Возрастная динамика формы ствола деревьев сосны обыкновенной и кедра Сибирского

ренция //Тезисы докладов. - М.: МГУЛ, 2002. - С. 34-35.

15. Тихонов А.С., Зябченко С.С. Теория и практика рубок леса. - Петрозаводск: Карелия, 1990. - 224 с.

16. Тюльпанов Н.М. Рубки ухода в лесах зелёных зон.

- М.: Лесная промышленность, 1968. - 64 с.

17. Тюльпанов Н.М. Лесопарковое хозяйство. - Л.: Стройиздат., 1975. - 161 с.

18. Хайретдинов А.Ф., Конашова С.И. Рекреационное лесоводство - Уфа: БГАУ, 1994. - 223 с.

ВОЗРАСТНАЯ ДИНАМИКА ФОРМЫ СТВОЛА ДЕРЕВЬЕВ СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ И КЕДРА СИБИРСКОГО

В.Ф. ЛЕБКОВ, Институт лесоведения РАН, д.б.н.,

Н.Ф. КАПЛИНА, Институт лесоведения РАН, к.б.н.

Форма древесного ствола в значительной мере определяет устойчивость и эффективное функционирование дерева. От сбега ствола зависят его объем и сортиментная структура. По этим и иным причинам обусловленность формы ствола, ее изменчивость в древостоях и возрастная динамика представляют несомненный интерес для исследования.

В настоящей статье делается попытка проследить особенности трансформации формы ствола у модельных деревьев сосны обыкновенной и кедра сибирского посредством анализа хода роста деревьев на протяжении длительного возрастного периода, измеряемого двумя - тремя столетиями, и тем самым выяснить степень консерватизма формы ствола и практические возможности ее хозяйственного контроля. Метод подбора древостоев одного естественного ряда по форме ствола как альтернатива аналитическому способу выявления динамики формы ствола неприемлем из-за сложности его практической реализации.

Для этой цели отобраны четыре пробные площади (ПП), заложенные авторами в различные годы. Таксационные параметры этих ПП приведены в табл. 1. На ПП срублены и обмерены с анализом хода роста: ПП 1-86 - 10, ПП 1-87 - 6, ПП 1-84 -6, ПП 1-61-13 модельных деревьев, взятых по принципу пропорционального представительства, в общей сложности их число составило 35.

У каждого модельного дерева на поперечных срезах с последовательностью 2 м

учитывался, от периферии к центру, диаметр ствола с возрастным шагом 10 лет, на основании чего получена графическая информация об образующих древесного ствола для этих же возрастных периодов. Далее производилась аппроксимация образующих древесного ствола в сосняках на ПП 1-86 и 1-87 для возрастов 30, 50 и 70 лет, а в древостоях на ПП 1-84 и 1-61 - соответственно для 60, 100,140,180,220,260, 300 и 332 лет.

Сама аппроксимация выполнялась по методике авторов, опубликованной в статьях [1,2]. Использованное для этой цели рабочее уравнение, представляющее модифицированную функцию распределения Вейбулла, имеет вид:

у = 1- 2/

где у - теоретическая численность в долях единицы (в данном случае - относительная удаленность места обмера стола от вершины дерева); х - изучаемый признак, (диаметр ствола); Ь - параметр масштаба интегральной кривой распределения; с/ и с2 -параметры ее формы.

С помощью коэффициента формы С] описывается главным образом верхняя половина ствола, а С2 - нижняя, что создает предпосылки для более корректной интерпретации показателей формы ствола.

Достоинством уравнения (1) является интерпретация им формы всего ствола, тогда как многие употребляемые в практике косвенные методы оценки формы ствола дают представление лишь о соотношении отдельных точек образующей ствола.

Таблица 1

Таксационная характеристика древостоев на ПП, использованных в статье

Средние таксационные показатели сосны и кедра

№, год закладки Местоположение Состав древостоя возраст, лет ! высота, м і диаметр, см сумма площадей сечений, м2 запас, м3 ЧИСЛО стволов, экз.

1-1986 Андреевский лесхоз, Владимирская область ЮС 77 26 26 37 422 693

1-1987 Гусевский леспромхоз, Владимирская область ЮС 78 27 28 32 385 512

1-1984 Емцовский лесхоз, Архангельская область 7СЗЕ 332 30 49 28 384 149

1-1961 Июсский леспромхоз, Красноярский край 9К1Лц 229 29 49 54 612 290

Коэффициент формы с2

8 !

7 і"

6 !

1

2

•3

4

5

•6

50 100 150 200 250 300 350

Возраст, лет

Рис.1. Изменение с возрастом коэффициента формы с2 у модельных деревьев сосны на пробной площади 1-1984

Таблица 2

Усредненные показатели для совокупности модельных деревьев: диаметра (без коры) и коэффициентов уравнения (1), варьирования коэффициента по пробным площадям и возрастным периодам и ретроспективной изменчивости периодических средних

значений С1 и сг

№№ пробных площадей Учетный возраст, лет С эедние значения Коэффициент варьирования с? Среднее ретроспек- тивное значение Коэффициент варьирования средних по периодам значений

Б/з, см Ь С/ С2 Общий, % В ступени, %

система- тическая ошибка случай- ная ошибка Сі С’ с1 С;

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

1-86 30 15,7 11,7 0,88 5,0 23 -1 12 1,03 5,11 14,6 2,2

50 20,3 14,8 1,03 5,1 17 5 6

70 24,7 17,6 1,18 5,2 15 8 7

1-87 30 15,4 11,5 0,83 4,6 8 -12 6 0,98 4,73 15,4 2,3

50 19,9 14,7 0,97 4,8 5 -4 6

70 22,9 16,5 1,15 4,7 5 -2 6

1-61 60 14,6 11,4 0,94 4,4 20 - - 0,96 3,90 3,2 7,0

100 24,4 16,6 0,99 3,7 12 -12 14

140 31,4 21,0 0,98 3,7 15 -4 10

180 37,6 24,0 0,98 3,8 21 -3 9

220 43,4 27,2 0,92 3,9 20 1 8

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

1-84 60 18,5 14,2 1,01 5,5 23 6 14 1,05 5,04 14,7 4,9

100 25,5 18,3 0,78 4,7 11 -3 17

140 30,0 21,6 0,88 4,9 12 -1 19

180 34,4 24,7 1,14 5,0 9 3 9

220 37,8 27,0 1,16 5,0 7 6 4

260 40,3 29,0 1,16 5,0 10 7 7

300 43,3 30,8 1,07 5,1 12 7 9

332 45,8 32,8 1,22 5,3 13 9 10

Примечание: прочерки обозначают отсутствие расчетных данных

Для каждого из 35 модельных деревьев были определены по указанным выше возрастным периодам значения диаметра на высоте груди (без коры), а также коэффициентов масштаба (Ь), первого (с/) и второго (с^) коэффициентов формы по уравнению (1). Полученный исходный массив данных явился основой для анализа возрастной динамики формы ствола деревьев сосны и кедра.

Касаясь динамики формы ствола отдельных деревьев, можно сделать общее замечание об индивидуальном характере изменения коэффициентов формы. У ОДНИХ деревьев наблюдается постепенное повыше-

ние с возрастом коэффициента с^, что говорит об улучшении формы ствола. Другим свойственно понижение этого коэффициента. Третьим, наиболее частым случаем, является варьирование коэффициента на протяжении жизни дерева, чередование положительных и отрицательных изменений. В качестве примера, иллюстрирующего это утверждение, на рис. 1 приведена динамика коэффициента С2 у деревьев сосны в самом старом древостое - 332-летнего возраста. Форма ствола в интервале 90-332 лет улучшилась у модельных деревьев № 3, 4 и 5, ухудшилась у №6, претерпела несущественные из-

менения у №№ 1 и 2. Причем эти изменения в равной степени могут относиться и к крупномерным, и к тонкомерным деревьям.

Аналогичная картина наблюдается и на остальных пробных площадях в сосновых и кедровых древостоях.

Для выявления мало заметных на первый взгляд тенденций в процессе преобразования формы ствола отдельных деревьев были рассчитаны по пробным площадям средние арифметические значения: диаметра на высоте груди (без коры), коэффициента Ъ, а и С2, а для оценки разброса показателей модельных деревьев в пределах ретроспективной возрастной группы - коэффициент изменчивости (вариации) показателя сг - общий для всей совокупности модельных деревьев и в пределах средней ступени толщины. В последнем случае за среднее значение принималось не реальное среднее значение сг в ступени, а рассчитанное по уравнению [2]:

у = 12,80Я2- 4,43,

где у - коэффициент формы; с 2; д2 - соотношение диаметров на середине длины ствола и высоте груди (без коры).

Оценка рассеивания средних коэффициентов формы уравнения (1) с] и с2 в ретроспективном плане выполнена путем расчета средних значений коэффициентов с/ И С2, которые они принимали в прошлом, вплоть до времени обмера древостоев и коэффициентов их варьирования. Этот прием обусловил необходимость вычисления систематической и случайной ошибок (основного отклонения), в процентах. Все перечисленные показатели изложены в табл. 2.

Варьирование формы нижней половины ствола, отражаемой коэффициентом формы С2, на различных пробных площадях и в разных возрастах, имеет неодинаковую величину. В двух древостоях (ПП 1-86 и 1-61) они колеблются от 12 до 23 %, в среднем - 18 %, а в остальных древостоях (ПП 1-87 и 1-84) изменяются в диапазоне 5-13 %, в среднем -9%. По литературным данным [3] коэффициент изменчивости второго коэффициента формы ствола Ц2 в сосняках При-ангарья на девяти пробных площадях равен

в среднем 6,2 %, что несколько ниже наших данных. Изменчивость формы ствола в древостоях различной густоты заметно варьирует с возрастом: изменчивость формы ствола в первой группе древостоев характеризуется коэффициентом вариации 15 %, а во второй - даже 22 %. Соотношение числа деревьев с различной формой ствола постоянно изменяется вследствие процесса само-изреживания древостоя и динамичности формы ствола каждого дерева, что видно из того же рис. 1.

Варьирование с2 в каждом возрастном периоде в пределах ступени толщины гораздо ниже, чем внутри всего древостоя. Случайная ошибка (среднеквадратическое отклонение) этого показателя для всех пробных площадей колеблется в интервале 4-19 %, в среднем 9,6 %.

Большой интерес представляют данные о средних значениях коэффициентов Су и с2 за все возрастные периоды наблюдений и их варьирование в динамике. Средний коэффициент с/ изменяется в пределах совокупности пробных площадей от 0,96 до 1,05, а С2 - от 3,90 до 5,11, что показано, кроме табл. 2, и на рис. 2. Варьирование среднепериодических значений а составляет, за исключением кедровника, 14,6-15,4 %, а сг - 2,2-7,0 %. Таким образом, можно заключить, что показатели формы ствола в пределах древостоев по возрастным периодам отличаются большой разнородностью, а их средние значения с возрастом претерпевают незначительные изменения, т.е. весьма стабильны.

Следует также отметить, что средние показатели формы ствола на каждой пробной площади имеют свой, присущий только ей, ход их динамики. Форма ствола, которую приобрели деревья в молодости - в 30-50 лет, определяет ее параметры и в более высоком возрасте. Напрашивается вывод о том, что средняя форма ствола существенным образом связана с начальной густотой древостоя. Сосняки, особенно на пробной площади 1-86, имели повышенную плотность и как следствие - коэффициент формы С2 находится в районе отметки 5,0. Кед-

ровник же в молодости, очевидно, имел невысокую густоту, что не позволило коэффициенту С2 выйти за пределы величины 4,0. Можно также с большой долей вероятности говорить о том, что колебания изменчивости формы ствола в древостое с возрастом обусловлены реакцией деревьев на пульсирующее увеличение площади их питания и непрерывную перестройку равномерности размещения деревьев по площади.

Из табл. 2 видно, что при весьма высокой стабильности средней формы ствола древостоев на протяжении их жизни все же просматривается некоторая тенденция увеличения (примерно на 5-10 %) с^. А с возрастом повышается и диаметр деревьев. Для вьиснения вопроса о наличии множественной корреляционной связи между Су и с2, с одной стороны, и диаметром и возрастом деревьев - с другой были произведены соответствующие расчеты, результаты которых помещены в табл. 3. Вычисления сделаны для двух совокупностей деревьев -общей (35 деревьев) и отдельно более молодой части (ПП 1-86 и 1-87, 16 деревьев). Для каждого дерева использованы образующие ствола по всем учтенным возрастным периодам.

Анализируя данные табл. 3, можно констатировать, что коэффициенты уравнения (1) су и сг в длительном возрастном цикле обнаруживают одинаковую, между слабой и средней, множественную связь с возрастом и диаметром деревьев (Л - 0,34 и

0,35). В совокупности же молодых деревьев (ПП 1-86 и 1-87) эта связь оказывается более выраженной (Я - 0,60). Очевидно, это объясняется интенсивно протекающим формообразовательным процессом именно в начальный период жизни древостоя, когда складывается структура крон деревьев, более резко выражен процесс дифференциации древостоя с преобладающим отпадом тонкомерных деревьев, т.е. биологические параметры молодняков характеризуются большим динамизмом.

Оценки парной корреляции коэффициентов су и С2 с возрастом и диаметром де-

ревьев представляют совершенно иную картину. Для су можно отметить наличие заметной по величине связи с диаметром дерева в общей совокупности модельных деревьев (Яу1х2 - 0,31) и связи с возрастом в молодых древостоях (Яууху - 0,45). Для С2 картина вовсе удручающая - Я во всех случаях колеблется от 0,08 до 0,17. Это обстоятельство во многом объясняет кажущуюся абстрагиро-ванность динамики формы ствола от таксационных показателей деревьев.Тем не менее «незаметные глазу» парные связи существуют, о чем говорит анализ частных коэффициентов корреляции С/ И С2 с изучаемыми признаками. Для су в общей совокупности заметно влияние диаметра дерева (гу1х2 0,34), а в молодых древостоях - особенно возраста (Туш 0,60), а также диаметра дерева {гу1х2 -0,44). Для С2 следует отметить связи как с возрастом (гу2х1 -0,31), так и с диаметром дерева (гУ2х2 0,32) на протяжении всего возрастного периода наблюдений - от 30 до 332 лет. В молодняках же эти частные связи не выявлены. Синхронность частных коэффициентов С2 с возрастом и диаметром объясняется наличием между двумя последними тесной связи, выражаемой уравнением

у = 11,3 + 0,585 X,

где у - диаметр дерева на высоте груди, без коры, см; х - возраст.

Заключение

Подводя итог выполненной оценке динамики формы древесного ствола деревьев сосны и кедра, можно сделать следующие выводы.

1. Каждое из деревьев обеих пород на протяжении жизни (200 - 300 лет) имеет свою историю формы ствола, не сохраняя ее неизменной. Она может либо улучшаться, либо ухудшаться, либо варьировать в том или ином направлении.

2. Непрерывные изменения формы ствола деревьев приводят к большому «разбросу» коэффициентов формы Су И С2 в статике. Коэффициенты варьирования этих показателей достигают 15 - 20 %.

Коэффициент формы С2

5,5 г

4,5 і

1-86

1-87

1-84

1-61

3,5 ;

О 50 100 150 200 250 300 350 Возрастает

Рис.2. Возрастная динамика среднего значения коэффициента формы с2 у модельных деревьев сосны и кедра на пробных площадях

Таблица 3

Показатели множественной корреляционной связи коэффициентов формы С і и С 2 с возрастом и диаметром модельных деревьев

Показатель

Совокупность из 35 модельных ____________деревьев____________

Совокупность из 16 модельных деревьев

у1=0,965 + 0,0148 X, - 0,0349X2

Куіхіх2 =0,60, 8,,—0,23 Гуы-0,60, гуШ=-0,44 Ку 1x1 =0,45, куіХ2 =0,07

Уравнения множественной корреляции

Коэффициенты корреляции

у1=0,794 - 0,00055 х, + 0,01028 х2 (3) Яуіхіх2=0,34, 5С=0,25

гуіхі--0,14, гу!х2=0,34

_________1x1 =0,07, Яу1Х2 =0,31_______________

Уравнения множественной корреляции

Коэффициенты корреляции

у2=4,363 - 0,0043 х, + 0,0330 х2

Щгхіх2 -0,35, 8е=0,84 Ру2х1~~~@уЗI, Гу2к2—0,32 К\>2х1 --0,15, Яу2х2 =0,17

Ку2хіх2 - 0,10, 8е=0,77 Гу2х1 = 0,07, Гу2х2=0,00

Ду2x1 =0,10, Ку2х2 =0,08

Обозначения в таблице 3: у/ - коэффициент с/, у2 - с2, X] - возраст дерева, лет; х2 - диаметр дерева на высоте груди, без коры, см;

Кухи2 - коэффициент множественной корреляции у] или у2 с возрастом и диаметром дерева;

- ошибка коэффициента множественной корреляции, в абсолютном выражении; г - коэффициент частной корреляции; Еу/ (у2)хцх2) - коэффициент парной корреляции признаков.

3. Несмотря на высокую изменчивость формы ствола средние для древостоя значения изменяются в динамике незначительно, в пределах 2,2 - 7,0 %, что говорит об их высокой стабильности (консерватизме).

4. Наиболее характерной, но слабо-выраженной тенденцией динамики формы ствола является довольно резкое снижение показателей формы при переходе от стадии жердняка к средневозрастному древостою и дальнейшее их улучшение вплоть до возраста перестойности.

5. Анализ корреляции показателей формы ствола с возрастом и диаметром дерева подтвердил наличие средней по тесноте множественной корреляционной связи между этими признаками, поэтому роль возраста и диаметра в динамике формы следует учитывать при планировании и реализации хозяйственного контроля за формой ствола.

6. Первопричиной в процессе формообразования следует считать начальную густоту древостоя и возрастные изменения площадей питания деревьев. Эти факторы опосредованно, через динамику диаметра дерева, изменяют его форму.

Отсюда все мероприятия, вызывающие резкое изменение площади питания деревьев, начиная с создания лесных культур пониженной густоты (например, посадка ук-

рупненных саженцев, посадка в площадки, неумеренное расширение междурядий и т.п.), и кончая интенсивными рубками ухода, с выборкой 30 - 40 % запаса, слабой охраной лесного фонда от вредителей и пожаров, и т.п., неизбежно влекут за собой ухудшение формы ствола дерева. А на этом теряется в среднем 20- 30 % объема древесного ствола.

7. Общий, хозяйственно важный вывод: неправильным ведением хозяйства

можно быстро и радикально ухудшить форму ствола и практически невозможно - улучшить ее. Единственно правильным, но длительным путем ее улучшения является поддержание высокой полноты древостоя на протяжении всего периода лесовыращива-ния.

Литература

1. Лебков В.Ф. Аппроксимация образующей ствола и идентификация его формы функцией распределения // Лесной журнал. - 2002. - № 5. - С. 15-23.

2. Лебков В.Ф., Каплина Н.Ф. Закономерности формы древесного ствола хвойных и лиственных пород // Лесной вестник. - 2001. - № 5. - С. 49-55.

3. Немич В.Н., Гончарук В.В. Изменчивость и строение древостоев по форме ствола // Лесная таксация и лесоустройство / Межвуз. сборник научных трудов. - Красноярск, 1999. - С. 88-98.

ПОВЫШЕНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ И ЗАЩИТНЫХ СВОЙСТВ ЛЕСОВ УРАЛА И ЗАУРАЛЬЯ

А.К. МАХНЕВ, профессор, главный научный сотрудник Ботанического сада УрО РАН, д. б. н., А.Г. ТУРЛОВ, и. о. руководителя гос. лесной службы КПР по Тюменской области,

Г.М. КУЛИКОВ, ст. научный сотрудник, к. с.-х. н.

В теоретические основы лесоведения Г.Ф. Морозов (1912, 1914, 1914а, 1917) заложил три основных положения, необходимые для существования и развития леса как природной системы. Это - биологические свойства древесных пород, условия их местопроизрастания и вмешательство человека в

жизнь леса в процессе его хозяйственной деятельности. Эти положения Г.Ф. Морозова особенно актуальны для Урала и Зауралья при изучении техногенных лесных сообществ, произрастающих в лесотундре, лесостепной и степной зонах. В настоящее время технический прогресс в некоторых районах