Возрастная структура пихтовых насаждений Южной части средней тайги

УДК 630.5 А.А. Вайс

ВОЗРАСТНАЯ СТРУКТУРА ПИХТОВЫХ НАСАЖДЕНИЙ ЮЖНОЙ ЧАСТИ СРЕДНЕЙ ТАЙГИ

В статье исследованы вопросы возрастной структуры пихтовых насаждений. Древостой представлены пятью элементами леса: пихта, кедр, ель, берёза и осина. При этом главной и господствующей породой является пихта (50-70% запаса). Древостои находятся в стадии спелости. Особенностью их является распад материнского яруса, представленного второстепенными древесными породами. Состав, характер размещения и количество молодого поколения позволяют сделать вывод о непрерывности формирования леса.

Введение. В настоящее время получило распространение классическое представление о среднем возрасте в разновозрастном насаждении, как показателе, на основе которого устанавливают возраст главной рубки [1]. В то же время есть основание считать, что на разных возрастных стадиях средний возраст даже в пределах поколения необходимо определять разными способами.

Программа исследований. Изучение возрастной структуры, деление разновозрастных насаждений на поколения, а также таксация этих насаждений представляют собой сложную хозяйственную задачу. Исходя из этого, были сформулированы и поставлены следующие программные вопросы:

1. Изучение возрастной структуры насаждений по годичным кольцам на пнях после сплошнолесосечной рубки.

2. Вычисление корреляционных связей между возрастной структурой и морфологическими признаками насаждения.

3. Установление среднего возраста насаждения различными способами.

4. Разработка таблиц рядов распределений для пихтовых разновозрастных насаждений.

Объем работ и методика исследований. Во время полевых работ экспедиция кафедры лесной таксации и лесоустройства заложила в Большемуртинском лесхозе пробные площади в пихтачах разнотравного типа леса. В последующем территория закладки проб была подвергнута сплошно-лесосечной рубке. Основой исследования стали данные растущих деревьев на пробных площадях, а также информация о возрастной структуре насаждений, полученная путем изучения возраста и прироста деревьев на пнях.

На одной из пробных площадей было произведено картирование всех деревьев (проба №3) для изучения связи между пространственной и возрастной структурой.

Методика исследований соответствовала общепринятым методам и стандартам лесной таксации и экологии.

Экспериментальные исследования и их обсуждение. Древесная растительность района представлена темнохвойными лесами. При этом наблюдается абсолютное преобладание пихтарников, иногда в поймах рек, произрастающих с елью, реже с кедром.

Состав насаждений смешанный и представлен следующими «элементами леса»: пихта, кедр, ель, береза и осина. Господствующей породой является пихта, которая занимает от 50 до 70% общего запаса насаждений. Следующими в этом составе являются ель от 10 до 30%, кедр 10 - 20%, осина от 2 до 10% и береза от 2 до 5%. Все насаждения характеризуются «нормальной» производительностью (полнота 0,901,00). Средние показатели по высоте и диаметру сходны. Разница по диаметру не превышает 1,0 см, а по высоте 1,0 м.

Средний возраст двух проб практически не отличается (116, 118 лет), а на пробе № 2 он выше (127 лет).

Тип леса осочково-разнотравный. Особенностью насаждений является распад материнского полога, представленного второстепенными древесными породами: осиной и березой. Подрост по составу смешанный и состоит из хвойных пород: пихта, ель, кедр. Размещение подроста куртинное. Почвы серые лесные, суглинистые, свежие.

Размещение растений по площади, занимаемой подростом, имеет важное значение для будущего древостоя и для планирования хозяйственных мероприятий. Учитывался подрост на 3-х пробных площадях. Одновременно по материалам лесоустройства были проанализированы вырубки различного срока давности до 25 лет для изучения состава подроста и молодняка. Если первоначально в древостое доля хвойных предшествующего возобновления составляет от 8 до 10 единиц, то на вырубке в составе молодняка последующего возобновления их доля падает до 5-6 единиц. По мере увеличения полноты, доля хвойных в составе древостоев зеленомошной группы меняется в пределах двух единиц. Изменение состава пихтового древостоя в сторону увеличения хвойных вызывает аналогичное изменение в подросте. Характер размещения (равномерно-случайный) соответствует биологии этой породы, то есть стремлению занять свободное пространство (экологическую нишу).

Равномерный характер сложения, как древостоя, так и подроста, соответствует разновозрастности этих насаждений и обеспечивает смену спелого поколения более молодым.

В процессе предварительного изучения лесного массива необходимо установить возрастную структуру насаждений, позволяющую выявить поколения в древостое.

Согласно схеме типов возрастной структуры, в приспевающих, спелых и перестойных насаждениях выделяют 4 типа возрастной структуры [1]: одновозрастные, условно-одновозрастные, условноразновозрастные и разновозрастные.

В таблице 1 приведены статистические данные возраста пихтового насаждения. Ее анализ показывает, что насаждения можно отнести к типу условно-разновозрастных.

Для сибирских лесов наибольшее распространение получила классификация С.С. Шанина, Э.Н. Фа-лалеева [2]. Согласно этой классификации, насаждение на пробе №1 можно считать условноодновозрастным, сформированным в основном из пихты (90-130 лет). Единичные деревья второго поколения (160-180 лет) не создают самостоятельный ярус и отмирают с большой интенсивностью (наличие стволовой гнили и выпавших деревьев).

На месте выпавших деревьев, наряду с пихтой и елью, в окнах появились мягколиственные породы. Благоприятные условия произрастания позволяют достигать осине значительных размеров по диаметру скз=60-80 см.

Таблица 1

Статистические показатели возрастной структуры пихтовых насаждений

Номер пробы Средний возраст, лет 5, лет А Е V, % Объем выборки, шт

1 117 ± 2 23,3 1,854 1,437 19,9 152

2 122 ± 3 25,6 2,400 0,287 20,9 114

3 118 ± 3 30,5 2,403 0,360 25,8 161

На пробах №2 и №3 произрастают разновозрастные насаждения с невыраженными поколениями. На пробе №2 присутствие ели в старшем поколении (140-200 лет) даёт возможность предполагать формирование пихтового насаждения под пологом елово-лиственного. Проба №3 характеризует насаждение с наличием размытых возрастных групп с большой амплитудой пихты и ели.

Анализ состава пород позволяет считать пихту наиболее приспособленной к этим условиям. Ельник отличается долговечностью и вследствие этого накапливается в древостое. Кедр занимает промежуточное положение между пихтой и елью и не образует лесных массивов. Береза и осина используют любую свободную экологическую нишу (окна, вырубки) и создают высокопродуктивные насаждения первого класса бонитета. Долговечность этих пород ограничена возрастом 100-120 лет, после которого древостои распадаются и начинается формирование пихтового насаждения. В таблице 2 приведена возрастная структура составляющих элементов пихтовых насаждений.

Таблица 2

Возрастная структура смешанных пихтовых насаждений

Номер пробы Состав Тип леса Средний возраст, лет Возраст, лет

П Е Б Ос К

1 7П2К1Е+Б, Ос П ртр 118 110 124 60 84 112

2 7П3Е+К, Б П ртр 127 120 178 - - -

3 5П3Е1К1Ос+Б П ртр 116 112 140 80 82 110

Большинство биологических объектов в лесных сообществах находятся в определенной связи друг с другом. Поэтому важно не только определить изменчивость того или другого признака, но и изучить и установить связь его с варьирующими признаками исследуемой статистической совокупности [3].

Корреляционная оценка связей между возрастом (А) и диаметром пня без коры (Об.к), а также между возрастом (А) и приростами (О^Ою) элементов леса, указывает на слабую корреляционную связь между рассматриваемыми признаками, что можно объяснить, прежде всего, наличием нелинейной по форме связи.

На следующем этапе исследований рассмотрели связь между морфологическими признаками (высота, диаметр кроны и диаметр на высоте груди) и возрастом деревьев. Корреляция между возрастом и диаметром стволов на высоте груди менялась от слабой (береза) до тесной (ель, кедр), а для пихты и осины связь была значительная и умеренная.

Связь между возрастом и диаметром кроны у березы, пихты и кедра слабая, ели - умеренная, осины - тесная. Связь между возрастом и высотой у пихты умеренная.

Параметры зависимостей указывают, прежде всего, на биологические свойства пород и период возобновления и формирования той или иной древесной породы. Так, осина, как порода-пионер, характеризуется высоким уровнем связи.

Ель и кедр, следующие породы, которые характеризуются тесной связью с диаметром стволов и умеренно-слабой связью с диаметром кроны.

Пихта - порода, которая характеризуется умеренной связью между возрастом и морфологическими признаками. Замечено, чем больше выражена разновозрастность насаждений, тем слабее связь между морфологическими признаками и возрастом деревьев.

Понятие «средний возраст» в приложении к разновозрастным древостоям имеет иной смысл, чем в одновозрастных. В однородных по возрасту величина среднего возраста показывает длительность периода, прошедшего с момента возникновения насаждения до настоящего времени. В тех случаях, когда лесообразовательный процесс протекает непрерывно, как это происходит в разновозрастных лесах, средний возраст не может дать представление о длительности существования лесного сообщества. В то же время знание среднего возраста имеет определенное практическое значение. Так, используя ряды распределения числа стволов по естественным ступеням возраста, можно на основе среднего возраста распределить число стволов или запас по возрасту слагающих деревьев. Это может быть использовано при исследованиях товарной структуры древостоев, при проектировании рубок ухода и т.д [4].

Определение среднего возраста в разновозрастном насаждении - это важная эколого-хозяйственная задача.

Общепринятым считается вычисление среднего возраста разновозрастного насаждения через сумму площадей поперечных сечений деревьев.

Расчет среднего возраста был нами произведен двумя основными способами как среднеарифметический и средневзвешенный (взвешивание через диаметр, приросты и среднее расстояние между ближайшими соседями). Формулы приведены ниже.

л _ Д Х -А.к! Д Х Рб.к2 + Д Х Рб.кЗ Д Х Р,б.Кп

ср - 'у р >

б. К2

где А - средний возраст насаждения, лет;

А?.™ - Диаметры пня без коры, см;

А1,А2,А3,Ап - возраст дерева, лет;

^А -сумма диаметров пней деревьев, см.

Ал х 1)? Ап х 1)? А? х 1)? _+ А х Т)

4 _ 152535 п п (Г)\

= Тії' '

где А - средний возраст насаждения, лет;

Ах, А2, А3Ап - возраст деревьев, лет;

-прирост деревьев на пняхза5лет, см;

^ В5/ - сумма приростов за 5 лет, см.

А, х Е)лс. + А9 х Е)лс. + А, х /)1П +__+ А х Г)

4 _ 1 Ш 2 Ш 3 Ш п п \

лср - ,

/ , \ 0 І

где А - средний возраст, лет;

Ах, А2, А3,..., Аи - возраст деревьев, лет;

Д,/)2,/)3 -прирост деревьев на пнях за 10 лет, см;

^ Д0. - сумма приростов за 10 лет.

А, х /, + А9 х /9 + Ао х / +.... + А х /

л ___ 11 22 33 п п /л\

СР= ^ , где А - средний возраст насаждения, лет;

Ах,А2,А3,....,А -возраст деревьев, лет;

/х, /2, /3.., 1п - среднее расстояние от условного дерева до ближайших «соседей», м;

^ -сумма расстояний, м.

Расчет среднего возраста был выполнен по элементам леса. Результаты расчетов представлены в табл. 3-5.

Анализ таблиц показывает, что разница в среднем возрасте, полученном разными способами для главной лесообразующей породы (пихты), не превышает 6 лет (проба №1), 2 года (проба №2) и 3 года (проба №3). У второстепенных древесных пород максимальная разница в определении среднего возраста составила: для кедра - 10 лет, березы - 30 лет, ели - 10 лет, осины - 3 года.

Надо отметить, что точность опыта расчета возраста различна из-за объема выборки. Для главной лесообразующей породы практически не имеет значения на основе какого признака определять средний возраст, тем более, что допустимая ошибка в глазомерном определении среднего возраста ±10 лет.

Для второстепенных древесных пород можно рекомендовать определение среднего возраста через диаметр в случае сплошной рубки.

Таблица 3

Средний возраст по элементам леса

Элемент леса Лимит возраста, лет Средний возраст, лет

Средний арифметический Признак «вес»

Диаметр пня Прирост за 5 лет Прирост за 10 лет

Пихта 73-202 118 124 116 117

Кедр 88-130 110 110 111 111

Береза 49-174 83 97 67 67

Ель 76-212 121 131 116 117

Осина - 84 84 84 85

Таблица 4

Средний возраст по элементам леса

Элемент леса Лимит возраста, лет Средний возраст, лет

Средний арифметический Признак «вес»

Диаметр пня Прирост за 5 лет Прирост за 10 лет

Пихта 80-180 117 118 119 118

Ель 120-197 165 168 162 161

Кедр 93-116 103 108 110 110

Оптимальный средний возраст можно определять через среднее расстояние для растений, имеющих максимальные размеры на разных этапах развития разновозрастного насаждения.

Таблица 5

Средний возраст по элементам леса

Элемент леса Лимит возраста, лет Средний возраст, лет

Аср Г ризнак «вес»

Диаметр пня Среднее расстояние Прирост за 5 лет Прирост за 10 лет

Пихта 57-185 122 125 122 120 120

Ель 88-199 135 142 135 133 133

Береза 35-115 80 84 73 81 80

Кедр 69-212 126 134 124 126 126

Осина 47-117 84 87 82 83 83

Средний возраст насаждений должен устанавливаться с учетом размеров и количества деревьев. Требования классической таксации в вычислении среднего возраста через сумму площадей и запаса подтверждается.

Для сравнения мы сопоставили ряды распределения по возрасту с рядами, полученными Э.Н. Фала-леевым [4].

В таблице 6 приведён анализ рядов распределения по возрасту. Пихтовые насаждения находятся в стадии спелости. Данные таблицы показывают, что максимальная разница между значениями в ступенях не превышает 10%. В большинстве ступеней наблюдается превышение процентов. При этом закономерности распределения в ряду спелых пихтачей повторяются и на данных пробных площадей. Наибольшая разница приходится на естественные ступени возраста 1,1 и 1,2.

Таблица 6

Сравнительный анализ рядов распределения процентов деревьев пихты по естественным ступеням возраста

Стадия спелости Естественные ступени возраста

0,5 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 итого

По Э.Н. Фалалееву 18,2 24,5 22,3 12,1 5,2 1,4 0,2 - 100

Пробные площади 0,3 21,8 25,0 10,8 2,9 6,0 4,5 1,0 1,0 100

Разница, % 0,3 3,6 0,5 -11,5 -9,2 0,8 3,1 0,8 1,0

Выводы. Результаты исследований могут быть использованы как при разработке лесотаксационных нормативов, так и при развитии общих теоретических вопросов.

В разновозрастных насаждениях на стадии молодняков средний возраст рекомендуется определять через среднее расстояние от условного дерева до «ближайших» соседей. На стадии средневозрастности, приспевания средний возраст устанавливается через текущий прирост (5,10,15 лет). Возраст главной рубки в соответствии с требованием классической таксации вычисляется через диаметры (суммы площадей поперечных сечений).

Литература

1. Справочное пособие по таксации и устройству лесов Сибири // Е.Л. Беззаботное [и др.]. - Красноярск: Изд-во КПИ, 1966. - 377 с.

2. Фалалеев, Э.Н. Таксация разновозрастных древостоев: учеб. пособие / Э.Н. Фалалеев. - Красноярск: Изд-во СТИ, 1974. - 29 с.

3. Фалалеев, Э.Н. Математическая статистика: учеб. пособие / Э.Н. Фалалеев, А.С. Смольянов. - Красноярск: Изд-во СТИ, 1983. - 51 с.

4. Фалалеев, Э.Н. Пихтовые леса Сибири и их комплексное использование / Э.Н. Фалалеев. - М.: Лесн. пром-сть, 1964. - 164 с.

УДК 632.2 Е.Г. Худоногова

СВЯЗЬ МЕЖДУ ФАЗАМИ ФЕНОЛОГИЧЕСКОГО РАЗВИТИЯ МЕДУНИЦЫ МЯГЕНЬКОЙ И НАКОПЛЕНИЕМ АКТИВНО ДЕЙСТВУЮЩИХ ВЕЩЕСТВ

В статье рассматривается освоение медуницы мягенькой для ликвидации йододефици-та. Автором изученыы взаимосвязи между фазами развития медуницыы и накоплением действующих веществ, в основном йодной составляющей. Обнаружена прямая зависимость между размерами прикорневых листьев и накоплением действующих веществ, в том числе йода.

Активные вещества образуются и накапливаются в растениях в определенные периоды развития, поэтому их заготовка проводится в строго определенное время. Главное значение в накоплении активно действующих веществ в лекарственных растениях имеет фаза вегетации или фаза развития растений. В типовой методике по заготовке лекарственных растений и переработке их в естественных условиях рекомендуется, в основном, сбор растений осуществлять в фазе цветения, с целью получения наибольшего выхода по активно действующим веществам (Телятьев, 1986; Соколов, Замотаев, 1990; Иванов, 1992). Связь между фазами развития лекарственных растений и накоплением действующих веществ изучалась на примере медуницы мягенькой.

Освоение медуницы мягенькой (Pulmonaria mollis Wulf. ex Hornem.) рекомендуется нами для ликвидации йододефицита. Поэтому в исследованиях по изучению взаимосвязи между фазами развития медуницы и накоплением действующих веществ основное внимание было уделено йодной составляющей. Обусловлено это было тем, что Восточная Сибирь, включая Прибайкалье, относится к территориям эндемичным по заболеванию щитовидной железы из-за дефицита йода. В последние годы медиками была выявлена связь йода с сопротивляемостью организма. Йод необходим для нормального функционирования щитовидной железы -это его первая функция. Через щитовидную железу проходит весь объем циркулирующей в организме крови в течение 17 минут. При низком уровне энергии и выносливости человека необходимо обратить внимание на потребление йода. Вторая функция йода - оказывать успокаивающее влияние на нервную систему организма. Третья связана с умственной деятельностью человека. При нормальном обеспечении организма йодом наблюдается повышенная умственная деятельность.

Согласно литературным данным (Телятьев, 1986), траву медуницы заготовляют в период цветения (конец апреля - середина июня) - начала плодоношения (июнь - июль). Наши исследования показали, что наибольший выход по действующим веществам наблюдается в период максимального нарастания прикорневых листьев (середина - конец июля).

В растении содержится марганец (11,5% от веса золы), калий, кальций, железо, окись кремния, слизистые и дубильные вещества, аскорбиновая кислота, рутин и флавоноиды (Горюнов, 1963; Лавренова, Лав-ренов, Лавренов, 1994).

По нашим исследованиям, в медунице мягенькой (в надземной части) имеется йод, а также цинк, кальций, магний, натрий, фосфор, селен (табл.1) (Илли, Худоногова, 2000).

Содержание макро- и микроэлементов в надземной части медуницы было определено нами по методике рентгенофлуоресцентного анализа, предложенной Т. А. Баклановой, Н.Г. Марсовым, А.Ю. Стельмах (2000).