В лесном хозяйстве на протяжении XX в. разработано достаточное количество математических моделей хода роста по высоте, диаметру и запасу на 1 га различных насаждений для определенных областей и районов. Данные модели широко применяются в настоящее время. В то же время изучение и построение моделей, описывающих динамику состава древостоя, в последнее время практически не производятся, так как фактически прекратилась разработка таблиц хода роста.
Т.В. Батвенкина изучила и построила регрессионные модели динамики состава хвойных и лиственных пород Кодинского, Мотыгинского и Невонского лесничеств. По результатам анализа данных автором установлен процесс сукцессионной смены пород, где элемент леса мягколиственных пород в составе с возрастом снижается, а доля хвойных элементов древостоя увеличивается [1–3].
В.В. Киселевым, С.А. Коротковым, П.В. Скородумовым изучена смена породного состава в лесах Лосиного острова. Авторы на основании исследований пришли к конкретному заключению, что в лесах Лосиного острова происходит существенная замена динамики березы и сосны липой, реже елью [4].
На территории Теллермановского опытного лесничества В.Г. Стороженко, В.В. Чеботарева, П.А. Чеботарев провели исследования структуры древостоев дуба естественного и искусственного происхождения при различных методах ухода в процессе их формирования. Древостои дуба порослевого происхождения при проведении рубок ухода за порослью образуют в дальнейшем состав до 6 единиц дуба, а в свою очередь применение полного цикла рубок ухода к дубовым культурам способствует увеличению дубового компонента до 10 единиц в составе первого яруса [5].
По результатам изучения динамики видового состава дубовых насаждений С.И. Конашовой, А.Ф. Губайдуллиным, Л.М. Ишбирдиновой сформулированы следующие выводы. В смешанных дубовых лесах с активной рекреационной деятельностью на протяжении 50-летнего периода происходит смена дуба на липу и клен, но при повышении рекреационной нагрузки лидерство остается за липой [6].
Исследование смены дубовых насаждений на липовые в условиях Воронежского заповедника проводилось Н.Л. Гончаровой [7].
Н.Ф. Овчинникова, А.Е. Овчинников [8] изучали динамику состава и пространственную структуру осинового древостоя, сформировавшегося в черневом поясе Западного Саяна на вырубке кедровника 1950 г. Авторы установили, что с возрастом рубки доли породы кедра и пихты на вырубке отстают в росте от лиственного элемента, но при этом доля осины сокращается в районе 2 единиц, а пихты, наоборот, увеличивается на 2 единицы [8].
Представленный обзор указывает на то, что процессы смены пород, а значит, и их состава, идут постоянно и исследование данного вопроса необходимо развивать с точки зрения как лесоустройства, так и лесоведения. Наиболее перспективным направлением является оценка динамики породного состава после проведения сплошных рубок.
Фиксация послерубочных процессов в пихтовых насаждениях на территориях, которые подвергаются интенсивному антропогенному воздействию, позволяет прогнозировать возможные сценарии развития насаждений. В результате вышеизложенного необходимо рассмотреть и спрогнозировать динамику состава послерубочных пихтовых насаждений в условиях интенсивного лесопользования на территории Среднесибирского подтаежно-лесостепного района.
Материалы и методы исследования
Камеральная обработка данных производилась на основании методической рекомендации В.С. Моисеева. Так, для определения динамики состава по породам использовалось соотношений суммарных запасов глазомерной таксации. Общий запас насаждения соответствующего класса возраста принят за 10 единиц состава с последующим определением десятой части коэффициента породы в составе [9].
На протяжении значительного промежутка времени территория Среднесибирского подтаежно-лесостепного района (Канского административно-территориального района) подвергалась интенсивному антропогенному воздействию в части истощительного проведения лесозаготовительных работ (рис. 1).
Рис. 1. Территория государственного лесного фонда Канского района
Следовательно, лесовосстановительные процессы возобновляющихся насаждений Канского лесничества требуют внимательного изучения породного состава древостоев. По материалам таксационного описания и плана лесонасаждения Канского лесничества 1977–1978 гг. и 2001 г. отобрано 40 пихтовых участков после проведения сплошных рубок в различные годы второй половины XX в. За основу исследования взят состав послерубочных пихтовых насаждений. С целью объективной оценки во всех выбранных участках учитывалась: таксационная характеристика вырубаемого древостоя, густота, возраст и видовая представленость предшествующей генерации, площадь вырубаемых участков. Изученные показатели подвергались статистической обработке в программе Microsoft Office Excel. Функции для прогноза подбирались с помощью программы CurveExpert 1.3.
Результаты исследования и их обсуждение
Пихтовые древостои, подвергшиеся сплошным рубкам, относятся к смешанным насаждениям. Средний состав вырубленных насаждений составил 6П2Е1К1Б. Насаждения относятся к категории высокополнотных, с полнотой 0,7–0,9, средний запас насаждений 245 м3/га, группа типов леса разнотравная и представлена следующими типами леса: осоко-разнотравная, крупнотравная, разнотравная.
Состав подроста под пологом материнского древостоя, назначенного в рубку, представлен доминирующим пихтовым, еловым и кедровым элементами леса 8П1Е1К, средняя густота подроста составила 5,3 тыс. шт./га, средний возраст – 20 лет.
Средняя площадь вырубленного участка – 17,3 га.
На основании проведенных лесоустроительных работ 2001 г. по каждому году вырубки в нарастающей последовательности был выписан средний состав послерубочного восстанавливающего насаждения. После этого для получения объективного результата по элементам леса выполнен расчет каждого элемента леса в составе по годам на среднюю площадь вырубки. Далее проведена статистическая обработка данных. В дальнейшем послерубочный состав на вырубленных участках был усреднен и разнесен по временным периодам: до 5 лет; 5–15 лет; 15–25 лет; 25 и выше лет (табл. 1).
По предварительному анализу табл. 1 можно констатировать, что в пихтовых молодых насаждениях после рубки доля пихты сокращается на 5 единиц (50 %), ель встречается только в составе пятилетних вырубок. Доля кедра остается неизменной на протяжении изучаемого периода. Представленность березы незначительно варьирует от 40 % до 50 %, осина в составе появляется на вырубках после 15-летнего возраста.
Таблица 1
Средний состав послерубочных пихтовых молодняков по каждому временному периоду
|
Временной период |
Состав |
|
до 5лет |
8П1Е1К |
|
5–15 лет |
6П4Б |
|
15–25 лет |
4П1К4Б1Ос |
|
25 и выше |
3П1К5Б1Ос |
В дальнейшем в программе CurveExpert 1.3 подобраны регрессионные модели по годам рубки для главного элемента леса, а также для главного совместно с сопутствующими породами: Пихта (П), Пихта + Ель (П + Е), Пихта + Кедр (П + К), Пихта + Береза (П + Б), Пихта + Осина (П + Ос) (табл. 2).
Коэффициент детерминации для пред- ставленных элементов леса находится в пределах 0,47–0,76. При этом стандартная ошибка по доле участия имеет следующие значения: 11,9–21,0 % применительно к пихтовым вырубкам на территории КГБУ «Канское лесничество» (табл. 3).
На основании выполненного исследования получена модель изменения доли каждого элемента леса в составе молодого поколения послерубочных пихтовых насаждений в зависимости от давности рубки (табл. 4).
Таблица 2
Параметры регрессионной модели
|
Элемент леса |
Вид уравнения |
Коэффициенты уравнения |
|||
|
a |
b |
c |
d |
||
|
П |
y = (a*b + c*xd)/(b + xd) |
–1064,0415 |
143,8396 |
756,7688 |
0,7009 |
|
П + Е |
–1063,6638 |
130,9875 |
734,2648 |
0,6927 |
|
|
П + К |
–858,0493 |
123,2051 |
601,3178 |
0,6829 |
|
|
П + Б |
–334,7006 |
117,5508 |
235,2738 |
0,6823 |
|
|
П + Ос |
–1063,1002 |
129,1649 |
741,4908 |
0,6894 |
|
Таблица 3
Оценка адекватности регрессионных моделей
|
Элемент леса |
Статистические показатели |
|
|
R |
µотн, % |
|
|
П |
0,76 |
17,8 |
|
П + Е |
0,74 |
18,3 |
|
П + К |
0,61 |
21,0 |
|
П + Б |
0,47 |
11,9 |
|
П + Ос |
0,76 |
17,0 |
Примечание: R – коэффициент корреляции; µотн, – стандартная ошибка, %. Все оценки получены при уровне доверительной вероятности p = 0,954.
Таблица 4
Динамика состава послерубочных пихтовых насаждений
|
Элемент леса |
Возраст рубки |
||||||||||||||||
|
до 5 лет |
5–15 лет |
15–25 лет |
25 и выше лет |
||||||||||||||
|
1999 |
1998 |
1997 |
1996 |
1994 |
1987 |
1986 |
1982 |
1977 |
1976 |
1975 |
1973 |
1971 |
1970 |
1969 |
1968 |
1961 |
|
|
П |
76,7 |
75,2 |
73,6 |
72,1 |
69 |
58,5 |
56,6 |
50,3 |
42,5 |
40,9 |
39,4 |
37,8 |
36,2 |
33,1 |
31,5 |
30 |
28,4 |
|
Е |
6,9 |
6,9 |
7,0 |
7,0 |
7,0 |
7,3 |
7,4 |
7,6 |
7,9 |
7,9 |
7,9 |
8,0 |
8,1 |
8,1 |
8,2 |
8,2 |
8,2 |
|
К |
0,6 |
1 |
1,3 |
1,8 |
2,6 |
4,3 |
5,6 |
7,0 |
9,0 |
9,2 |
9,7 |
10,1 |
10,4 |
11,2 |
11,6 |
12,1 |
12,4 |
|
Б |
14 |
15,1 |
16,2 |
17,2 |
19,4 |
27,7 |
28,1 |
32,5 |
37,9 |
39,1 |
40,1 |
41,2 |
42,3 |
44,5 |
45,6 |
46,6 |
47,8 |
|
Ос |
1,8 |
1,8 |
1,9 |
1,9 |
2,0 |
2,2 |
2,3 |
2,6 |
2,7 |
2,9 |
2,9 |
2,9 |
3,0 |
3,1 |
3,1 |
3,1 |
3,2 |
|
Итого |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
Графическая модель динамики породного состава по элементам леса в молодых послерубочных пихтачах представлена на рис. 1.
Чем старше год рубки, тем доля лиственных пород в составе становится выше по сравнению с хвойным элементом (рис. 2).
Рис. 2. Доля изменения элементов леса по годам рубки
Доля пихтового молодняка в составе естественного лесовосстановления сокращается в течение изучаемого периода после проведения рубок. Установлено, что доля пихты в составе уменьшается в пределах периода послерубки от 5 до 25 лет на 35,8 % от общего состава, а у вырубок старше 25 лет доля пихтового поколения в составе формирующихся насаждений составляет 2–3 единицы.
В рамках исследования также установлено, что второстепенные хвойные породы в составе послерубочных пихтачей увеличиваются незначительно (в пределах 1–11 %), и к 40 годам после проведения рубок еловая и кедровая представленность в составе пихтовых молодняков возрастает до 1 единицы. Процент березы и осины в составе исследуемых объектов увеличивается (в большей степени породы березы) по периодам рубок. Таким образом, доля березы возросла к крайнему году до 5 единиц, а доля осины увеличилась незначительно – в пределах 1–1,5 % от общего состава.
Полученные результаты послерубочного сукцессионного сценария объясняются резким изменением условий местопроизрастаний и морфологическими особенностями древесных пород, входящих в состав будущего древостоя.
Заключение
В результате проведенных исследований получены следующие выводы.
Пихтовые насаждения в условиях Среднесибирского подтаежно-лесостепного района подвергаются интенсивному антропогенному воздействию, что приводит к вырубке значительных лесных массивов.
Процессы восстановления вырубленных лесных участков происходят по определенным закономерностям. Средние статистические показатели позволили выявить динамику состава послерубочных лесных участков. Установлено снижение в составе молодого поколения леса основного пихтового элемента леса на 50 % (свежие вырубки 80 %, а на старых вырубках 30 %). Наблюдается замещение пихты в составе лиственными элементами (березой и осиной).
Получен ряд достоверных и адекватных регрессионных моделей, которые позволяют прогнозировать состав послерубочных участков для главной и сопутствующих пород. Ошибка уравнений находится в пределах 10–20 % от представленности в составе.
Составлена регрессионно-графическая модель динамики состава пихтовых насаждений в условиях интенсивного лесопользования.
Предложенная модель может служить сценарным прогнозом в изменении породного компонента состава леса на пихтовых участках, пройденных сплошными рубками, в условиях Среднесибирского подтаежно-лесостепного района. Полученные результаты нужно учитывать при ведении лесного хозяйства, а именно создавать для предшествующей генерации пихтового поколения условия по сохранению преобладающего вида с помощью объективного подхода к сплошным рубкам (обоснованным рубкам с высоким сохранением количественных и качественных характеристик подроста), а также активно внедрять выборочные рубки. При этом необходимо применять мероприятия по лесовосстановлению в целях содействия естественному возобновлению для восполнения предшествующей и последующей генерации пихтового подроста. Следует проводить рубки ухода молодого поколения для удаления нецелевых мягколиственных пород.