателей кроны вышеуказанных ПП.
В результате проведенного анализа данных выявлена взаимосвязь диаметра кроны деревьев с показателем жизненного состояния (рис. 1), которая в высокополнотных естественных и искусственных сосновых древостоях аппроксимируется уравнением полинома 2 степени. В среднеполнотных искусственных сосняках взаимосвязь диаметра кроны деревьев с показателем жизненного состояния носит линейную зависимость, которая подтверждается достаточно высоким коэффициентом аппроксимации R2 = 0,9247.
Таблица 3
Средние значения диаметра кроны (Dкр) деревьев сосны на ПП по категориям жизненного состояния, см
|
№ п/п |
Здоровые |
Ослабленные |
Сильно ослабленные |
|
Естественные древостои |
|||
|
4Б |
202,8 ± 4,0 |
148,0 ± 8,4 |
80,6 ± 3,0 |
|
5Б |
217,8 ± 14,8 |
143,0 ± 9,8 |
94,0 ± 4,0 |
|
Искусственные древостои |
|||
|
1Б |
309,6 ± 14,6 |
231,8 ± 20,9 |
148,7 ± 0,3 |
|
2Б |
234,3 ± 15,3 |
144,3 ± 8,0 |
90,9 ± 5,9 |
|
3Б |
233,5 ± 10,5 |
158,3 ± 9,8 |
109,4 ± 5,9 |
Рис. 1. Взаимосвязь диаметра кроны (Dкр) с показателем жизненного состояния в сосняках Баянаульского ГНПП
Распределение значений показателей площади (Sкр) и объема (Vкр) кроны деревьев сосны на ПП по категориям жизненного состояния, представленное в табл. 4, свидетельствует о существующей зависимости данных показателей от категорий жизненного состояния деревьев. Различия значений диаметра площади (Sкр) и объема (Vкр) кроны достоверны при сравнении всех категорий жизненного состояния между собой на каждой ПП (tфакт = 3,1–11,4 при t0,05 = 2,06–2,13).
Значения Sкр и Vкр в среднеполнотных сосновых древостоях на ППП-1Б, во всех рассматриваемых категориях жизненного состояния, превышают данный показатель в высокополнотных сосняках на ПП-2Б, 3Б,4Б и 5Б в среднем в 2–4 раза. Полученные существенные различия в значении площади кроны деревьев в каждой из категорий состояния между ПП-1Б и ПП-2Б, 3Б, 4Б, 5Б достоверны и подтверждаются рассчитанным t-критерием Стьюдента (tфакт = 3,3–10,0 при t0,05 = 2,06–4,30). Достоверные различия в значениях объема кроны статистически доказаны только при сравнении «здоровых» и «ослабленных» деревьев между ПП-1Б и ПП-2Б, 3Б, 4Б, 5Б (tфакт = 3,5–5,6 при t0,05 = 2,06–4,30).
В результате проведенного анализа данных установлена взаимосвязь площади кроны (Sкр) деревьев с показателем жизненного состояния (рис. 2), которая в высокополнотных естественных и искусственных сосновых древостоях аппроксимируется уравнением полинома 2 степени. В среднеполнотных искусственных сосняках взаимосвязь диаметра кроны деревьев с показателем жизненного состояния носит линейную зависимость, которая подтверждается достаточно высоким коэффициентом аппроксимации R2 = 0,9303.
Таблица 4
Показатели площади (Sкр) и объема кроны (Vкр) деревьев сосны на ПП по категориям жизненного состояния, м2/м3
|
№ п/п |
Здоровые |
Ослабленные |
Сильно ослабленные |
|
Естественные древостои |
|||
|
4Б |
3,2 ± 0,1 6,1 ± 0,5 |
1,8 ± 0,2 2,6 ± 0,4 |
0,5 ± 0,0 0,4 ± 0,0 |
|
5Б |
3,8 ± 0,5 11,6 ± 2,8 |
1,7 ± 0,3 2,8 ± 0,6 |
0,7 ± 0,1 0,7 ± 0,1 |
|
Искусственные древостои |
|||
|
1Б |
7,8 ± 0,7 29,2 ± 4,1 |
4,5 ± 0,7 9,9 ± 1,9 |
1,7 ± 0,0 1,2 ± 0,3 |
|
2Б |
4,5 ± 0,7 9,1 ± 2,1 |
1,7 ± 0,2 2,1 ± 0,3 |
0,7 ± 0,1 0,4 ± 0,1 |
|
3Б |
4,4 ± 0,4 7,3 ± 1,1 |
2,1 ± 0,2 2,0 ± 0,4 |
0,9 ± 0,1 0,3 ± 0,1 |
Примечание. В числителе – площадь кроны; в знаменателе – объем кроны.
Рис. 2. Взаимосвязь площади кроны (Sкр) с показателем жизненного состояния в сосняках Баянаульского ГНПП
Рис. 3. Взаимосвязь объема кроны (Vкр) с показателем жизненного состояния в сосняках Баянаульского ГНПП
Выявленная взаимосвязь объема кроны (Vкр) деревьев с показателем жизненного состояния (рис. 3), в среднеполнотных искусственных и высокополнотных естественных и искусственных сосняках описывается уравнением полинома 2 степени с высокими значениями коэффициента аппроксимации (R2).
Выводы
1. По значению показателя жизненного состояния (ОЖС) исследуемые сосновые древостои относятся к категории «ослабленные» и оцениваются как биологически неустойчивые. Наибольшим значением ОЖС характеризуется среднеполнотный древостой.
2. На протяженность, диаметр, площадь и объем кроны деревьев сосны в исследуемых сосняках большое влияние оказывают полнота древостоев и густота произрастания. Со снижением последних отмечается увеличение рассматриваемых параметров кроны.
3. Статистически доказана зависимость диаметра, площади и объема кроны от категорий жизненного состояния деревьев. С улучшением жизненного состояния деревьев отмечается увеличение значения диаметра их кроны.
4. Взаимосвязь рассматриваемых показателей крон деревьев в высокополнотных древостоях может быть описана уравнением полиноминальной функции. В среднеполнотных сосняках данная взаимосвязь носит прямолинейный характер и подтверждается высоким коэффициентом аппроксимации.
5. Диаметр, площадь и объем кроны деревьев в рекреационных сосняках II и IV классов возраста являются достоверными диагностическими показателями их жизненного состояния.
6. Одним из эффективных способов снижения полноты древостоев с сохранением санитарно-гигиенических и ландшафтных характеристик насаждений рекреационного назначения являются ландшафтные рубки, актуальность проведения которых в исследуемых сосняках не вызывает сомнения, поскольку применяемые на сегодняшний день сплошные санитарные рубки в сосняках Баянаульского ГНПП не решают задач повышения их биологической и пожарной устойчивости, а также рекреационной привлекательности.