В постсоветский период разработано достаточное количество нормативов хода роста лесных насаждений (нормальные, модальные), основанных на бонитетной и типологической основе. Таблицы хода роста имеют общий и местный характер. В настоящее время в связи с изменением климатических условий и антропогенным воздействием нормативы хода роста нуждаются в актуализации.
Соответствующие работы по актуализации таблиц проводятся исследователями в области лесной таксации [1–4]. Нормативы разрабатываются на локально-территориальном уровне, имеют определенные отклонения от региональных таблиц хода роста. Ряд ученых представили методические особенности и показатели роста искусственных лесных насаждений [5–7].
Необходимо отметить, что с учетом технологических новаций в развитии лесной отрасли на территории Средней Сибири активизируются процессы быстрого освоения лесных участков со значительным изъятием древесной биомассы. В результате возникает проблема необходимости изучения формирования и прогноза динамики, закономерностей и особенностей роста хвойных и лиственных насаждений после проведения сплошных рубок в различных типолого-территориальных условиях.
Цель исследования – оценка таксационных показателей послерубочных пихтовых насаждений на основе регрессионных уравнений в условиях Канской лесостепи.
Материалы и методы исследования
Объект изучения – пихтовые насаждения после сплошных рубок.
Таблица 1
Таксационная характеристика послерубочных насаждений с учетом периода после рубки
|
Период после рубки, лет |
Состав |
Порода |
Д, см |
Н, м |
А, лет |
Полнота |
Бони-тет |
Тип леса |
М, м3/га |
|
до 20 |
47Б(65)30П(35)19Е4К |
Б |
18,6 |
19,9 |
65 |
0,8 |
2 |
БВЕЙН |
166 |
|
П |
11,9 |
11,8 |
35 |
||||||
|
78П(45)18К4Е |
П |
13,3 |
13,1 |
45 |
0,8 |
3 |
ПВЕЙН |
150 |
|
|
77П(30)15Б7Е1К |
П |
10,9 |
10,4 |
30 |
0,6 |
2 |
ПВЕЙН |
84 |
|
|
71П(25)18Б11Е |
П |
9,3 |
9,8 |
25 |
0,6 |
3 |
ПВЕЙН |
71 |
|
|
48П(25)44Б5Е3К |
П |
9,2 |
9,1 |
25 |
0,5 |
3 |
ПВЕЙН |
56 |
|
|
21-40 |
61Ос(40)21К18П(35) |
Ос |
9,8 |
12,7 |
40 |
0,5 |
2 |
ОсРТ |
73 |
|
П |
12,0 |
11,4 |
35 |
||||||
|
45П(25)44Ос7Б4К |
П |
10,2 |
9,0 |
25 |
0,9 |
3 |
ПРТ |
110 |
|
|
86П(25)8Е4Ос2Б |
П |
9,9 |
10,3 |
25 |
0,6 |
3 |
ПРТ |
86 |
|
|
68П(25)23Ос4К4Е1Б |
П |
9,2 |
10,8 |
25 |
0,8 |
3 |
ПРТ |
111 |
|
|
40К(80)29П(40)17Ос 10Б4Е |
К |
26,2 |
18,2 |
80 |
0,9 |
3 |
КРТЗМ |
252 |
|
|
П |
11,4 |
10,6 |
40 |
||||||
|
24Ос(60)23Б22П(35) 19К12Е |
Ос |
15,5 |
18,9 |
60 |
0,6 |
2 |
ОсРТЗМ |
176 |
|
|
П |
9,9 |
10,3 |
35 |
||||||
|
51П(50)29К15Е5Ос |
П |
12,9 |
12,4 |
50 |
1,0 |
3 |
ПРТЗМ |
221 |
|
|
51П(50)28К13Ос5Б4Е |
П |
11,6 |
12,0 |
50 |
0,9 |
3 |
ПРТЗМ |
180 |
|
|
46К(80)30П(45)19Ос3Б2Е |
К |
24,8 |
15,5 |
80 |
0,8 |
3 |
КРТЗМ |
162 |
|
|
П |
9,8 |
11,1 |
45 |
||||||
|
41-60 |
77Б(65)15П(40)Е3К ед Ос |
Б |
14,4 |
16,4 |
65 |
1,2 |
3 |
БРТ |
189 |
|
П |
11,0 |
9,0 |
40 |
||||||
|
51П(80)29К13Б7Е |
П |
26,3 |
21,0 |
80 |
0,7 |
4 |
ПРТ |
221 |
|
|
72Б(65)18Е5П(75)5К |
Б |
18,5 |
17,9 |
65 |
1,0 |
3 |
БРТ |
209 |
|
|
П |
16,7 |
14,0 |
75 |
||||||
|
41Б(65)35Е14К10П(55) |
Б |
16,4 |
16,4 |
65 |
0,9 |
3 |
БРТ |
226 |
|
|
П |
12,6 |
12,5 |
55 |
||||||
|
49П(80)24Б15Е12К |
П |
22,9 |
18,3 |
80 |
0,9 |
3 |
ПРТ |
221 |
|
|
40Б(65)40П(80)16К4Е |
Б |
13,6 |
13,6 |
65 |
1,2 |
3 |
БРТ |
242 |
|
|
П |
20,3 |
16,5 |
80 |
Примечание: Д – средний диаметр, см; Н – средняя высота, м; А – возраст, лет; ПВЕЙН – пихтач вейникового типа леса; ПРТЗМ – пихтач разнотравно-зеленомошного типа леса; ПРТ – пихтач разнотравного типа леса; БВЕЙН – березняк вейникового типа леса; ОсРТ – осинник разнотравного типа леса; КРТЗМ – кедрач разнотравно-зеленомошного типа леса; БРТ – березняк разнотравного типа леса.
Для реализации поставленной цели отобрано 46 лесных участков (лесосеки), территориально расположенных в Таежном участковом лесничестве Канского лесничества, на которых в период с 1961 по 2015 г. проведены сплошные рубки пихтовых древостоев.
Таксационная характеристика послерубочных насаждений получена в результате полевых и камеральных работ в 2020 г. (табл. 1), а также анализа лесных участков арендованных территорий 2018 г.
Послерубочные насаждения характеризуются разнотравной группой типов леса вне зависимости от преобладающей древесной породы (пихта, кедр, береза и осина). Насаждения смешанные. При этом доминируют по составу пихтачи, затем березняки, кедрачи и осинники. Послерубочные пихтачи развиваются по 3-му классу бонитета. Закономерности, связанные с изменением количественных показателей насаждений после периода рубки (до 20 лет, 21–40 лет, 41–60 лет), выявляются не явно, поскольку древостои формируются как из предшествующих, так и последующих генераций подроста. Следует отметить, что насаждения после 41–60 лет характеризуются высокой полнотой (0,7–1,2).
Возрастная последовательность естественного восстановления лесных участков Канского лесничества после сплошной рубки изображена на рис. 1.
Рис. 1. Восстановительные стадии послерубочных пихтовых насаждений
Прогнозирование роста основных таксационных показателей выполнялось на основе научно-методических рекомендаций отечественных авторов [8, 9].
Проведение статистического анализа данных и подбор аппроксимирующих кривых выполнялись в программах Microsoft Office Excel, Curve Expert 1.3.
Результаты исследования и их обсуждение
Для представления об особенностях дорубочных насаждений выполнена статистическая оценка пихтовых древостоев на исследуемой территории:
− состав (количество преобладающего пихтового элемента леса в составе древостоя 7 единиц (диапазон 6–9 единиц), сопутствующие элементы представлены породами ель, кедр, береза (вариация в составе от 1 до 4 единиц));
− средний возраст – 128±5 лет (возрастной диапазон насаждений 100–160 лет);
− средний диаметр – 19,9±0,7 см (размах средних диаметров от 16 до 26 см);
− средняя высота – 19,1±0,4 м (вариация 17–22 м);
− средний класс бонитета IV±0,1 (III–IV);
− средняя полнота 0,8±0,02 (интервал полнот 0,6–0,9);
− средний запас насаждений – 234±7,7 м3/га (от 170 до 260 м3/га);
− насаждения преимущественно относятся к зеленомошниковой группе типов леса;
− состав подроста (количество главного пихтового элемента в составе 8 единиц (диапазон 6–10 единиц), сопутствующие – ель, кедр, береза 1–4 единицы);
− средний возраст подроста 20±3 года (10–35 лет);
− средняя высота подроста – 1,5±0,2 м (1,0–3,5 м);
− средняя густота подроста 5,6±0,8 тыс. шт./га (2,0–15,0 тыс. шт./га).
Применительно к послерубочным насаждениям установлены следующие диапазоны таксационной характеристики:
− по составу (в среднем количество пихтового элемента леса в составе насаждений составило 5 единиц (лимит представленности от 3 до 8 единиц);
− сопутствующими или преобладающими элементами леса являлись ель, кедр, береза, осина; вариация в составе 2–7 единиц;
− диапазон возраста пихтовых древостоев 5–100 лет;
− средний диаметр пихтачей от 2 до 26 см;
− средняя высота пихтовых насаждений 3–21 м;
− класс бонитета III;
− полнота насаждений 0,4–1,0;
− средний запас насаждений 5–252 м3/га;
− насаждения относятся к разнотравной группе типов леса.
На первом этапе статистически обработаны основные средние таксационные показатели послерубочных пихтовых насаждений (диаметр, высота, и запас) по периодам после рубки (табл. 2).
Необходимо отметить, что таксационные показатели формирующихся древостоев до 20 лет имеют большую изменчивость и, соответственно, высокую точность опыта (14,0–28,8 %). Объяснить это можно наличием на вырубках подроста как предшествующей, так и последующей генерации. Выборки «21–40» и «41–60» лет репрезентативны (максимальная точность опыта не превысила 11,2 %).
Следующий этап – это получение прогнозного сценария динамики основных таксационных показателей модальных послерубочных пихтовых насаждений Канской лесостепи. Для этого использовались парные нелинейные трехпараметрические уравнения (функция Modified Exponential (1, 2 типа) и функция роста Б. Гомпертца (3)).
С целью объективного получения прогноза динамики роста послерубочных пихтовых насаждений в качестве входной переменной использовали возраст, а выходные переменные – диаметр, высота и общий запас насаждения (вне зависимости от преобладающей породы в составе).
D = 33,69*e(-43,8155/A) , (1)
где D – диаметр, см;
A – возраст, лет.
Экспоненциальное уравнение. Коэффициент корреляции составил 0,82. Стандартная ошибка – 3,3 см. Уравнение достоверно, поскольку критерий Фишера (F) составил 36. Все коэффициенты значимы (р < 0,05). Диапазон действия возраста древостоя 5–100 лет.
H = 23,69*e(-31,744878/A), (2)
где H – высота, м;
A – возраст, лет.
Экспоненциальное уравнение. Коэффициент корреляции составил 0,76. Стандартная ошибка – 2,9 м. Уравнение достоверно, так как Fф (90) ˃ Fтаб (≥ 5). Все коэффициенты значимы (р < 0,05). Диапазон действия возраста древостоя 5–100 лет.
M = AS/1010^(-0,0222+0,4232/A) , (3)
где M – запас, м3/га;
A – возраст, лет;
AS – расстояние между нижней и верхней асимптотами запаса (252 м3/га).
Уравнение Гомпертца. Коэффициент корреляции составил 0,98. Стандартная ошибка – 55 м3/га. Уравнение достоверно F = 24. Все коэффициенты уравнения значимы, поскольку р < 0,05. Диапазон действия уравнения A = 5–100 лет.
Модальные пихтачи зеленомошниковой группы типов леса III и IV класса бонитета являются коренными дорубочными насаждениями, в которых в возрасте спелости и перестойности назначаются сплошные рубки.
Таблица 2
Показатели описательной статистики таксационных показателей послерубочных насаждений по временным периодам рубки (лет)
|
Таксационный показатель |
Среднее арифметическое |
Стандартное отклонение |
Коэффициент вариации, % |
Точность опыта, % |
|
до 20 лет |
||||
|
Диаметр, см |
5,3±0,94 |
2,83 |
53,0 |
17,7 |
|
Высота, м |
5,1±0,72 |
2,15 |
42,0 |
14,0 |
|
Запас, м3/га |
24±7,0 |
21,1 |
86,4 |
28,8 |
|
21–40 лет |
||||
|
Диаметр, см |
10,8±0,33 |
1,3 |
12,1 |
3,0 |
|
Высота, м |
10,7±0,30 |
1,19 |
11,2 |
2,8 |
|
Запас, м3/га |
149±16,6 |
66,4 |
44,7 |
11,2 |
|
41–60 лет |
||||
|
Диаметр, см |
21,6±2,03 |
4,06 |
18,8 |
9,4 |
|
Высота, м |
17,4±1,47 |
2,95 |
16,9 |
8,5 |
|
Запас, м3/га |
230±14,2 |
34,8 |
15,1 |
6,2 |
Примечание: оценка получена при уровне доверительной вероятности р = 0,954.
Таблица 3
Ход роста дорубочных и послерубочных пихтачей Канского лесничества и пихтовых древостоев Сибири
|
Таксационные показатели |
Возраст, лет |
|||||||||||
|
5 |
10 |
15 |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
70 |
80 |
90 |
100 |
|
|
Среднесибирский подтаежно-лесостепной район (КГБУ «Канское лесничество») |
||||||||||||
|
Модальные послерубочные пихтачи разнотравные (III класс бонитета) |
||||||||||||
|
Диаметр, см |
– |
0,4 |
1,8 |
3,8 |
7,8 |
11,3 |
14,0 |
16,2 |
18,0 |
19,5 |
20,7 |
21,7 |
|
Высота, м |
– |
1,0 |
2,9 |
4,8 |
8,2 |
10,7 |
12,6 |
14,0 |
15,0 |
15,9 |
16,6 |
17,2 |
|
Запас, м3/га |
2 |
7 |
15 |
28 |
68 |
115 |
157 |
190 |
213 |
228 |
237 |
243 |
|
Модальные дорубочные пихтачи зеленомошниковые (III–IV класс бонитета) |
||||||||||||
|
Диаметр, см |
– |
– |
– |
5,8 |
8,2 |
10,5 |
12,4 |
14,2 |
15,8 |
17,3 |
18,6 |
19,7 |
|
Высота, м |
– |
– |
– |
5,9 |
8,3 |
10,5 |
12,3 |
14,0 |
15,5 |
16,7 |
17,9 |
18,9 |
|
Запас, м3/га |
– |
– |
– |
32 |
58 |
89 |
119 |
147 |
171 |
189 |
204 |
215 |
|
Модальные пихтачи средне- и южнотаежных экорегионов Среднесибирского плоскогорья (III класс бонитета) |
||||||||||||
|
Диаметр, см |
– |
– |
– |
3,1 |
6,5 |
10,2 |
13,6 |
16,7 |
19,3 |
21,4 |
23,1 |
24,4 |
|
Высота, м |
– |
– |
– |
4,2 |
7,7 |
10,9 |
13,8 |
16,2 |
18,1 |
19,6 |
20,8 |
21,7 |
|
Запас, м3/га |
– |
– |
– |
17 |
47 |
86 |
125 |
160 |
188 |
210 |
227 |
240 |
|
Модальные пихтачи горных экорегионов юга Центральной Сибири (III класс бонитета) |
||||||||||||
|
Диаметр, см |
– |
– |
– |
– |
8,5 |
12,6 |
16,1 |
19,0 |
21,3 |
23,0 |
24,3 |
25,2 |
|
Высота, м |
– |
– |
– |
– |
9,0 |
12,5 |
15,4 |
17,5 |
19,1 |
20,3 |
21,1 |
21,7 |
|
Запас, м3/га |
– |
– |
– |
– |
66 |
105 |
140 |
169 |
192 |
209 |
223 |
233 |
Рис. 2. Сравнительный анализ хода роста таксационных показателей пихтовых древостоев
Сравнение данных хода роста дорубочных и послерубочных пихтовых насаждений Канского лесничества выполнялось с данными хода роста древостоев пихты Сибири [10, 11] и представлено в табл. 3 и на рис. 2.
Визуальное представление линий развития пихтачей (рис. 2) позволяет установить следующие особенности роста. Отличие кривой диаметров послерубочных насаждений от динамики кривых в дорубочных условиях (в естественных условиях места произрастания), объясняется высокой густотой и активным ростом послерубочной генерации пихтового подроста, а также высокой сохранностью благонадежного подроста предшествующей генерации.
Динамика высот пихтачей послерубочных (зеленомошниковых) и дорубочных (зеленомошниковых) имеет идентичную кривизну линии роста (условия меняются незначительно). Различие кривых в возрасте 80–90 лет связано с сукцессионным циклом (цикличностью пихтовой представленности в составе древостоя) по причине естественного отпада деревьев пихты, являющихся ранее подростом предшествующей генерации (для них наступает стадия распада).
Кривая запасов послерубочных насаждений выше сравниваемых линий, что объясняется высокой густотой, составом древостоя (преобладание лиственных пород), более высоких диаметров. Активный рост по запасу наблюдался в возрастном периоде 25–75 лет, и, в свою очередь, к 100 годам величина достигла своего максимума. Это связано с интенсивным ростом лиственных пород. Далее начинается сукцессионная стадия формирования из лиственных пихтовых насаждений.
Кривые средних диаметров и высот пихтачей Канского лесничества расположены ниже соответствующих линии для условий средне- и южнотаежных экорегионов Среднесибирского плоскогорья и горных экорегионов юга Центральной Сибири, исключением явилась регрессия запасов.
Заключение
В результате проведенного исследования получен ряд выводов.
− В послерубочных насаждениях происходит формирование пихтово-лиственных (чаще лиственно-пихтовых) древостоев, сильно отличающихся по составу от материнских древостоев и подпологового подроста. Количество пихтового элемента в насаждениях по мере роста увеличивается за счет прироста последующей генерации.
− Получен ряд регрессионных уравнений, прогнозирующих динамику роста основных таксационных показателей формирующихся послерубочных пихтовых насаждений Канского лесничества до 100 лет после проведения сплошных рубок.
− Динамика роста средних диаметров и запасов послерубочных пихтачей существенно отличается от дорубочных (коренных) пихтовых насаждений. По высоте эти древостои идентичны, что указывает на однородность условий местопроизрастания. Но при этом высокий запас послерубочных пихтачей объясняется смешанным составом и высокой густотой формирующихся древостоев.
− Ход роста дорубочных и послерубочных насаждений отличается от действующих нормативных таблиц применительно к возрастной динамике модальных пихтовых древостоев Сибири.
Результаты возрастной динамики основных таксационных показателей послерубочных модальных пихтовых насаждений необходимо учитывать при проведении сплошных рубок в условиях Канской лесостепи, а также для организации мероприятий по уходу с целью повышения продуктивности пихтовых древостоев.