Сравнительная оценка углерододепонирующей и кислород продуцирующей функций дубравы и ветляника

ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО

вида, типа стратегии и воздействия экологических факторов.

Библиографический список

1. Абрамов, Н.В. Конспект флоры Республики Марий Эл / Н.В. Абрамов. - Йошкар-Ола: МарГУ 1995. - 192 с.

2. Цыганов, Д.Н. Фитоиндикация экологических режимов в подзоне хвойно-широколиственных лесов / Д.Н. Цыганов. - М.: Наука, 1983. - 197 с.

3. Комаров, А.С. О компьютерной реализации наиболее трудоемких методов обработки геоботанических описаний / А.С. Комаров, Л.Г. Ханина, Е.В. Зубкова и др. // Биол. науки. - 1991. - № 8. - С. 45-51.

4. Жукова, Л.А. Новые аспекты экологического анализа эколого-ценотических групп лесных и экотонных сообществ / Л.А. Жукова // Седьмые Вавиловские чтения. Глобализация и проблемы национальной безопасности России в XXI в.: Сборник материалов. В 2-х ч. Ч. 2. - Йошкар-Ола,

2003. - С. 152-154.

5. Жукова, Л.А. Методология и методика определения экологической валентности, стено-эврибион-тности видов растений /Л.А. Жукова // Методы популяционной биологии. Сборник материалов VII всероссийского популяционного семинара (Сыктывкар, 16-21 февраля 2004 г.). - Сыктывкар,

2004. - Ч.1. - С. 75-76.

6. Шорина, Н.И. Особенности побегообразования Oxalis acetosella (Oxalidaceae) в онтогенезе / Н.И. Шорина // Бот. журн., 1983. - № 7. -С. 896-907.

7. Уранов, А.А. Возрастной состав фитоценопопуляций как функции времени и энергетических волновых процессов / А.А. Уранов // Биол.науки., 1975. - №2. - С.17-29.

8. Жукова, Л.А. Популяционная жизнь луговых растений / Л.А. Жукова. - Йошкар-Ола: РИИК «Ла-нар», 1995. - 224 с.

9. Животовский, Л.А. Онтогенетические состояния, эффективная плотность и классификация популяций растений / Л.А. Животовский // Экология.

- 2001. - № 1. - С. 3-7.

10. Работнов, Т.А. Жизненный цикл многолетних травянистых растений в луговых ценозах / Т.А. Работнов // Тр. БИН АН СССР. - Сер.3, Геоботаника.

- МЛ., 1950. - Вып. 6. - С. 7-204.

11. Уранов, А.А., Смирнова, О.В. Классификация и основные черты развития популяций многолетних растений / А.А. Уранов, О.В. Смирнова // Бюлл. МОИП. Отд. Биол. - 1969. - Т. 74. - Вып. 2. -С. 119-134.

12. Сукачев, В.Н. Избранные труды. Проблемы фитоценологии / В.Н. Сукачев. - Л.: Наука, 1975. - Т. 3.

- 543 с.

13. Черненькова, Т.В. Кислица обыкновенная / Т.В. Черненькова, Н.И. Шорина // Биологическая флора Московской области. - М.: Изд-во МГУ, 1990. - С. 154-171.

14. Packam, J.R. Biological flora of British Islles. Oxalis acetosella / J.R. Packam // - J. Ecol.1978. - Vol.66.

15. Горышина, Т.К. О фотосинтетическом аппарате кислицы обыкновенной Oxalis acetosella (Oxalidaceae) в буковом и еловом лесах / Т.К. Го-рышина, Р.М. Драшкович, Т.М. Киселева // Бот. журн. - 1985. - № 9. - С. 1232-1236.

СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА УГЛЕРОДОДЕПОНИРУЮЩЕЙ И

кислородопродуцирующей функций дубравы и ветляника

A. И. ГОРОБЕЦ, доц. каф. лесоводства ВГЛТА, канд. с.-х. наук,

B. И. ТАРАНКОВ, проф. каф. лесоводства ВГЛТА, д-р биол. наук,

В.Н. СИЗЫХ, асп. каф. лесоводства ВГЛТА

Естественное циклическое изменение климата и интерференция парникового эффекта обусловливают возможность глобального потепления. В связи с этим становится актуальной проблема стабилизации газового состава атмосферы. Одним из способов решения этой задачи является мобилизация углерододепонирующей функции лесных биогеоценозов. Доля каждого отдельно взятого участка леса в газовом балансе зависит от породного состава, возраста и таксацион-

grb@inbox.ru

ных характеристик древостоев. В задачу нашего исследования входило выявление закономерностей поглощения углекислого газа и выделения кислорода древостоями, существенно различающимися по темпам роста и долговечности. С этой целью производили сравнение углерододепонирующей и кислородопродуцирующей функций произрастающих в типичных лесорастительных условиях древостоев дуба черешчатого (Quercus robur L.) и ивы белой (Salix alba L.).

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2009

43

ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО

Таблица 1

Таксационная характеристика древостоев

Состав древостоя Возраст, лет/ группа возраста Средние: Бонитет Полнота Запас стволовой древесины, м3/га Текущий прирост, м3/га*год Индекс категории санитарного состояния

высота, м диаметр, см

Дубрава

8Д 2Гр +Яс 16/м 5 4 Ш 0,9 32 2,0 93

10Д Ед. Клп 46/ср 14 13 Ш 0,7 124 3,1 81

10Д Ед. Гр 76/пр 18 22 IV 0,7 191 2,2 78

10 Д Ед. Клп 86/сп 21 28 IV 0,7 205 1,4 68

10 Д Ед. Клп 106/пер 22 30 IV 0,5 153 -2,6 32

Ветляник

10 Втл 5/м 3 2 Ш 0,9 7 1,4 95

10 Втл 15/ср 7 8 Ш 0,7 70 6,3 80

10 Втл 25/пр 17 16 Ш 0,6 230 16,0 75

10 Втл 30/сп 17 18 Ш 0,7 340 22,0 59

10 Втл 40/пер 21 22 Ш 0,6 380 4,0 55

10 Втл 45/пер 20 26 IV 0,6 390 2,0 52

10 Втл 65/пер 23 44 IV 0,3 235 - 7,7 3

Примечание: Д - дуб черешчатый; Гр - груша обыкновенная; Яс - ясень обыкновенный; Клп - клен полевой; Втл - ива белая. м - молодняки; ср - средневозрастные; пр - приспевающие; сп - спелые; пер - перестойные древостои.

Как известно [7], при образовании 1 т древесины (в пересчете на абсолютно сухую массу) поглощается около 1,8 т углекислого газа, депонируется 0,5 т углерода и выделяется в атмосферу 1,4 т кислорода. Следовательно, древесные породы, отличающиеся высоким годичным приростом фитомассы, могут вносить в газовый баланс более существенный вклад по сравнению с медленно растущими породами. Дуб черешчатый - типичный представитель рода Quercus L. в равнинных лесах европейской части России, главная лесообразующая порода, отличающаяся высокой долговечностью, но небольшими темпами роста. Он способен произрастать на почвах разнообразного физического и химического состава, довольно широко различающихся по увлажнению и степени оподзоли-вания. Успешный рост дуба наблюдается на свежих и влажных, глубоких и достаточно богатых почвах: на лесных суглинках, деградированных черноземах, аллювиальных почвах пойм и долин [9]. Значительные площади занимают дубравы в сухих лесорастительных условиях. Основными местообитаниями ивы белой служат затопляемые участки поймы с близким к дневной поверхности уровнем грунтовых вод. В сравнении с большинством древесных растений умеренной зоны ивы от-

личаются достаточно интенсивной энергией роста, но сравнительно небольшой долговечностью древостоев. Ежегодный прирост ивняков достигает 10-15 т/га сырой растительной массы [2].

Объектами нашего исследования служили осоко-злаковые дубравы (эдатоп Dt) на территории Новооскольского лесхоза Белгородской области и ветляники (эдатоп С4) в пойме реки Дон на территории Клетского лесхоза Волгоградской области. Древостои имеют порослевое происхождение, за исключением 16-летней дубравы, представляющей собой лесные культуры. Изучение продуктивности древостоев проводилось общепринятыми таксационными методами [8], санитарного состояния - по методике В.А. Алексеева [1]. Распределение древостоев по группам возраста произведено в соответствии с возрастом их возобновительной спелости: 81 год для дубовых древостоев и 26 лет для ветля-ников. Для оценки запасов углерода использовали расчетно-измерительный метод [4]. Интенсивность депонирования углерода (годовой сток) рассчитывали по текущему приросту фитомассы [6]. Содержание углерода в абсолютно сухом веществе фитомассы определяли, используя конверсионные коэффициенты: 0,5 - для стволов, ветвей и корней;

44

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2009

ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО

0,45 - для листьев [5]. Для оценки поглощения углекислого газа и выделения кислорода применяли расчетный метод [10]. Исходные данные обработаны методами математической статистики [3]. Достоверность выводов соответствует 95-процентному доверительному уровню.

Материалы пробных площадей (табл. 1) позволяют проследить биологическую продуктивность и возрастную динамику развития древостоев. Максимальный запас стволовой древесины в осоко-злаковой дубраве (205 м3/га) отмечается в 86-летних древос-тоях, в ветлянике (390 м3/га) - в 45-летних.

Энергия роста древостоев объективно отражается величиной их текущего прироста по запасу. В дубраве активное его нарастание отмечается до 46-летнего возраста. Так, если принять текущий прирост запаса средневозрастных 46-летних древостоев

- 29 %, 5-летних (молодняков) - 6 %. В вет-ляниках старше 30 лет отмечается существенное снижение прироста. Текущий прирост 40-летних (перестойных) древостоев, в сравнении с максимальным, составляет 18 %, 45-летних - 9 %. В возрасте более 45 лет происходит заметное разрушение древостоя, и к 65-летнему возрасту величина отпада превышает прирост. Важное значение имеет то, что на всем возрастном промежутке, от мо-лодняков до перестойных древостоев, запас стволовой древесины и текущий прирост по запасу в ветлянике значительно выше, чем в дубраве. Максимальное значение запаса (390 м3/га) отмечается в 45-летнем ветлянике, что почти вдвое раньше, чем в дубраве (в 86 лет, 205 м3/га).

С увеличением возраста древостоев ухудшается их санитарное состояние. Согласно классификации В.А. Алексеева [1] к категории здоровых, как в дубраве, так и в ветлянике, могут быть отнесены лишь молодняки, средневозрастные дубравы до 46 лет и ветляники до 15-летнего возраста. Приспевающие и спелые древостои обеих пород поврежденные, перестойные дубравы сильно поврежденные, перестойные ветля-ники - разрушенные. Следует отметить, что ветляники переходят в категорию поврежденных значительно раньше дубравы, а это свидетельствует о меньшей долговечности их древостоев.

Т а б л и ц а 2

Абсолютно сухая масса древостоев

Состав древостоя Возраст,лет/ группа возраста Фитомасса, т/га:

ствол ветви кроны корни листья всего

Дубрава

8Д 2Гр +Яс 16/м 17,6 3,5 2,6 0,9 24,6

10Д Ед. Клп 46/ср 68,2 13,6 10,2 3,4 95,4

10Д Ед. Гр 76/пр 105,1 21,0 15,8 5,3 147,2

10 Д Ед. Клп 86/сп 112,8 22,6 16,9 5,6 157,9

10 Д Ед. Клп 106/пер 84,2 16,8 12,6 4,2 117,8

Ветляник

10 Втл 5/м 2,8 0,6 0,4 0,1 3,9

10 Втл 15/ср 28,0 5,6 4,2 1,4 39,2

10 Втл 25/пр 92,0 18,4 13,8 4,6 128,8

10 Втл 30/сп 136,0 27,2 20,4 6,8 190,4

10 Втл 40/пер 152,0 30,4 22,8 7,6 212,8

10 Втл 45/пер 156,0 31,2 23,4 7,8 218,4

10 Втл 65/пер 94,0 18,8 14,1 4,7 131,6

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2009

45

ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО

Динамика фитомассы древостоя пропорциональна текущему приросту его запаса. В дубраве максимальную массу (157,9 т/га) древостои накапливают к 86-летнему возрасту, в ветлянике - к 45 годам (218,4 т/га). Основная масса (около 70 %) приходится на стволовую древесину (табл. 2).

Возрастные изменения фитомассы древостоев отражаются на динамике их углерододепонирующей и кислородопродуцирующей функций. Отмечается более эффективное проявление этих функций в ветлянике в сравнении с дубравой. Максимальное количество углерода (108,8 т/га) отмечается в древостое 45-летнего ветляника (табл. 3). Дубрава этого же возраста накопила углерода вдвое меньше (47,6 т/га), а максимальный запас углерода в древостое дубравы (78,6 т/га) отмечается в 86-летнем возрасте.

Вне зависимости от породного состава и возраста древостоев находится перераспределение углерода по компонентам фитомассы. Большее его количество (около 70 %) содержится в стволовой части дерева, около 15 % - в ветвях кроны, около 10 % - в корнях и около 3 % - в листьях.

Депонирование углерода сопровождается поглощением углекислого газа и выделением кислорода. Максимальное количество углекислого газа (393,1 т/га) поглощено фитомассой 45-летних древостоев ивы белой (табл. 4). К этому же возрасту названные древостои выделили и максимум кислорода (294,8 т/га). Дубравы этого же возраста поглотили углекислого газа и выделили кислорода значительно меньше - 171,9 т/га и 128,9 т/га соответственно. Величина стока углекислого газа и эмиссии кислорода в ветляниках увеличивается до 45летнего возраста древостев, после чего резко снижается. Увеличение этих же показателей в дубравах наблюдается до 86-летнего возраста.

Полученные в результате исследований данные позволяют оценить ежегодное поглощение углекислого газа и выделение кислорода в сравниваемых древостоях. Сток углекислого газа и эмиссия кислорода находятся в прямой зависимости от величины годичного прироста фитомассы.

В ветлянике текущий годичный прирост фитомассы увеличивается с 0,8 т/га в 5-

летних древостоях до 12,3 т/га в 30-летних, после чего вновь снижается до 1,1 т/га в 45летних древостоях. В перестойных 65-летних ветляниках отпад превышает прирост фитомассы. Максимальное годичное поглощение углекислого газа (22,2 т/га) и выделение кислорода (16,6 т/га) отмечено в 30-летних древостоях ивы белой. В 5 - 25-летних древосто-ях величина поглощения углекислого газа и выделение кислорода вдвое меньше. Минимальное количество поглощенного углекислого газа (1,4 т/га за год) и выделенного кислорода (1,1 т/га за год) отмечено в 5-летних древостоях. Перестойные ветляники ежегодно поглощают углекислого газа на 7,8 т/га и выделяют кислорода на 5,8 т/га меньше, чем в предыдущий год.

В дубраве текущий годичный прирост фитомассы увеличивается с 1,5 т/га в 16-летних древостоях до 2,4 т/га в 46-летних, после чего вновь снижается до 1,1 т/га в 86-летних. В перестойной 106-летней дубраве отпад превышает прирост фитомассы. Максимальное годичное поглощение углекислого газа (4,3 т/га) и выделение кислорода (3,2 т/га) отмечено в 46-летних древостоях дуба. В 16-летней дубраве величина поглощения углекислого газа и выделение кислорода в 1,5 раза меньше. Перестойные дубравы ежегодно поглощают углекислого газа на 3,6 т/га и выделяют кислорода на 2,7 т/га меньше, чем в предыдущий год.

По результатам проведенных исследований можно сделать следующие выводы. Породный состав и возраст древостоев оказывают существенное влияние их на продуктивность и санитарное состояние. Больший запас фитомассы характерен для ветляников, однако они, в сравнении с дубравами, менее долговечны в силу более раннего ухудшения санитарного состояния. Эффективность углерододепонирующей и кислородопродуцирующей функций древостоев находится в прямой зависимости от их фитомассы. При одинаковом с дубравами возрасте ветляники более интенсивно поглощают углекислый газ, депонируют углерод и выделяют кислород, что обусловлено более интенсивным продуцированием фитомассы. Интенсивность углерододепонирующей и кислородопродуцирующей функций в ветляниках начинает снижаться раньше, чем в дубравах.

46

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2009

ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО

Таблица 3

Запас углерода в фитомассе древостоев, т/га

Состав древостоя Возраст, лет/груп-па возраста Углерод ствола Углерод ветвей кроны Углерод корней Углерод листвы Всего

Дубрава

8Д 2Гр +Яс 16/м 8,8 1,8 1,3 0,4 12,3

10Д Ед. Клп 46/ср 34,1 6,8 5,1 1,5 47,6

10Д Ед. Гр 76/пр 52,5 10,5 7,9 2,4 73,3

10 Д Ед. Клп 86/сп 56,4 11,3 8,5 2,5 78,6

10 Д Ед. Клп 106/пер 42,1 8,4 6,3 1,9 58,7

Ветляник

10 Втл 5/м 1,4 0,3 0,2 0,1 2,0

10 Втл 15/ср 14,0 2,8 2,1 0,6 19,5

10 Втл 25/пр 46,0 9,2 6,9 2,1 64,2

10 Втл 30/сп 68,0 13,6 10,2 3,1 94,9

10 Втл 40/пер 76,0 15,2 11,4 3,4 106,0

10 Втл 45/пер 78,0 15,6 11,7 3,5 108,8

10 Втл 65/пер 47,0 9,4 7,1 2,1 65,6

Таблица 4

Количество депонированного углерода, поглощенного углекислого газа и выделенного кислорода фитомассой древостоев

Возраст, лет/группа возраста Фитомасса Запас углерода Поглощение СО2 Выделение О2

в наблюдаемом возрасте, т/га текущего прироста, т/гатод в наблюдаемом возрасте, т/га в текущем приросте, т/гатод в наблюдаемом возрасте, т/га текущим приростом, т/гатод в наблюдаемом возрасте, т/га текущим приростом, т/гатод

Дубрава

16/м 24,6 1,5 12,3 0,8 44,4 2,8 33,3 2,1

46/ср 95,5 2,4 47,6 1,2 171,9 4,3 128,9 3,2

76/пр 147,1 1,7 73,3 0,8 264,7 3,1 198,5 2,3

86/сп 157,9 1,1 78,6 0,5 284,1 1,9 213,1 1,5

106/пер 117,8 - 2,0 58,7 - 1,0 212,1 - 3,6 159,0 - 2,7

Ветляник

5/м 3,9 0,8 2,0 0,4 7,1 1,4 5,3 1,1

15/ср 39,2 3,5 19,5 1,8 70,6 6,4 52,9 4,8

25/пр 128,8 9,0 64,2 4,5 231,8 16,1 173,9 12,1

30/сп 190,4 12,3 94,9 6,1 342,7 22,2 257,0 16,6

40/пер 212,8 2,2 106,0 1,1 383,0 4,0 287,3 3,0

45/пер 218,4 1,1 108,8 0,6 393,1 2,0 294,8 1,5

65/пер 131,6 - 4,3 65,6 - 2,1 236,9 - 7,8 177,7 - 5,8

Древостой ивы белой и дуба череш-чатого занимают специфические экологические ниши, поэтому не ставится задача замены дубовых древостоев ветляниками. В то же время в поймах рек сохранение ивовых древостоев целесообразно не только в связи с их водоохранными функциями, но и эффективным вкладом в газовый баланс атмосферы. С целью оптимизации экологических функций древостоев, вне зависимости от породного состава, необходимо поддержание их высокой биологической продуктивности

и удовлетворительного санитарного состояния. Одним из решений этой задачи является удаление из насаждений ослабленных, усыхающих и усохших деревьев и своевременная замена спелых и перестойных древосто-ев молодняками.

Библиографический список

1. Алексеев, В.А. Диагностика жизненного состояния деревьев и древостоев / В.А. Алексеев // Лесоведение. - 1989. - № 4. - С. 51-57.

2. Ациферов, Г.И. Ива / Г.И. Анциферов. - М.: Лесн. пром-ть, 1984. - 101 с.

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2009

47