Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

ЗАПАС СУХОСТОЯ В ПИХТОВО-ЕЛОВЫХ НАСАЖДЕНИЯХ ПРЕДГОРНОЙ ЧАСТИ ВОСТОЧНОГО САЯНА

Вайс А.А 1 Ануев Е.А. 1 Шишмарёва А.В. 1
1 ФГБОУ ВО «Сибирский государственный университет науки и технологий им. академика М.Ф. Решетнева»
Статья посвящена проведению исследования по определению запаса и фитомассы крупного детрита в Восточном Саяне. Крупный древесный детрит – это сухостой, валеж, пни – мертвое органическое древесное вещество (мортмасса) всех стадий разложения до перехода в гумус. 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.Согласно лесорастительному районированию территория исследования расположена в Восточно-Саянском горно-таёжном районе сосново-кедрово-пихтовых лесов. На территории выделены следующие страты: 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). Методом определения показателей натурной таксации и фитомассы насаждений являлся ленточный перечет. Елово-пихтовые насаждения имели 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. Структура отпада пихтового элемента насаждений следующая: взрослый древостой; подпологовая часть (II ярус); подрост; очаговая часть, повреждённая различными патогенами. 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. 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. Получены парные достоверные и адекватные регрессии связи запаса сухостоя с таксационными показателями древостоев запасом и средним диаметром. В результате можно констатировать значительное снижение устойчивости пихтового элемента в темнохвойных насаждениях предгорной части Восточного Саяна. 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.
крупный древесный детрит
фитомасса
запас
насаждение
сухостой
1. Методика определения запасов и массы древесного детрита на основе данных лесоустройства / М-во природ. ресурсов Рос. Федерации; [Кранкина О.Н., Поваров Е.Д.]. Пушкино: Всерос. науч.-исслед. ин-т лесоводства и механизации лес. хоз-ва, 2002. 44 [1] с.: ил, табл.; 20 см.; ISBN 5-94219-206-7.
2. Малышева Н.В., Филипчук А.Н., Золина Т.А., Сильнягина Г.В. Количественная оценка запасов древесного детрита в лесах РФ по данным ГИЛ // Лесохозяйственная информация. 2019. № 1. С. 101–128.
3. Мошников С.А., Ананьев В.А. Запас древесного детрита в сосновых насаждениях Южной Карелии // Труды СПНИИЛХ. 2013. № 2. С. 22–28.
4. Капица Е.А., Трубицына Е.А., Шорохова Е.В. Биогенный ксилолиз стволов, ветвей и корней лесообразующих пород темнохвойных северотаежных лесов // Лесоведение. 2012. № 3. C. 51–58.
5. Мухортова Л.В., Ведрова Э.Ф. Вклад крупных древесных остатков в динамику запасов органического вещества послерубочных лесных экосистем // Лесоведение. 2012. № 6. С. 55–62.
6. Замолодчиков Д.Г., Грабовский В.И., Каганов В.В. Натурная и модельная оценки углерода валежа в лесах Костромской области // Лесоведение. 2013. № 4. C. 3–11.
7. Замолодчиков Д.Г., Зукерт Н.В., Честных О.В. Подходы к оценке углерода сухостоя в лесах России // Лесоведение. 2011. № 5. C. 61–71.
8. Трейфельд Р.Ф. Запасы и масса крупного древесного детрита: на примере лесов Ленинградской области: автореф. дис. … канд. сельхоз. наук: 06.03.02. Санкт-Петербург, 2001. 19 с.
9. Мирин Д.М. Внутрифитоценотические элементы неоднородности растительного покрова // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2012. № 2. С. 10–13.
10. Вайс А.А., Красиков И.И. Класс товарности темнохвойных насаждений Восточно-Саянского горно-таежного района // Сельское, лесное и водное хозяйство. 2013. № 10. [Электронный ресурс]. URL: http://agro.snauka.ru/2013/10/1164/ (дата обращения: 24.06.2021).
11. Бобкова К.С., Кузнецов М.А., Осипов А.Ф. Запасы крупных древесных остатков в ельниках средней тайги Европейского северо-востока // Известия ВУЗ. Лесной журнал. 2015. № 2. C. 9–20.
12. Климченко А.В., Безкоровайная И.Н., Борисова И.В., Шобалина О.М. Депонирование углерода в фитодетрите на поверхности почвы в среднетаёжных лесах среднего течения р. Подкаменная Тунгуска // Вестник КрасГАУ. 2015. № 10. С. 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.


Библиографическая ссылка

Вайс А.А, Ануев Е.А., Шишмарёва А.В. ЗАПАС СУХОСТОЯ В ПИХТОВО-ЕЛОВЫХ НАСАЖДЕНИЯХ ПРЕДГОРНОЙ ЧАСТИ ВОСТОЧНОГО САЯНА // Успехи современного естествознания. – 2021. – № 7. – С. 5-11;
URL: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=37655 (дата обращения: 28.10.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074