Scientific journal
Advances in current natural sciences
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

FEATURES OF THE HORIZONTAL STRUCTURE OF MODAL FIR TREES IN THE CONDITIONS OF THE KANSK FOREST-STEPPE AND THE FOOTHILL PART OF THE EASTERN SAYAN

Kalachev V.A. 1 Vays A.A. 1 Anuev E.A. 1
1 Siberian State University of Science and Technologies of M.F. Reshetnev
The scientific study presents the results of determining the horizontal structure of fir stands of various typological groups in the conditions of the Kansk forest-steppe and the foothill part of the Eastern Sayan. The object of the study was modal, mixed fir plantations of Kansky and Mininsky (Biryusinsky district forestry) forest districts. The Kansk group of fir trees is represented by a mixed-grass and green-mossy forest type, and fir stands in the conditions of the Biryusinsky district forestry are mixed-grass and fern-mossy. Within the framework of the work carried out, the density of fir stands was established, the average distance between tree individuals was calculated, the horizontal structure was determined with the establishment of the type of spatial placement by age classes, for the studied types of forest and forest area. Using the CurveExpert 1.3 program, a statistical analysis of the M = f(Lsr) relationship was performed, so the predictive function Rational Function was used with a high confidence coefficient for fir trees of the Kansk forest district, and the Reciprocal Quadratic function was used for fir stands of the Mininsky forest district (Biryusinsky district forest district). As a result of the obtained data, it was found that in the process of growth, regardless of the study area and typological affiliation, the type of spatial placement changed from a random to a group type. The stage of decay of stands begins for the mixed-grass type in the period from 100 years, and for green-mossy and fern-mossy from 80 years. Intensive growth of the stock is observed at an average distance between trees of 2.5-4.5 meters. The maximum margin is set at an average distance between trees of 5.0 meters for fir trees of the Mininsky forest area and 5.4 meters for the Kansky forest area. Also, on the basis of the obtained results, the dates of various types of selective logging for fir stands in the study areas are proposed.
Abies sibirica L.
horizontal structure
stock
selective logging
forestry
1. Manov A.V. Horizontal structure of the forest stand and undergrowth of the mixed-herb-blueberry spruce forest of the Middle taiga of the Komi Republic // Lesovedeniye. 2019. No. 4. P. 286–293 (in Russian).
2. Gribanov V.Ya. Spatial structure of pine and deciduous trees. Productivity of forest phytocenoses: collection of articles Krasnoyarsk: ILiD, 1984. P. 42–47 (in Russian).
3. Prokoptsev V.V. Lesovodstvenno-taksatsionny analiz rosta i spatialnoy structury sosnyakov zelenomoshnikov Bryanskogo massif v svyazi s felling care: avtoref. dis…. kand.s.-kh. nauk. Bryansk, 1997. 21 p. (in Russian).
4. Greig-Smith P. Quantitative ecology of plants. M.: Mir, 1976. 778 p. (in Russian).
5. Kovyazin V.F., Pham Thi Hien Luong Horizontal structure of phytocenoses of the resort forest park of St. Petersburg in the conditions of intensive recreational load // Izvestiya Sankt-Peterburgskoy lesotekhnicheskoy akademii. 2018. No. 223. P. 127–139 (in Russian).
6. Sekretenko O.P., Grabarnik P.Ya. Analysis of the horizontal structure of forest stands by methods of random point fields // Sibirskiy lesnoy zhurnal .2015. No. 3. P. 32–44 (in Russian).
7. Kolobov A.N., Lonkina E.S., Frisman E.Ya. Modeling and analysis of the horizontal structure of mixed stands (on the example of the test areas of the «Bastak» reserve in the Middle Amur region) // Sibirskiy lesnoy zhurnal. 2015. No. 3. P. 45–56 (in Russian).
8. Vays A.A., Kerbis E.S. Features of accounting for the horizontal and vertical structure of birch stands in the organization of selective farming // Epokha nauki. 2019. No. 17. P. 89–96. (in Russian).
9. Kaganyak Yu.I., Regush N.V. Horizontal structure of beech plantations in Transcarpathia // Naukovi pratsi lisivnychoyi akademiyi nauk Ukrayiny. 2014. No. 12. P. 135–139 (in Russian).
10. Yermolova A.S. Dynamics of the horizontal structure of floodplain belotopolevniki // Nauka yesterday, today, tomorrow: materials of the scientific and practical conference (g. Voronezh, 05–09 sentyabrya 2016 g). Voronezh: Izd-vo Voronezhskiy gosudarstvennyy agrarnyy universitet im. Imperatora Petra I, 2016. P. 311–315 (in Russian).
11.Vays A.A. Horizontal structure of forest stands in Central Siberia // Nauchnyy zhurnal KubGAU. 2009. № 45 (1). P. 166–181 (in Russian).
12. Rules of wood harvesting, approved by the order of the Ministry of Natural Resources and Ecology of the Russian Federation of 01.12.2020 No. 993 «On approval of the rules of wood harvesting and features of wood harvesting in forest areas, forest parks specified in Article 23 of the Forest Code of the Russian Federation» (in Russian).
13. Vays A.A. Scientific bases of assessment of the horizontal structure of stands for increasing their stability and productivity (on the example of plantings in Western and Eastern Siberia): dis. ... dokt. s.-kh. nauk. Krasnoyarsk, 2014. 480 p. (in Russian).

В настоящее время в области изучения и оценки пространственной структуры древесных насаждений проведено множество исследований.

Изучением вопроса занимались такие ученые, как А.В. Манов [1], В.Я. Грибанов [2], В.В. Прокопцев [3], Грейг-Смит [4], В.Ф. Ковязин [5], О.П. Секретенко [6], П.Я. Грабарник [6], А.Н. Колобов [7], А.А. Вайс [8], Ю.И. Каганюк [9], А.С. Ермолова [10].

В.Я. Грибанов и В.В. Прокопцев пришли к выводу, что горизонтальная структура в молодых и средневозрастных древостоях соответствует групповому размещению, а в спелых и приспевающих насаждениях отмечается равномерное расположение растений.

А.А. Вайс [11] отмечал, что наиболее перспективным методом определения типа размещения древесных растений является метод нулевых площадок. Установлено, что в пихтовых насаждениях южной части Средней тайги и в горных кедровых древостоях Западных Саян горизонтальная структура представлена регулярной структурой с групповым типом размещения деревьев и подроста.

Изучение горизонтальной агрегации лесных сообществ способствует определению и своевременному назначению лесохозяйственных мероприятий. Данная проблема актуальна в части ведения выборочного хозяйства в соответствии с действующими «Правилами заготовки древесины» [12].

На основании вышеизложенного изучение пространственной структуры темнохвойных лесов в условиях Среднесибирского подтаежно-лесостепного и Алтае-Саянского горнотаежного района необходимо с точки зрения восполнения недостающих знаний и организации непрерывного лесопользования.

Материалы и методы исследования

Объектом исследования являлись пихтовые насаждения двух типов леса (разнотравные и зеленомошные), расположенные на территории КГБУ «Канского лесничества» и двух типологических группах (разнотравные и папоротниково-мшистые) в Бирюсинском участковом лесничестве КГБУ «Мининское лесничество». Оценка горизонтальной структуры пихтачей проводилась на основании материалов Канского и Мининского лесничеств (Бирюсинского участкового лесничества), полученных в результате проведенных лесоустроительных работ в 2001 г. С учетом определения возрастной картины роста и развития пихтовых фитоценозов для каждого класса возраста, соответствующей типологической представленности и района исследования (лесничества), в случайном порядке подбиралось не менее трех выделов. Критерием отбора и объединения являлись следующие особенности: пихтачи Канского района представлены 4 классом бонитета, полнотой насаждений 0,6, древостоями смешанными с долей участия породы пихта в составе от 4 до 8 единиц; пихтовыми насаждениями Бирюсинского участкового лесничества преимущественно класса бонитета – 3, полнота насаждений 0,6–0,7, доля участия сопутствующих пород в составе от 2 до 5 единиц. Общее число выбранных лесных участков по Канскому лесничеству составляет 127 шт., а по Мининскому лесничеству (Бирюсинскому участковому лесничеству) 75 участков.

Определение пространственного размещения производилось в следующем порядке:

G = М/(Нср + 3)*fэм, (1)

G – сумма площадей сечений, м2/га;

М – запас, м3/га;

Нср – средняя высота, м;

fэм – эмпирическое видовое число (применительно для пихты – 0,40).

gср = ᴨ *d2/40000, (2)

gср – средняя площадь сечения, м2;

d – средний диаметр дерева в данном возрасте, см;

ᴨ – 3,14.

N = G/gср. (3)

N – количество деревьев, шт/га.

Lср = 107,2/KAL01.wmf (4)

Lср – среднее расстояние между деревьями, м.

Результаты исследования и их обсуждение

Разнотравная группа пихтачей Канского лесничества представлена насаждениями с 1 по 10 класс возраста. Сопутствующие породы в составе – береза и осина. Участие хвойных пород следующее: кедр и ель с коэффициентами от 1 до 3 единиц имели запас в выборке от 15 до 230 м3/га. Площадь выделов менялась от 3 до 198 га.

Пихтачи зеленомошные вышеуказанного лесничества представлены насаждениями с 2 по 8 класс возраста. Участие березового элемента от 1 до 4 единиц в составе в основном в молодом и средневозрастном поколении. Осина встречается очень редко, запас варьировал от 30 до 230 м3/га. Площадь выделов от 2 до 89 га.

Пихтовые древостои разнотравного типа леса Бирюсинского участкового лесничества Мининского лесничества имели класс возраста с 2 по 7. Мягколиственные породы встречаются в составе от 1 до 5 %, сопутствующий хвойный элемент в составе представлен елью, лиственницей, реже кедром с участием от 1 до 3 единиц. Запас насаждений для отобранных классов возраста изменялся от 80 до 290 м3/га.

Папоротниково-мшистые пихтачи на территории Мининского лесничества представлены насаждениями со 2 по 8 класс возраста. Сопутствующие породы ель, лиственница, кедр участвуют в составе от 2–4 единиц, доля участия пород березы и осины варьирует в составе от 5 до 20 %. Изменчивость запаса от 50 до 310 м3/га.

Густота пихтовых насаждений Канского лесничества для разнотравной группы варьировала от 326 до 28435 шт/га, а в зеленомошниковых пихтачах от 393 до 2488 шт/га. В пихтачах Бирюсинского участкового лесничества количество деревьев от 415 до 5444 шт/га для разнотравной группы и 422–4915 шт/га для папоротниково-мшистых типов леса.

Горизонтальная структура агрегации деревьев по площади может быть представлена тремя типами размещения: случайным, равномерным и групповым. В рамках проведенного исследования А.А. Вайс [13] установил, что при среднем расстоянии между деревьями < 4,5 м наблюдается случайное размещение, а в случае расстояния ≥ 4,5 м с высокой долей вероятности можно прогнозировать наличие группового размещения. Результаты определения среднего расстояния между деревьями и установления типа размещения пихтовых насаждений Канского лесничества представлены в табл. 1.

Таблица 1

Размещение пихтовых насаждений Канского и Мининского лесничеств по классам возраста

Класс возраста

Канское лесничество

Бирюсинское участковое лесничество КГБУ «Мининское лесничество»

Пихтач разнотравный

Пихтач зеленомошный

Пихтач разнотравный

Пихтач папоротниково-мшистый

Среднее расстояние между деревьями, м

Процент выделов различного типа размещения деревьев, %

Среднее расстояние между деревьями, м

Процент выделов различного типа размещения деревьев, %

Среднее расстояние между деревьями, м

Процент выделов различного типа размещения деревьев, %

Среднее расстояние между деревьями, м

Процент выделов различного типа размещения деревьев, %

I

0,6–1,5

Случайное – 100,0

II

0,6–2,8

Случайное – 100,0

1,2–2,1

Случайное – 100,0

1,5–2,9

Случайное – 100,0

1,8–2,9

Случайное – 100,0

III

2,6–3,4

Случайное – 100,0

2,9–3,2

Случайное – 100,0

3,3–3,6

Случайное – 100,0

2,7–4,0

Случайное – 100,0

IV

3,2

Случайное – 100,0

2,8–4,0

Случайное – 100,0

3,6–3,8

Случайное – 100,0

3,6–4,2

Случайное – 100,0

V

3,5–3,6

Случайное – 100,0

3,5–4,6

Случайное – 81,8

3,6–4,4

Случайное – 100,0

3,6–5,0

Случайное – 76,7

Групповое – 18,2

Групповое – 33,3

VI

3,9–4,6

Случайное – 76,7

3,8–4,9

Случайное – 43,5

3,9–5,3

Случайное – 40,0

4,4–4,9

Случайное – 76,7

Групповое – 33,3

Групповое – 56,5

Групповое – 60,0

Групповое – 33,3

VII

4,1–5,4

Случайное – 20,0

4,1–5,4

Случайное – 46,7

5,0

Групповое – 100,0

4,7–5,2

Групповое – 100,0

Групповое – 80,0

Групповое – 53,3

VIII

4,6–5,9

Групповое – 100,0

4,6

Групповое – 100,0

5,0

Групповое – 100,0

IX

5,1–5,9

Групповое – 100,0

   

X

5,3–5,4

Групповое – 100,0

   

Таблица 2

Коэффициенты уравнения

Лесничество

Тип леса

Коэффициенты уравнения

a

b

c

d

Канское лесничество

Пихтач разнотравный

0,6253

8,6407

-0,3363

0,0360

Пихтач зеленомошный

9,6029

8,0802

-0,3161

0,0335

Бирюсинское участковое лесничество Мининского лесничества

Пихтач разнотравный

0,0233

-0,0077

0,0008

Пихтач папоротниково-мшистый

0,0248

-0,0080

0,0008

Для пихтовых насаждений разнотравного типа леса Канского и Мининского лесничеств с I по V класс возраста характерно случайное размещение деревьев, VI и VII класс возраста пихтачей Канского лесничества и VI класс возраста пихтачей Мининского лесничества является переходным от случайного к групповому размещению с учетом повышения участков с групповым размещением. Начиная с VIII по X в Канском и с VII класса возраста Мининском (Бирюсинского участкового лесничества) лесничествах, пихтовые насаждения имеют групповое расположение деревьев (табл. 1).

В пихтачах зеленомошных Среднесибирского подтаежно-лесостепного (Канское лесничество) и Алтае-Саянского горнотаежного районов (Бирюсинское участковое лесничество) процесс перехода размещения деревьев от случайного к групповому типу с возрастом имеет следующие тенденции: случайное (I–IV класс возраста, для обоих лесничеств), случайное и групповое (V–VII класс Канское и V–VI Мининское лесничество), групповое (VIII класс Канское и VII–VIII Мининское лесничество) (табл. 1).

С целью определения аппроксимирующей кривой запасов пихтовых насаждений на 1 га с учетом среднего расстояния между деревьями по районам исследования в программе CurveExpert 1.3 для соответствующих типологических групп установлена оптимальная регрессионная модель. Аппроксимация связи M = f (Lср) выполнена с помощью функции Rational Function для пихтачей Канского лесничества и Reciprocal Quadratic для пихтовых древостоев Мининского лесничества.

Прогнозирующие уравнения имеют следующий вид

М = (a + (b*Lср)) / (1 + (c*Lср) + (d*Lср^2)) (5)

М = 1/((a + (b*Lср)) + (c*(Lср^2))) (6)

М – запас, м3/га;

Lср – среднее расстояние между деревьями, м;

a, b, c, d – коэффициенты уравнения.

Коэффициент детерминации (R2) прогнозирующей функции по Канскому району исследования для разнотравных пихтачей составил 0,96 и для зеленомошниковых древостоев 0,84. Для территории Мининского лесничества (Бирюсинское участковое лесничество) достоверность функции для разнотравья составила 0,86, а для папоротниково-мшистых 0,78. При этом стандартная ошибка имела значения 20,4 и 26,0 м3/га по Канскому лесничеству и 23,9 и 46,9 м3/га – по Мининскому.

Флуктуация точек и прогнозирующие кривые представлены на рисунке.

kalacvtv1a.tif

а) Пихтовые насаждения разнотравной группы

kalacvtv1b.tif

б) Пихтовые насаждения зеленомошной группы

kalacvtv1c.tif

в) Пихтовые насаждения разнотравной группы

kalacvtv1d.tif

г) Пихтовые насаждения папоротниково-мшистой группы

Связь запаса и среднего расстояния между деревьями в пихтовых насаждениях Канского лесничества (а, б) и Бирюсинского участкового лесничества Мининского лесничества (в, г)

Необходимо отметить, что в исследуемых типах леса Канского лесничества облако данных и выравненные кривые имеют схожие траектории. При этом в разнотравных пихтачах интенсивный прирост запаса наблюдался при среднем расстоянии между деревьями 3,0–4,5 м. В зеленомошниковых пихтачах запас интенсивно увеличивался при средних расстояниях между деревьями 2,5–4,0 м.

Мининскому лесничеству по обеим типологическим группам исследования свойственны схожие тенденции прогнозирующих кривых. Необходимо отметить, что облако данных по папоротниково-мшистым пихтачам имеет рассеянное состояние (значительный разброс точек). Прирост запаса в зависимости от среднего расстояния между деревьями протекает интенсивно для разнотравного типа леса при междревесном расстоянии 3,0–4,5 м и 2,5–4,5 м для папоротниково-мшистой представленности.

Выравненные значения регрессионных моделей (5, 6) представлены в табл. 3.

Таблица 3

Выравненные значения запасов в зависимости от среднего расстояния между деревьями

Расстояния между деревьями, м

Канское лесничество

Бирюсинское участковое лесничество, Мининское лесничество

Запас пихтачей разнотравных,

м3/га

Запас пихтачей зеленомошных,

м3/га

Запас пихтачей разнотравных,

м3/га

Запас пихтачей папоротниково-мшистых,

м3/га

0,1

2

11

44

42

0,5

6

16

51

48

1

13

25

61

57

1,5

24

36

74

69

2

38

51

91

84

2,5

58

71

114

104

3

84

96

142

129

3,5

117

125

176

160

4

152

155

212

196

4,5

183

180

243

229

5

200

195

257

250

5,5

201

197

246

249

6

188

188

217

226

6,5

169

173

180

192

Максимальные значения по запасу в пихтовых насаждениях Канского лесничества, вне зависимости от типа леса, наблюдались в диапазоне 5,0–5,5 м среднего расстояния между деревьями, при этом для пихтачей Мининского лесничества 4,5–5,0 м среднего расстояния между деревьями (табл. 3).

Заключение

В результате проведенного исследования получен ряд выводов.

- В процессе роста пихтовых насаждений в двух территориально-разобщенных лесничествах вне зависимости от типологической расположенности размещение деревьев менялось со случайного на групповой характер;

- В обоих районах исследования для разнотравного типа пихтачей с возраста 100 лет, в зеленомошниковых и папоротниково-мшистых с 80 лет начинается стадия распада древостоя (происходит смена горизонтальной представленности, а именно переход размещения деревьев со случайного на групповой тип);

- С VI класса возраста в пихтовых насаждениях разнотравной группы и с V в зеленомошниковых и папоротниково-мшистых древостоях, расположенных в Канском и Мининском (Бирюсинском участковом лесничестве) лесничествах целесообразно проведение добровольно-выборочных рубок, а с VIII класса возраста в Канском и VII класса возраста в Мининском лесничестве, возможно, рекомендовать назначение группово-выборочных рубок.

- Распределение запасов в зависимости от среднего расстояния между деревьями показало, что запас пихтачей зеленомошных Канского и разнотравных и папоротниково-мшистых Мининского лесничеств в основном сконцентрирован при высоких средних расстояниях.

- Выход максимальных значений запаса в пихтачах Канского лесничества наблюдался при среднем расстоянии между деревьями 5,4 м, а в Мининском лесничестве среднее расстояние между деревьями составило 5,0 м.

Таким образом, разница в продуктивности пихтачей Канского и Мининского лесничества обусловлена влиянием климатических и орографических факторов. При этом в типологическом разделении различие вызвано действием эдафических факторов и выражено при случайном размещении, когда среднее расстояние между деревьями меньше 4,0 м.

Изучение горизонтальной структуры пихтовых насаждений необходимо проводить с целью организации рационального лесопользования на территории Канского и Мининского лесничеств, а также восполнения имеющихся исследований в данной области и урегулирования возникших вопросов.