Динамика продукционного процесса в березовом молодняке по данным мониторинговых наблюдений

ДИНАМИКА ПРОДУКЦИОННОГО ПРОЦЕССА В БЕРЕЗОВОМ МОЛОДНЯКЕ ПО ДАННЫМ МОНИТОРИНГОВЫХ НАБЛЮДЕНИЙ

Гульбе Я.И., Гульбе Т.А., Ермолова Л.С.

The young birch standproductionalprocess dynamics is analyzed in the course of monitoring.

Изучение потоков вещества и энергии в отдельных древостоях на протяжении длительного периода времени - необходимое условие для понимания и моделирования хода продукционного процесса в лесных экосистемах. Только в результате мониторинговых наблюдений в виде серии определений фитомассы и годичной продукции можно в должной мере оценить возрастную динамику продукционных показателей и индивидуальные особенности продуцирования древостоем органического вещества.

Исследования проводились в чистом березовом молодняке естественного происхождения, сформировавшемся после сплошной рубки спелого кислично-черничного сосняка, в Угличском районе Ярославской области на стационаре «Городище» Северной ЛОС Института лесоведения РАН.

Биологическая продуктивность березового древостоя оценивалась в 1982, 1985 и 1991 гг., когда возраст древостоя составлял соответственно 10, 13 и 19 лет. Фитомасса и годичная продукция надземной части древостоя определены по модельным деревьям, отобранным по методу пропорционально -ступенчатого представительства. Годичная продукция стволов определялась ретроспективным методом по проценту объемного прироста древесины [2]. Годичная продукция ветвей получена как частное от деления массы ветвей на возраст соответствующего им сегмента ствола. Дендрометрические и продукционные показатели модельных деревьев обработаны методом регрессионного анализа и пересчитаны на единицу площади (1 га).

Данные о величине фитомассы и годичной продукции березового молодняка были опубликованы ранее [1, 3] . В настоящем сообщении основное внимание уделяется анализу возрастной динамики фитомассы и годичной продукции, их фракционной структуры, а также перемещению органического вещества в направлении продукция ^ фитомасса ^ мортмасса.

Таксационная характеристика древостоя в годы определения биологической продуктивности приведена в таблице 1. На протяжении всего рассматриваемого периода средняя высота и запас стволов возрастали почти линейно. Текущий среднепериодический прирост также увеличился, но темпы его увеличения в возрастном интервале 13-19 лет были заметно ниже, чем с 10 до 13 лет. Число деревьев за время наблюдений сократилось почти в 4 раза (со 141 тыс. экз. га-1 до 36.9 тыс. экз. га-1). Интенсивность самоизреживания с возрастом несколько возросла. В возрастном интервале 10-13 лет количество

особей ежегодно сокращалось на 10.1 тыс. экз. га-1, в последующий период - на 12.3 тыс. экз. га-1.

Таблица 1 - Таксационная характеристика березового древостоя

Возраст, лет Средняя высота, м Средний диаметр, см Число стволов, экз. га-1 Сумма площадей сечений, м2 га-1 Запас стволов, 3 -1 м3 га 1 Текущий прирост древесины стволов, 3 -1 -1 м га год

10 2.25 1.32 141000 19.25 19.9 3.48

13 3.20 1.13 110630 11.18 41.7 7.19

19 5.85 2.61 36900 19.80 80.9 8.80

Общая фитомасса надземной части березового древостоя к 19-летнему возрасту увеличилась в 3 раза и достигла 45.44 т га-1 (табл. 2). Фитомасса стволов за это время увеличилась с 9.39 до 35.38 т га-1, скелета крон - с 3.39 до 6.68 т га-1, масса (годичная продукция) листьев - с 1.95 до 3.38 т га-1. В результате изменилось фракционное распределение фитомассы: доля стволов в фитомассе за период наблюдений возросла с 63.8 до 77.9 %, скелета крон и листьев, наоборот, уменьшилась.

Таблица 2 - Надземная фитомасса (в числителе - т га-1, в знаменателе - %) и годичная продукция (в числителе - т га-1 год-1, в знаменателе - %) березового древостоя_

Возраст, лет Фитомасса Продукция

Стволы Скелет крон Листья Всего Стволы Скелет крон Листья Всего

10 9.39 3.39 1.95 14.73 2.01 1.22 1.95 5.18

63.8 23.0 13.2 100.0 38.8 23.6 37.6 100.0

13 16.66 3.74 2.85 23.25 3,78 1.67 2.85 8.30

71.6 16,1 12.3 100.0 45.6 20,1 34.3 100.0

19 35.38 6.68 3.38 45.44 4.76 1.58 3.38 9.72

77.9 14.7 7.4 100.0 49.0 16.2 34.8 100.0

Годичная продукция надземной части березового древостоя за 9-летний период возросла почти вдвое. Годичная продукция стволов увеличивалась на протяжении всего периода наблюдений; скелета крон сначала возрастала до 1.67 т га-1 год-1, а в дальнейшем оставалась на том же уровне. Представительство фракции стволов в годичной продукции за этот период возросло на 10%, скелета крон, напротив, уменьшилось более чем на 7%. Доля листьев сначала несколько уменьшилась (до 34%), а в дальнейшем оставалась

на том же уровне. Необходимо отметить, что даже в последний срок наблюдений (в возрасте 19 лет) березняк ни по величине годичной продукции, ни по ее фракционному распределению еще не достиг инвариантного периода [4], но направление динамики продукционного процесса говорит о его приближении.

Таблица 3 - Изменение фитомассы, продукция и отпад стволов в березовом древостое_

Границы возрастного интервала, лет Изменение фитомассы Отпад Продукция

а б а б а б

11-13 7.27 2.42 4.07 1.36 11.34 3.78

14-19 18.72 3.12 9.84 1.64 28.56 4.76

11-19 25.99 2.89 13.91 1.54 39.90 4.43

Примечание - Вид показателя: а - периодический

Таблица 4 - Изменение фитомассы, продукция и отпад скелета крон в березовом древостое

Границы возрастного интервала, лет Изменение фитомассы Отпад + опад Продукция

а б а б а б

11-13 0.35 0.12 4.66 1,55 5.01 1.67

14-19 3.12 0.52 6.36 1.06 9.48 1.58

11-19 3.47 0.39 11.02 1.22 14.49 1.61

Примечание - См. табл. 3

Данные о фитомассе и годичной продукции древостоя, полученные с интервалом в несколько лет, позволили определить периодическое изменение фитомассы как разность между массой фракции в начале и конце временного отрезка (табл. 3 и 4). Масса отпада стволов и отпада+опада скелета крон равна разности между годичной продукцией фракции и изменением ее фитомассы в течение межучетного периода. Среднепериодические значения этих показателей получены делением их периодических величин на число лет в периоде.

За годы наблюдений суммарная продукция стволов в березовом древостое составила 39.90 т га-1, отпад - 13.91 т га-1, изменение фитомассы - 25.99 т га-1. В среднем за год накопление органического вещества в стволах древостоя в интервале 11-13 лет составило 2.42 т га-1, отток с отпадом - 1.36 т га-1, в интервале 14-19 лет - 3.12 и 1.64 т га -1, соответственно. Ежегодно в фитомассе

стволов аккумулировалось 65% их годичной продукции, а 35% использовалось на компенсацию отпада.

Продукция скелета крон за период наблюдений составила 14.49 т га-1, отпад+опад - 11.02 т га-1, изменение фитомассы - 3.47 т га-1. За год накопление органического вещества в скелете крон древостоя в возрастном интервале 11-13 лет составило в среднем 0.12 т га-1, отток с отпадом - 1.55 т га-1, в возрасте 1419 лет - 0.52 и 1.06 т га -1, соответственно. На начальном этапе исследований на увеличение фитомассы затрачено только 7% годичной продукции фракции, а на компенсацию отпада - 93%, а после 13 лет - 33 и 67%, соответственно.

С учетом массы листьев в течение всего периода наблюдений отчуждение в мортмассу составляло 60-64% годичной продукции надземной части древостоя. По преобладанию величины годичной продукции над отчуждением в мортмассу исследуемый березовый молодняк может быть отнесен к экосистемам, аккумулирующим органическое вещество в фитомассе надземной части древостоя, а по соотношению величин изменения фитомассы и отчуждения годичной продукции в мортмассу - к экосистемам с преобладанием отпада+опада. Аналогичный подход может быть применен к оценке потоков органического вещества в пределах отдельных древесных фракций.

Проведенные исследования позволяют вплотную подойти к моделированию продукционного процесса и обоснованию лесохозяйственных мероприятий в березовых древостоях кислично -черничной группы типов.

Литература

1. Каплина Н.Ф. Биопродуктивность и вертикально-фракционная структура березняков на легких почвах // Вертикально-фракционное распределение фитомассы в лесах. М.: Наука, 1986. - С. 76-110.

2. Усольцев В.А., Залесов С.В. Методы определения биологической продуктивности насаждений. - Екатеринбург: Урал. гос. лесотехн. ун-т, 2005. - 147 с.

3. Уткин А.И., Гульбе Я.И., Гульбе Т.А., Гульбе А.Я., Ермолова Л.С. Березняки и сероольшаники центра Русской равнины - экотон между экосистемами хвойных пород и сельскохозяйственными угодьями // Лесоведение. 2005. № 4. - С. 49-66.

4. Уткин А.И., Рождественский С.Г., Гульбе Я.И., Каплина Н.Ф. Продукционная инвариантность древостоев // Лесоведение. 1988. № 2. - С. 12-23.

Работа выполнена при поддержке РФФИ