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

RESERVES AND PHYTOMASS OF LARGE DETRITUS (DEAD WOOD) IN DARK CONIFEROUS STANDS OF THE FOOTHILL PART OF THE EASTERN SAYAN

Vais A.A. 1 Anuev E.A. 1 Shishmareva A.V. 1
1 Siberian State University of Science and Technology named after academician M.F. Reshetnev
The article is devoted to conducting a study to determine the stock and phytomass of large detritus in the Eastern Sayan. Large wood detritus is dead wood, dead wood, stumps-dead organic wood matter (mortmass) of all stages of decomposition before passing into humus. The importance of wood detritus as one of the elements of the carbon cycle of forest biogeocenoses is widely recognized, but the development of ideas about the dynamics of this element in forest ecosystems is hindered due to the lack of reliable information about its reserves and structure. According to the forest-growing zoning, the research area is located in the East Sayan mountain-taiga region of pine-cedar-fir forests. On the territory allocated to the following strata: pine (with fir, birch and spruce); spruce (with fir, birch, and cedar); fir (with an admixture of spruce, birch, cedar) and pine (with a touch of pine, fir, spruce, birch).The method of determining the indicators of full-scale taxation and phytomass of plantings was a tape list. The spruce-fir stands ranged in age from 70 to 140 years. Forest types are large-grass, large-grass-fern and green-moss. The site class II-III. All plantings are medium-sized (0.4-0.7), which is typical for dark coniferous plantings. The structure of the fall of the fir element of the plantings is as follows: adult stand; sub-tree part (II tier); undergrowth; focal part damaged by various pathogens. The stock of wood was varied from 120 to 300 m3/ha. The stock of dead wood varied from 4.92 to 12.30 m3 / ha, which indicates a fairly high clutter of the territory from the point of view of forestry. The stock of dead wood varied from 13.08 to 32.70 m3 / ha.On the territory of the study, a variation in the total mass of dead wood was recorded from 4.6 to 30.6 t * ha-1. In all plantings are dominated by fir photodetroit of the item. Pairwise reliable and adequate regressions of the relationship between the deadwood stock and the taxation indicators of stands with stock and average diameter were obtained. As a result, we can state a significant decrease in the stability of the fir element in the dark coniferous stands of the foothill part of the Eastern Sayan. Data on large detritus allows for design work on carbon budget calculations. Under conditions when spruce-fir stands experience climatic and invariant stress, the reserves of large detritus increase.
large woody detritus
standing crops
stock
planting
dead wood
1. Methodology for determining the reserves and mass of wood detritus based on forest management data / M-voprirod. resources grew. Russian Federation; [Krankina O.N., Povarov E.D.]. Pushkino: All-Russian Scientific research. Institute of silviculture and mechanization of the forest. khoz-va, 2002. 44, [1] p.: il, tab.; 20 cm.; ISBN 5-94219-206-7.
2. Malysheva N.V., Filipchuk A.N., Zolina T.A., Silnyagina G.V. Quantitative assessment of wood detritus reserves in the forests of the Russian Federation according to GIL data // Forestry information. 2019. No. 1. P. 101–128.
3. Moshnikov S.A., Ananyev V.A. The stock of wood detritus in pine plantations of Southern Karelia // Trudy SPNIILKH. 2013. No. 2. P. 22–28.
4. Kapitsa E.A., Trubitsyna E.A., Shorokhova E.V. Biogenic xylolysis of trunks, branches and roots of forest-forming rocks of dark coniferous northern taiga forests // Forest science. 2012. No. 3. P. 51–58.
5. Mukhortova L.V., Vedrova E.F. Contribution of large wood residues to the dynamics of organic matter reserves in post-harvest forest ecosystems // Forest science. 2012. No. 6. P. 55–62.
6. Zamolodchikov D.G., Grabovskiy V.I., Kaganov V.V. Full-scale and model estimates of the carbon of dead wood in the forests of the Kostroma region // Lesovedenie. 2013. No. 4. P. 3–11.
7. Zamolodchikov D.G., Zukert N.V., Chestnykh O.V. Approaches to assessing the carbon of dead wood in the forests of Russia // Lesovedenie. 2011. No. 5. P. 61–71.
8. Treifeld R.F. Reserves and mass of large wood detritus: on the example of the forests of the Leningrad region: abstract of the cand. dissert. for the degree of Candidate of Agricultural Sciences: 06.03.02. Saint Petersburg, 2001–19 p.
9. Mirin D.M. Intraphytocenotic elements of heterogeneity of vegetation cover // Izvestiya Samarskogo nauchnogo tsentra Rossiyskoy akademii nauk. 2012. No. 2. P. 10–13.
10. Vais A.A., Krasikov I.I. Class of marketability of dark coniferous plantings of the East Sayan mountain-taiga region // Agriculture, forestry and water management. 2013. No. 10. [Electronic resource]. URL: http://agro.snauka.ru/2013/10/1164/ (date of access: 24.06.2021).
11. Bobkova K.S., Kuznetsov M.A., Osipov A.F. Reserves of large wood residues in the spruce forests of the Middle taiga of the European North-East // Izvestiya VUZ. Lesnoy zhurnal. 2015. No. 2. P. 9–20.
12. Klimchenko A.V., Bezkorovaynaya I.N., Borisova I.V., Shobalina O.M. Carbon deposition in phytodetrite on the soil surface in the middle taiga forests of the middle reaches of the Podkamennaya Tunguska River // Vestnik KrasGAU. 2015. No. 10. P. 3–5.

Крупный древесный детрит (КДД) – это сухостой, валеж, пни – мертвое органическое древесное вещество (мортмасса) всех стадий разложения до перехода в гумус. К КДД относят древесину стволов с диаметром в нижнем отрезе 10 см и более. КДД является частью древесной массы древостоя, куда входят также сучья и ветви, пни и корни [1, 2].

Данные С.А. Мошникова, В.В. Ананьева [3] по соснякам Южной Карелии позволили сделать вывод о наличии связи запаса детрита с возрастом и запасом насаждений. При этом если в молодняках детрит в основном обусловлен наличием сухостоя, к возрасту спелости запасы сухостоя и валежа выравниваются, в перестойных насаждениях преобладает валеж.

Важное значение при оценке запаса детрита имеет биогенный ксилолиз (биологический процесс разложения древесины) [4]. По данным авторов скорость ксилолиза в условиях северной тайги зависит от таких факторов, как категория субстрата (ствол, корни, ветви) и древесная порода [4].

Л.В. Мухортова, Э.Ф. Ведрова [5] выполнили оценку запасов КДО в послерубочных сукцессиях сосняков и пихтарников Восточного Прибайкалья. Скорость разложения КДО в пихтачах выше, чем в таежных сосняках. Данный процесс вызван целым рядом причин, включая состав древесины, гидротермические условия произрастания и почвенные условия [5].

Д.Г. Замолодчиков с соавт. [6] выполнили натурную и модельную оценку углерода валежа. Установлена трендовая тенденция – увеличение запаса углерода валежа с возрастом применительно к лесам Костромской области.

В другой статье Д.Г. Замолодчиков [7] отмечает недостаток данных о запасе углерода сухостоя для средней широты и насаждений начальных групп возраста (молодняка и средневозрастной категорий).

Значение древесного детрита как одного из элементов круговорота углерода лесных биогеоценозов широко признано, однако развитие представлений о динамике этого элемента в лесных экосистемах сдерживается из-за недостатка достоверных сведений о его запасах и структуре [8].

Цель исследования – оценка запасов и фитомассы крупного детрита в темнохвойных насаждениях предгорной части Восточного Саяна.

Материалы и методы исследования

Массив лесных выделов, составляющий основную по числу выделов часть лесоустроительной базы данных, разделялся на страты или обособленные множества выделов с минимальной изменчивостью признака, в нашем случае – запасов сухостоя и валежа.

Считается вероятным, что изменчивость концентрации мертвой древесины в лесу в большей степени зависит от древесной породы и возраста, в меньшей – от класса бонитета, полноты древостоя и типа леса [1, 9]. Исходя из этого стратифицирование покрытых лесной растительностью земель, включая естественные редины, производилось по двум признакам – преобладающей породе и группе возраста [1]. В соответствии с этой классификацией выделены следующие страты по основным лесообразующим породам: сосновая (с примесью пихты, березы и ели); еловая (с примесью пихты, березы и кедра); пихтовая (с примесью ели, березы, кедра) и кедровая (с примесью сосны, пихты, ели, березы). Выявлены три возрастные группы: молодняки, включая сомкнувшиеся лесные культуры; средневозрастные и приспевающие; спелые и перестойные.

Методом определения показателей натурной таксации и фитомассы насаждений являлся ленточный перечет. Он выполнялся на лентах, закладываемых вдоль граничных линий и внутренних визиров. Для сравнения данных, полученным по материалам лесоустройства и натурным данным, выполнен ленточный перечет (размер 10*20 м). Количество лент перечета и их ширина устанавливались в целом для выдела в зависимости от ее ширины. В пределах лесного участка закладывалось 3 ленты. Общее число лент составило 24 шт. Суммарная площадь ленточных перечетов составляла не менее 8 % общей площади выдела.

Конверсионные коэффициенты для вычисления запасов детрита взяты из методики [1].

Все насаждения относились к категории темнохвойные, а по возрасту спелые [10]. Для насаждений Восточно-Сибирского региона конверсионные коэффициенты составили: для сухостоя Кмс = 0,041 и валежа Кмв = 0,109.

Природные условия района исследования

Согласно лесорастительному районированию Красноярского края, разработанному лабораторией Института леса и древесины им. В.И. Сукачева СО АН СССР, территория лесничества расположена в Восточно-Саянском горно-таёжном районе сосново-кедрово-пихтовых лесов. Вертикальная зональность резкого выражения не имеет. Характер лесной растительности зависит в основном от почвенных условий и микроклимата, формируемого на теневых и световых склонах. Темнохвойные насаждения занимают в основном пологие северные склоны, а также пониженные равнинные части рельефа. С поднятием по склону увеличивается примесь лиственницы и в верхних частях склонов лиственничные насаждения образуют первый ярус. На южных склонах температура воздуха и почвы выше, здесь произрастают сосновые насаждения. Приподнятые плато заняты кедровыми древостоями.

Среднегодовая температура, как показывают данные таблицы, близка к нулю. Среднегодовое количество осадков довольно значительное и достигает 430 мм в год. Продолжительность вегетационного периода составляет 153 дня – со 2 мая по 3 октября.

В лесничестве преобладают низкополнотные насаждения. На долю насаждений полнотой 0,3–0,5 приходится 36,2 % покрытой лесом площади, 34,2 % составляют насаждения с полнотой 0,6 и 29,6 % – с полнотой 0,7 и более.

Пихтарники являются преобладающими насаждениями в лесничестве. На их долю приходится 35 % покрытой лесом площади. Лиственные насаждения имеют производный характер. Появились они на местах старых вырубок и гарей. Насаждения с преобладанием березы имеют меньшее распространение, чем осиновые насаждения. Ельники занимают обычно крутые склоны, примыкающие непосредственно к поймам речек. Почвы подзолистые, слаборазвитые. Древостои одноярусные – 9Е1П+К,С, III бонитета. Подлесок редкий, из таволги, жимолости, желтой акации. Моховой покров ровным слоем покрывает почву. Возобновление неудовлетворительное.

Результаты исследования и их обсуждение

В 2019 г. проведены исследования на территории по определению запаса и массы крупного детрита (сухостоя и валежа) елово-пихтовых насаждений.

В табл. 1 приведены сведения о запасах крупного детрита в пихтово-еловых насаждениях. Данные указывают на то, что елово-пихтовые насаждения имеют возраст от 70 до 140 лет. Типы леса крупнотравные, крупнотравно-папоротниковые и зеленомошниковые. Бонитет II–III. Все насаждения среднеполнотные (0,4–0,7), что характерно для темнохвойных насаждений. Запас древесины варьировал от 120 до 300 м3/га. Запас сухостоя изменялся от 4,92 до 12,30 м3/га, что указывает на достаточно высокую захламленность территории с точки зрения лесного хозяйства. Запас валежа менялся от 13,08 до 32,70 м3/га (табл. 1).

Таблица 1

Запасы крупного детрита (сухостоя и валежа) в елово-пихтовых и пихтово-еловых насаждениях

Номер

выдела

Состав

Возраст,

лет

Тип

леса

Бонитет

Полнота

Запас,

м3/га

Запас крупного детрита, м3/га

сухостой

валеж

1

4Е3П1К2Б

80

Ектп

II

0,4

120

4,92

13,08

2

4Е3П1К2Б

95

Ектп

II

0,5

170

6,97

18,53

4

7Е2П1Б

90

Екрт

III

0,6

200

8,20

21,80

7

6Е3П1Б

90

Екрп

II

0,4

150

6,15

16,35

9

5Е4П1Л

140

Екрт

II

0,6

280

11,48

30,52

12

4Е4П1С1Л

140

Езмк

II

0,6

290

11,89

31,61

13

7П2Е1К+Л,Б

110

Пзмк

III

0,6

230

9,43

25,07

17

7П1Е2Л+К

110

Пкрт

III

0,7

300

12,30

32,70

18

7П2П1Е+К

90

Пкрт

III

0,6

200

8,20

21,80

21

7П2Е1Л

120

Пкрт

III

0,6

260

10,66

28,34

22

6П1Е1К2Б

70

Пкрт

III

0,7

160

6,56

17,44

23

4Е3П3Л+С

140

Екрт

II

0,6

260

10,66

28,34

26

7П1Е1С1Л

110

Пкрт

III

0,7

290

11,89

31,61

(собственные экспериментальные данные и вычисления авторов)

В настоящее время большое значение в экосистемах играет бюджет углерода. Поэтому важно определить массу крупного детрита. В табл. 2 представлены данные по массе крупного детрита в исследуемых насаждениях, исходя из плотности сухостоя и валежа [1]. В результате установлено, что в елово-пихтовых насаждениях масса сухостоя варьировала от 1,55 до 3,89 т/га. Масса валежа менялась от 3,06 до 7,65 т/га.

На лентах производился учет элемента крупного детрита – сухостоя.

Масса сухостоя варьировала на территории от 1,55 до 3,89 т/га. Запас валежа менялся от 3,06 до 7,65 т/га (табл. 2). Пример расчета приведен ниже.

Таблица 2

Масса крупного детрита елово-пихтовых и пихтово-еловых насаждениях

Номер

выдела

Состав

Запас крупного детрита, м3/га

Плотность

древесины

Масса крупного детрита, т/га

сухостой

валеж

сухостой

валеж

сухостой

валеж

1

4Е3П1К2Б

4,92

13,08

0,316

0,234

1,55

3,06

2

4Е3П1К2Б

6,97

18,53

2,20

4,34

4

7Е2П1Б

8,20

21,80

2,59

5,10

7

6Е3П1Б

6,15

16,35

1,94

3,83

9

5Е4П1Л

11,48

30,52

3,63

7,14

12

4Е4П1С1Л

11,89

31,61

3,76

7,40

13

7П2Е1К+Л,Б

9,43

25,07

2,98

5,87

17

7П1Е2Л+К

12,30

32,70

3,89

7,65

18

7П2П1Е+К

8,20

21,80

2,59

5,10

21

7П2Е1Л

10,66

28,34

3,37

6,63

22

6П1Е1К2Б

6,56

17,44

2,07

4,08

23

4Е3П3Л+С

10,66

28,34

3,37

6,63

26

7П1Е1С1Л

11,89

31,61

3,76

7,40

(собственные экспериментальные данные и вычисления авторов)

Параметры крупного детрита сухостоя:

П – ƩG = 1,045 м2Е – ƩG = 0,262 м2

gср = 0,0262 gср = 0,01742

dср = 18,3 см dср = 14,9 см

Запас крупного детрита сухостоя:

МП = 40,5 м3/га.

Общий запас детрита сухостоя = 50,5 м3/га.

МЕ = 10 м3/га.

Плотность древесины для сухостоя хвойных спелых насаждений Восточно-Сибирского региона – 0,316.

Таким образом, масса детрита сухостоя составила

Мд = Vd * p = 50,5*0,316 = 15,96 т/га.

Поскольку именно сухостой является преобладающим элементом в формировании крупного детрита (сухостой + валеж + пни), дальнейшие исследования проводились с целью изучения запасов и массы сухостоя в пихтовых и кедровых насаждениях. Выполнена закладка пяти пробных площадей с определением таксационных характеристик смешанных насаждений различного состава. В табл. 3 приведено соотношение запасов древесины растущих (Р) и сухостойных (С) деревьев в темнохвойных насаждениях предгорной части Восточного Саяна.

Таблица 3

Соотношение запасов древесины растущих (Р) и сухостойных (С) деревьев в темнохвойных насаждениях предгорной части Восточного Саяна

п/п

Состав

А,

лет

Средняя высота, м

Средний

диаметр, см

Полнота

Запас,

м3/га

%

сухостоя

Р

С

Р

С

Р

С

1

80

18,7

17,0

19,9

16,6

0,50

0,30

119

39

32,8

25,0

23,9

30,4

21,7

108

11

10,2

21,4

23,2

32,2

54

5

9,3

25,1

42,5

19

0,0

25,7

37,9

15

0,0

+Ос

52,6

17

0,0

2

80

18,8

15,8

20,2

14,2

0,36

90

25

27,8

25,9

22,9

32,2

24,0

0,21

72

2

2,8

25,6

18,4

12,0

0,18

73

0,5

0,7

22,4

27,0

18,3

52

3

5,8

3

90

19,3

17,2

21,2

17,0

0,75

197

33

16,8

24,1

22,1

35,4

19,9

0,30

153

31

20,3

26,1

25,7

24,5

23,7

0,33

142

6

4,2

25,4

40,0

6

0,0

16,7

14,5

7

0,0

4

160

25,4

22,2

45,0

20,4

0,25

142

3

2,1

26,4

18,4

32,7

17,9

0,17

70

3

4,3

17,8

15,3

18,2

13,1

0,10

23

7

30,4

18,2

9,0

18,0

14,2

0,08

19

2

10,5

едБ

15,3

16,6

8

0,0

5

160

24,3

22,1

36,7

19,6

0,26

144

6

4,2

26,6

17,7

27,4

17,7

0,31

135

15

11,1

20,4

19,4

23,3

21,4

0,33

96

76

79,2

18,3

7,0

19,5

8,0

48

0,0

Примечание: А – возраст, лет.

(собственные экспериментальные данные и вычисления авторов)

Все насаждения достаточно разнообразны по составу: пихтово-елово-кедровые с примесью березы, сосны и осины, а также кедрово-пихтово-елово-сосновые с примесью березы. Пихтовые насаждения соответствовали спелой возрастной стадии (80–90 лет). Кедровые древостои имели возраст приспевающей стадии. Запас сухостоя в той или иной мере указывает на стабильность лесной экосистемы к экзогенным и эндогенным факторам. В данных насаждениях степень устойчивости зависела от количественной представленности древесной породы (по числу деревьев, запасу). Процент сухостоя по запасу позволяет оценить устойчивость древесных пород в исследуемых условиях местопроизрастания: пихта (16,8–79,2 %), ель (2,8–11,1 %), кедр (0,0–20,3 %), береза (0,0–9,3 %), сосна (0,0–4,3 %).

С помощью конверсионных коэффициентов [1] через запасы древесной массы определили фитомассу растущей и сухостойной части древостоя (табл. 4).

Таблица 4

Масса растущих деревьев и сухостоя в темнохвойных насаждениях предгорной части Восточного Саяна

Номер пробной площади

Состав

Запас, м3*га-1

Масса сухостоя, т*га-1

Р

С

Р

С

1

119

39

44,6

12,3

108

11

48,1

3,5

54

5

35,1

1,8

19

8,9

15

7,5

+Ос

17

8,4

Итого:

 

392

55

152,6

17,6

2

90

25

33,8

7,9

72

2

32,0

0,6

73

0,5

36,5

0,2

52

3

33,8

1,1

Итого:

 

287

30,5

136,1

9,8

3

197

33

73,9

10,4

153

31

66,6

9,8

142

6

63,2

1,9

6

3,0

7

4,6

Окончание табл. 4

Номер пробной площади

Состав

Запас, м3*га-1

Масса сухостоя, т*га-1

Р

С

Р

С

Итого:

 

505

70

211,3

22,1

4

142

3

61,8

0,9

70

3

35,0

0,9

23

7

8,6

2,2

19

2

8,5

0,6

едБ

8

5,2

Итого:

 

262

15

119,1

4,6

5

144

6

62,6

1,9

135

15

60,1

4,7

96

76

36,0

24,0

48

31,2

Итого:

 

423

97

189,9

30,6

(собственные экспериментальные данные и вычисления авторов)

vais1.wmf

vais2.wmf

Рис. 1. Связь запаса сухостоя и запаса древостоя в смешанных темнохвойных насаждениях

Рис. 2. Связь запаса сухостоя и среднего диаметра пихтового элемента в смешанных темнохвойных насаждениях

(собственные экспериментальные данные и вычисления авторов)

На территории исследования зафиксирована вариация общей массы сухостоя от 4,6 до 30,6т*га-1. При этом во всех насаждениях преобладает фитодетрит пихтового элемента. Это можно объяснить структурой отпада насаждений, когда изреживание наблюдается во всех компонентах насаждений пихтового элемента: взрослый древостой; подпологовая часть (II ярус); подрост; очаговая часть, повреждённая различными патогенами.

Данная структура позволяет констатировать значительное снижение устойчивости пихтового элемента в темнохвойных насаждениях предгорной части Восточного Саяна. На рис. 1, 2 показано соотношение запаса сухостоя с основными таксационными показателями насаждений.

Такая вариация в данных указывает на необходимость продолжить исследования по крупному детриту для уточнения информации.

Данные по крупному детриту позволяют проводить проектные работы по расчетам бюджета углерода. В условиях, когда елово-пихтовые насаждения испытывают климатический и инвазивный стресс, запасы крупного детрита увеличиваются [11, 12].

Заключение

В результате изучения крупного детрита (сухостоя и валежа) в елово-пихтовых насаждениях предгорной части Восточного Саяна получены следующие выводы:

- Запас древесины варьировал от 120 до 300 м3/га. Запас сухостоя изменялся от 4,92 до 12,30 м3/га, что указывает на достаточно высокую захламленность территории с точки зрения лесного хозяйства. Запас валежа менялся от 13,08 до 32,70 м3/га.

- Масса сухостоя варьировала на территории от 1,55 до 3,89 т*га-1. Запас валежа изменялся от 3,06 до 7,65 т*га-1.

- Сравнение данных натурных исследований запаса сухостоя с данными материалов лесоустройства показало, что в стадии разрушения молодняка в елово-пихтовых насаждениях запас сухостоя может превышать усредненные запасы крупного детрита в 5 раз (11,89 м3/га по МЛУ и 50,5 м3/га по натурным исследованиям).

- Получены парные достоверные и адекватные линейные регрессии связи запаса сухостоя с запасом древостоя и средним диаметром.

- На территории исследования зафиксирована вариация общей массы сухостоя от 4,6 до 30,6т*га-1. При этом во всех насаждениях преобладает фитодетрит пихтового элемента.

- Структура отпада пихтового элемента насаждений следующая: взрослый древостой; подпологовая часть (II ярус); подрост; очаговая часть, повреждённая различными патогенами.

В результате можно констатировать значительное снижение устойчивости пихтового элемента в темнохвойных насаждениях предгорной части Восточного Саяна. При этом кедровый, сосновый и еловые элементы леса характеризуются более высокой устойчивостью.