Влияние структуры древостоя на плотность древесины сосны и ели в черничном типе леса

Природопользование

DOI: 10.12737/8434 УДК 630.232 + 630.811

ВЛИЯНИЕ СТРУКТУРЫ ДРЕВОСТОЯ НА ПЛОТНОСТЬ ДРЕВЕСИНЫ СОСНЫ

И ЕЛИ В ЧЕРНИЧНОМ ТИПЕ ЛЕСА

кандидат сельскохозяйственных наук Д. А. Данилов1 доктор сельскохозяйственных наук, профессор А. П. Смирнов2 1 - ГНУ Ленинградский НИИСХ «Белогорка» Россельхозакадемии,

Белогорка, Российская Федерация

2 - Санкт-Петербургский Государственный Лесотехнический Университет им. С.М. Кирова,

г. Санкт-Петербург, Российская Федерация

Смешанные древостои ели и сосны черничных типов леса занимают значительные площади лесного фонда Ленинградской области. Для теории и практики лесоводства важно знать влияние состава насаждения на плотность древесины в двухъярусных смешанных елово-сосновых древостоях. В смешанных древостоях сосны и ели были отобраны диски и керны древесины пород от модельных деревьев для определения базисной плотности по методу максимальной влагоёмкости. Проведенное исследование базисной плотности древесины сосны и ели в хвойных двухъярусных древостоях выявило, что её показатели выше для обеих пород в смешанном древостое, чем в чистых хвойных насаждениях региона исследования. При преобладании сосны в составе древостоя плотность её древесины выше, чем в насаждениях с преобладанием ели. Плотность древесины сосны возрастает от меньших к большим ступеням толщины древостоя. Вариабельность плотности древесины по ступеням толщины ствола выше у ели, чем у сосны в смешанных насаждениях. В насаждениях после разреживающих рубок плотность древесины сосны ниже, чем в насаждении, не пройденном рубкой. В двухъярусном елово-сосновом древостое к возрасту спелости формируется большая древесная стволовая масса хвойных пород, чем в чистых одноярусных насаждениях сосны или ели. Разработанные регрессионные уравнения зависимости плотности древесины на высоте

1.3 м к средней плотности ствола позволяют более точно оценивать этот параметр в смешанных древостоях, чем ранее опубликованные уравнения для чистых древостоев в черничных типах леса для района исследования.

Ключевые слова: состав и структура хвойных древостоев, базисная плотность древесины, уравнения связи плотности древесины ствола с плотностью на высоте 1.3 м.

Лесотехнический журнал 4/2014

13

Природопользование

EFFECT OF STAND STRUCTURE ON DENSITY OF PINE AND SPRUCE WOOD IN

MYRTILLUS FOREST TYPE

PhD in Agriculture D. A. Danilov1 DSc in Agriculture, Professor A. P. Smirnov2

1 - Leningrad Scientific Research Institute of Agriculture «Belogorka» of the Russian Academy of

Sciences, Belogorka, Russian Federation

2 - St. Petersburg State University of Forestry named after S.M. Kirov, Saint-Petersburg,

Russian Federation

Abstract

Mixed stands of spruce and pine of myrtillus y forest types occupy large areas of the forest fund of the Leningrad region. For the theory and practice of forestry it is important to know the impact of plantations on the density of wood in bunk mixed spruce-pine stands. In mixed stands of pine and spruce disks and cores of wood species were selected from the model tree to determine the basic density by the method of maximum water capacity. The study of basic wood density of pine and spruce in the coniferous bunk stands revealed that its rates are higher for both species in the mixed forest stand than in pure coniferous plantations in the region of the study. With the predominance of pines in the stand composition, its wood density is higher than in stands dominated by spruce. Density of pinewood increases from smaller to larger classes of stand diameters. Variability of wood density by diameter of trunk is higher in spruce than in pine in mixed stands. In stands, after cutting dilutes the density of pinewood is lower than in the plantation, which is not passed with felling. In the bunk spruce-pine the stand, to the age of maturity, larger mass of stem wood of coniferous species is formed than in the pure one-tier stands of pine or spruce. Developed regression equations depending on the density of the wood at a height of 1.3 m to the average density of trunk allow for a more accurate assessment of this parameter in mixed stands than previously published equations for pure stands of myrtillus forest types for the study area.

Keywords: composition and structure of coniferous stands, basic density of wood, equations of dependence of stem wood density with density at 1.3 m height

Введение

Смешанные древостой ели и сосны с малой долей лиственных пород на СевероЗападе РФ, по данным Государственного учета лесного фонда (ГУЛФ), произрастают на 16-20 % лесопокрытой площади. Модальные смешанные елово-сосновые древо-стои занимают более 70 % лесопокрытых площадей черничных типов леса в этом регионе. Для теории и практики лесоводства

важно знать влияние состава насаждения на плотность древесины в двухъярусных, чистых и смешанных елово-сосновых древо-стоях. Плотность древесины в таких древо-стоях к возрасту сплошной рубки - один из важнейших показателей качества сформировавшегося насаждения с хозяйственной точки зрения. С экологических позиций плотность древесины определяет количество продуцированной стволовой фитомассы

14

Лесотехнический журнал 4/2014

Природопользование

древесного ценоза и тем самым - успешность произрастания в данных лесорастительных условиях.

Для условий Ленинградской области были предложены уравнения регрессии для определения средней базисной плотности древесины ствола стоящего дерева на основании изучения плотности древесины на высоте 1,3 м [4, 6, 8, 9]. Это позволяет без рубки модельных деревьев определять базисную плотность древесины в хвойных древостоях. Однако в ранее проведённых исследованиях плотности рассматривались одновозрастные или разновозрастные насаждения сосны и ели, условно чистые по составу [1, 5, 7, 8, 9]. В то же время представляет несомненный научный и практический интерес выявление изменений базисной плотности в двух-ярусных древостоях с разным участием ели и сосны в составе 1-го яруса.

Целью исследования было изучение базисной плотности древесины в двухъярусных елово-сосновых древостоях. На основании анализа образцов из модельных деревьев предполагалось определить среднюю базисную плотность древесины ствола и предложить уравнения связи средней плотности с плотностью на высоте 1.3 м. Это в дальнейшем позволит не проводить рубку модельных деревьев, а использовать керны древесины в сходных по составу и структуре хвойных древостоях.

Методика исследования

Были отобраны модельные деревья в количестве 6-7 экземпляров из наиболее представленных ступеней толщины и взяты диски через 1 м по всей высоте ствола. Кроме того, отбирались керны древесины

на высоте груди, в количестве 15-25 штук в этих же ступенях толщины. Базисная плотность древесины определялась методом максимальной влагоёмкости [6]. Для обработки данных и получения зависимостей использовался набор стандартных компьютерных программ. Проводился сравнительный анализ полученных данных.

Объектами исследования являются двухъярусные елово-сосновые древостои в Гатчинском контрольном лесничестве Ленинградской области, в наиболее распространённых лесорастительных условиях для района исследования - в черничном типе леса (черничник свежий и черничник влажный осушенный) - табл. 1.

Результаты исследования

Плотность древесины отдельно взятого ствола дерева - довольно стабильный показатель и её варьирование не отмечается в широких пределах в исследуемых насаждениях, как у сосны, так и у ели. Варьирование плотности древесины по высоте ствола у ели 1-го яруса больше в древостое с преобладающей долей её участия (коэффициент вариации Cv до 5 %), в насаждении с наименьшей её долей в составе Cv составляет менее 2 %. Для сосны коэффициент вариации плотности по высоте ствола составляет 2,5-5 % и имеет большие величины в нижней половине ствола по всем исследованным ступеням толщины, независимо от состава древостоя. Это служит показателем однородности древесины и указывает на её высокие физико-механические качества. Такая древесина пригодна для использования, как на пиловочник, так и для целлюлознобумажного производства.

В то же время варьирование плотно-

Лесотехнический журнал 4/2014

15

Природопользование

Таблица 1

Таксационные показатели древостоев по ярусам и хвойным элементам леса

Номер Номер Состав Элемент Средний Средняя Общий Класс Тип

ПП яруса древостоя по ярусам леса диаметр, см высота, м запас, м3/га бонитета леса

1 1 9С11О1Б7О С 30 32 31О II ЧВО

2 10Е9о Е 20 22

1 4Е1004С1102Б70 Е 26 25

2 1 +Ос70 С 36 25 270 II ЧС

2 10Е§о Е 18 17

3 1 8С1002Б70 С 28 30 4ОО ЧВО

2 1ОЕ90 Е 20 20 II

сти древесины внутри ряда распределения ступеней толщины, как по модельным деревьям, так и по кернам значительно выше и составляет соответственно для сосны Cv

5-8 %, для ели Cv 7-10 %. Значительно варьирует плотность для одной породы и по ступеням толщины - табл. 2.

В двухъярусном древостое базисная

Таблица 2

Базисная плотность древесины сосны и ели в исследуемых древостоях, кг/м3

Ступени ПП 1 ПП 2 ПП 3

сосна ель сосна ель ель сосна ель

толщины, см 1-й ярус 2-й ярус 1-й ярус 1-й ярус 1-й ярус 2-й ярус

2-й ярус

12 486 53О 351

477 449 374

16 497 490 362 54О 516 518 443

439 48О 362 524 531 563 447

20 534 467 4ОО 390 490 362 474 46О

479 463 4ОО 41О 517 381 527 466

24 542 512 461 407 533 427

486 5О2 4О6 478 574 429

28 543 5О6 471 434 469 456

51О 48О 423 490 523 461

32 567 490 542 4О4 452 499

52О 486 43О 434 509 51О

36 576 553 563 479 44О 422

533 535 421 522 5ОО 423

40 58О 469 439

455 5О3 499

Средняя плотность ствола, кг/м3 495 489 423 457 463 528 456

Примечание. На 1111 2 у ели 2-го яруса в ступенях толщины 12, 16 и 20 см были отобраны по 2 модельных дерева, плотность которых и приведена в таблице.

16

Лесотехнический журнал 4/2014

Природопользование

плотность древесины ели, как 1-го, так и 2-го ярусов выше, чем в одноярусном еловом насаждении того же возраста по всем ступеням толщины древостоя [6].

Стоит отметить, что выявленная ранее тенденция повышения плотности древесины ели подчиненного яруса по сравнению с основным в чистых разновозрастных ельниках проявилась и в смешанном хвойном древостое на 1111 2 (см. табл. 2) [6]. Сосновый ярус в смешанном насаждении имеет, как и еловый, более высокую плотность древесины по сравнению с чистыми по составу древо-стоями. Так, базисная плотность древесины сосны для Ленинградской области составляет 408, для ели 380 кг/м3, а на ПП 2 соответственно 423-528 и 489 кг/м3[6].

В насаждении состава 8С2Б (ПП 3) рубок не проводилось, в отличие от двух других объектов исследования, где проводились выборочно-постепенные рубки; в одном изреживался в основном еловый ярус, в другом - сосновый.

Если на ПП 1 и ПП 2 наблюдается тенденция возрастания плотности древесины сосны от меньших к большим ступеням толщины, то на ПП 3 происходит обратное. В чистых сосновых древостоях в ранее проведённых исследованиях наблюдался тот же эффект после проходных рубок [2, 3, 6]. То есть после изреживания наблюдается тенденция к увеличению плотности древесины более крупных стволов сосны, что немаловажно с хозяйственной точки зрения. Тем не менее, в насаждениях, пройденных выборочно-постепенной рубкой, плотность древесины сосны к настоящему времени в целом снижена по сравнению с объектом без рубок. В ранее проведённых исследованиях

отмечалась различная реакция ели и сосны на разреживания [2, 3, 6]. В чистых насаждениях у ели в большинстве случаев происходило увеличение базисной плотности древесины, а у сосны плотность древесины снижалась, но не более чем на 5-7 %. В смешанных сосново-еловых древостоях в зависимости от доли представленности породы в составе древостоя, у ели в результате разреживаний плотность древесины чаще увеличивалась [2, 3, 4, 8]. У сосны при уменьшении её доли после разреживания в подобных насаждениях плотность снижалась на небольшую величину. В древостое, где ель больше изреживалась, её плотность выше, чем там, где она в настоящее время преобладает в составе ценоза.

Базисная плотность древесины на уровне 1,3 м и средняя базисная плотность ствола в исследуемых древостоях имеют тесную связь (табл. 3). Полученные зависимости для смешанного хвойного насаждения с преобладанием ели и сосны отличаются от ранее рассчитанных уравнений связей для чистых одноярусных древосто-ев ели и сосны [6, 8, 9].

Уравнения для одноярусных и чистых по составу хвойных древостоев “занижают” среднюю базисную плотность древесины для ели на 6-10 %, а для сосны на 8-15 %. Таким образом, для двухъярусных хвойных древо-стоев предпочтительнее использовать вышеприведённые зависимости для условий произрастания черничных типов леса в районе исследования. Использование уравнений с учетом структуры и состава древостоя позволяет более точно оценивать массовые показатели лесосырьевых ресурсов хвойных насаждений.

Лесотехнический журнал 4/2014

17

Природопользование

Таблица 3

Уравнения связи базисной плотности древесины на высоте 1,3 м и плотности всего ствола

в смешанном древостое черничного типа леса

Номер ПП Номер яруса Состав древостоя по ярусам Элемент леса Уравнение корреляционной связи средней плотности древесины (y) c плотностью на высоте 1,3 м (х) Коэффициент детерминации R2

1 1 9С1101Б70 С у = 0,80 x + 147,97 0,94

2 ШЕ90 Е у = 1,13 x - 53,56 0,92

1 4Е1004С1102Б70 Е у = 1,26 x - 73,26 0,87

2 1 +Ос70 С у = 0,23 x + 305,28 0,70

2 10Е§о Е у = 0,74 x + 120 0,80

3 1 8С1102Б70 С у = 0,77 x + 145,77 0,91

2 ЮЕ90 Е у = 1,11 x - 50,70 0,92

Выводы

Двухъярусные елово-сосновые и еловые древостои черничных типов леса после выборочно-постепенных рубок имеют разные показатели базисной плотности к 5-му классу возраста. В смешанном древостое, с малой долей участия осины и берёзы в составе, древесина ели имеет большую базисную плотность в обоих ярусах по сравнению с чистыми двухъярусными еловыми древо-стоями. Разреживания не снижают плотность древесины ели 1-го яруса в смешанных сосново-еловых древостоях. У сосны плотность древесины несколько снижается, но в насаждениях с её преобладанием этот показатель выше, чем с меньшей её долей участия в составе насаждения. В целом плотность древе-

сины ели и сосны в исследуемых двухъярусных древостоях выше средних показателей для одноярусных и чистых по составу насаждениях в районе исследования. Можно сделать вывод, что в двухъярусном еловососновом древостое к возрасту спелости формируется и большая древесная стволовая масса хвойных пород, чем в чистых одноярусных насаждениях сосны или ели.

Корреляционные уравнения связи средней плотности древесины ствола с плотностью на высоте 1,3 м для двухъярусных смешанных хвойных насаждений позволяют более точно оценивать базисную плотность древесины сосны и ели, чем уравнения для одноярусных чистых сосновых и еловых насаждений.

Библиографический список

1. Антонов, О. И. Особенности физико-механических и акустических свойств древесины ели, сформировавшейся под влиянием обрезки ветвей [Текст] / О. И. Антонов // Строение, свойства и качество древесины-2004. Труды IV Международного симпозиума II том. -СПб. : ЛТА, 2004. - С. 562-563.

2. Данилов, Д. А. Закономерности структурных изменений в сосновых и еловых древо-стоях на объектах комплексного ухода за лесом [Текст] : дисс. ... канд. с.-х. наук / Д. А. Данилов. - СПб. ГЛТУ, 2011. - 245 с.

18

Лесотехнический журнал 4/2014

Природопользование

3. Данилов, Д. А. Влияние типа леса и состава насаждения на показатели плотности древесины сосны и ели после рубок ухода и внесения удобрений [Текст] / Д. А. Данилов // Материалы десятой международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы развития лесного комплекса» 11-13 декабря 2012 г. в Вологодском государственном техническом университете. - Вологда, 2012. - С. 11-13.

4. Данилов, Д. А. Плотность древесины ели и сосны в чистых и смешанных насаждениях кислично-черничных типов леса [Текст] / Д. А. Данилов, А. С. Поляков // Инновации и технологии в лесном хозяйстве - 2013. Материалы III Международной научно-практической конференции, 22-24 мая 2013 г., Санкт-Петербург, ФБУ «СПбНИИЛХ». - СПб. : СПбНИ-ИЛХ, 2013. - Ч. 1. - С. 183-193.

5. Корчагов, С. А. Повышение качественной продуктивности насаждений на лесоводствен-ной основе [Текст] : автореф. ... док. с.-х. наук / С. А. Корчагов. - Архангельск, 2010. - 42 с.

6. Полубояринов, О. И. Плотность древесины [Текст] : монография / О. И. Полубояри-нов. - М. : Лес. пром., 1976. - 259 с.

7. Синькевич, С. М. Влияние разреживания и удобрения на качество древесины в средневозрастном сосняке [Текст] / С. М. Синькевич // Сосново-лиственные насаждения Карелии и Мурманской области. - Петрозаводск, 1981. - С. 115-121.

8. Смирнов, А. А. Влияние комплексного ухода на форму ствола и плотность древесины [Текст] / А. А. Смирнов // Строение, свойства и качество древесины-2004. Труды IV Международного симпозиума I том. - СПб. : ЛТА, 2004. - С. 131-133.

9. Степаненко, И. И. Лесоводственные основы целевого выращивания сосновых насаждений в подзоне южной тайги европейской части России [Текст] : автореф. ... д-ра c.-х. наук. - Архангельск : АГТУ, 2009. - 44 с.

References

1. Antonov O.I. Osobennosti fiziko-mehanicheskih i akusticheskih svojstv drevesiny eli, sformiro-vavshejsja pod vlijaniem obrezki vetvej [Features of mechanical and acoustic properties of spruce wood, which was formed under the influence of pruning]. Stroenie, svojstva i kachestvo drevesiny-2004. Trudy IVMezhdunarodnogo simpoziuma [Structure, properties and quality of wood-2004. Proceedings of the IV International Symposium]. Saint Petersburg, 2004, Vol. II, pp. 562-563. (In Russian).

2. Danilov D.A. Zakonomernosti strukturnyh izmenenij v sosnovyh i elovyh drevostojah na obektah kompleksnogo uhoda za lesom: Diss. kand. s.-h. nauk [Laws of structural changes in pine and spruce stands on objects of complex forest care: Cand. agricultural Sciences diss.]. Saint Petersburg, 2011, 245 p. (In Russian).

3. Danilov D.A. Vlijanie tipa lesa i sostava nasazhdenija na pokazateli plotnosti drevesiny sosny i eli posle rubok uhoda i vnesenija udobrenij [Influence of the type of forest and stand composition on densities pine and fir after thinning and fertilization]. Materialy desjatoj mezhdunarod-noj nauchno-tehnicheskoj konferencii «Aktual'nye problemy razvitija lesnogo kompleksa» 11-13 dekabrja 2012 g. [Proceedings of tenth international scientific conference "Actual problems of fore-

Лесотехнический журнал 4/2014

19

Природопользование

stry complex" December 11-13, 2012]. Vologda, pp. 11-13. (In Russian).

4. Danilov D.A., Polyakov A.S. Plotnost' drevesiny eli i sosny v chistyh i smeshannyh na-sazhdenijah kislichno-chernichnyh tipov lesa [The density of spruce and pine in pure and mixed stands in wood sorrel and myrtillus forest types] Innovacii i tehnologii v lesnom hozjajstve 2013. Materialy III Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii, 22-24 maja 2013 g. [Innovation and technology in forestry 2013. Proceedings of the III International scientific and practical conference, May 22-24, 2013]. Saint Petersburg, 2013, Part 1, pp.183-193. (In Russian).

5. Korchagov S.A. Povyshenie kachestvennojproduktivnosti nasazhdenij na lesovo-dstvennoj osnove: avtoref. dok. s.-h. nauk [Improving the high quality productivity of plantations at silvicultural basis: Dr. Agricultural Sciences diss.]. Arkhangelsk, 2010, 42 p.

6. Poluboyarinov O.I. Plotnost'drevesiny [Wood density]. Moscow, 1976, 259 p. (In Russian).

7. Sinkevich S.M. Vlijanie razrezhivanija i udobrenija na kachestvo drevesiny v sred-nevozrastnom sosnjake [Influence of thinning and fertilization on quality of wood in the middle-aged pine stand]. Sosnovo-listvennye nasazhdenija Karelii i Murmanskoj oblasti - Pine-hardwood stands of Karelia and the Murmansk region, Petrozavodsk, 1981, pp. 115-121. (In Russian).

8. Smirnov A.A. Vlijanie kompleksnogo uhoda na formu stvola i plotnost' drevesiny [Influence of comprehensive care on the shape of the trunk and wood density]. Stroenie, svojstva i kachestvo drevesiny-

2004. Trudy IV Mezhdunarodnogo simpoziuma [Structure, properties and quality of wood-2004. Proceedings of the IV International Symposium]. Saint Petersburg, 2004, Vol. I, pp. 131-133. (In Russian).

9. Stepanenko I.I. Lesovodstvennye osnovy celevogo vyrashhivanija sosnovyh nasazhdenij v podzone juzhnoj tajgi evropejskoj chasti Rossii: avtoref. d-ra c.-h. nauk [Silvicultural basis of the target cultivation of pine plantations in the southern taiga of European Russia: Dr. Agricultural Sciences diss.]. Arkhangelsk, 2009, 44 p. (In Russian).

Сведения об авторах

Данилов Дмитрий Александрович - заместитель директора по научной работе Государственное научное учреждение «Ленинградский научно-исследовательский институт сельского хозяйства «Белогорка» Российской Академии Наук», кандидат сельскохозяйственных наук, Белогорка, Российская Федерация; e-mail: stown200@ mail.ru.

Смирнов Александр Петрович - профессор кафедры лесоводства, Санкт-Петербургский Государственный Лесотехнический Университет им.С.М. Кирова, доктор сельскохозяйственных наук, профессор, г. Санкт-Петербуг, Российская Федерация; e-mail: frontera12@gmail.com.

Information about authors

Danilov Dmitry Aleksandrovich - Deputy Director for Science, State Scientific Institution Leningrad Scientific Research Institute of Agriculture «Belogorka» of the Russian Academy of Sciences, PhD in Agriculture, Belogorka, Russian Federation; e-mail: stown200@ mail.ru.

Smirnov Aleksandr Petrovich - Professor of the Department Forestry, St. Petersburg State University of Forestry named after S.M. Kirov, DSc in Agriculture, Professor, Saint-Petersburg, Russian Federation; e-mail: frontera12@gmail.com.

20

Лесотехнический журнал 4/2014