Биологическая продуктивность культур сосны в Омской области

БИОЛОГИЧЕСКАЯ ПРОДУКТИВНОСТЬ КУЛЬТУР СОСНЫ В

ОМСКОЙ ОБЛАСТИ

Усольцев В. А.*, Ненашев Н. С.*, Белоусов Е. В.*, Плесовских Н. Ю.**

For the first time the primary production of Pinus sylvestris plantations is investigated on the Omsk region. Some special features of their structure are discussed.

Лесной покров является основным трансформатором солнечной энергии, достигающей поверхности нашей планеты (Чижевский, 1976), а годичные кольца деревьев, отражая ее варьирование во времени, являют собой уникальную летопись не только климатических параметров, но и позволяют реконструировать по ним продукционный потенциал лесного покрова. Поэтому изучение первичной продукции лесных насаждений обычно связывают с учетом годичного прироста стволовой древесины.

Исследования биологической продуктивности лесов отличаются одной характерной особенностью - высокой трудоемкостью получения фактических данных на пробных площадях, особенно в подземной части, и соответственно -недостаточной представленностью этих данных в видовом и экологическом многообразии. Этот факт диссонирует со все возрастающей потребностью в глобальных обобщениях биологической продуктивности, необходимых в расчетах углеродного цикла и углерододепонирующего потенциала лесов. Поэтому степень достигнутого прогресса в изучении биологической продуктивности лесов определяется главным образом фактологическим состоянием вопроса, или обеспеченностью фактическими данными биологической продуктивности по полному видовому и экологическому спектрам. Биологическая продуктивность хвойных пород в Омской области ранее не исследовалась.

Исследования выполнены в Саргатском лесхозе на трех пробных площадях, заложенных в сосновых культурах 10, 21 и 30 лет, созданных рядовой посадкой на лугово -черноземных почвах (табл. 1). Методика взятия, обработки модельных деревьев и камеральных работ аналогична описанной в статье настоящего сборника о биопродуктивности еловых культур Свердловской области (Усольцев и др., 2003).

Таблица 1 - Таксационные показатели культур сосны по данным перечетов на пробных площадях

№ пробной площади Состав Возраст, лет Средние Густота, экз/га Площадь сечений, м2/га Запас, м3/га Клас с бонитета

Высота, м Диаметр, см

1 10С 10 4,5 5,7 2264 5,8 17,9 Ia

2 10С 21 10,4 11,0 2945 28,1 143 Ia

3 10С 30 14,8 15,6 1925 36,6 282 Ia

Здесь следует отметить одну неопределенность, связанную с допущением некой предельной точности, присущей любому методу, и имеющую прямое отношение к принятой методике оценки биопродуктивности насаждений, точность которой далеко не идеальна. Комментируя принцип неопределенности Гейзенберга с кибернетических позиций, И. И. Шмальгаузен (1968) писал: "Получение всякой информации, всякое измерение требует известного минимума действий, и это связано с неустранимой неточностью самого измерения. Неопределенность в микромире неустранима, и она не допускает полного изучения отдельных явлений" (с. 196). Строго говоря, ошибка в оценке биопродуктивности насаждения связана не только с измерениями, и включает в себя несколько ее составляющих: ошибка прибора, ошибка пользователя прибором, ошибка выборки на уровне дерева, ошибка метода пересчета продуктивности с уровня дерева на уровень древостоя, ошибка выборки на уровне древостоя и т.д., которые заслуживают отдельного рассмотрения.

Для учета фракционного состава надземной фитомассы культур сосны и ее первичной продукции на каждой пробной площади по ступеням толщины в пределах размаха их варьирования взято по 6-8 модельных деревьев, биопродукционные характеристики которых сведены в таблицу 2.

Таблица 2 - Фактические данные модельных деревьев о фитомассе и первичной продукции в абсолютно сухом состоянии

Вы - Объ- Годич- Фитомасса, кг Первичная продукция, кг/год

метр, сота ем, дм3 ный Древе- Кора Скелет Хвоя Древе- Кора Скелет Хвоя

см м прирост, дм3 сина ствола ствола кроны сина ствола ствола кроны

Г робная площадь № Го 1

4,5 3,85 5,34 1,00 1,07 0,41 0,45 0,84 0,28 0,07 0,18 0,48

5,0 3,5 5,36 1,05 1,21 0,40 0,69 1,03 0,32 0,07 0,28 0,61

5,5 4,1 6,41 1,27 1,57 0,32 0,98 1,74 0,37 0,06 0,33 0,76

6,0 4,4 7,81 1,50 1,86 0,51 1,38 1,64 0,45 0,09 0,46 0,74

6,5 5,1 9,90 1,88 2,39 0,54 0,84 1,66 0,56 0,10 0,28 0,83

7,0 5,6 14,0 2,68 3,35 0,73 1,42 2,38 0,79 0,13 0,47 1,17

Г робная площадь № Го 2

8,9 10 31,8 2,7 9,18 0,99 1,1 1,19 0,91 0,09 0,20 0,39

10,1 10,3 42,8 4,7 11,85 1,79 1,7 1,71 1,49 0,16 0,31 0,67

11,3 10,7 57,8 6,0 17,79 2,89 1,9 1,95 2,19 0,26 0,35 0,76

12,5 10,8 64,9 6,8 18,85 2,99 6,5 4,19 2,44 0,27 1,08 1,80

13,7 10,4 72,5 7,7 21,82 3,03 6,6 4,39 2,63 0,27 1,09 1,27

14,9 10,3 90,7 9,2 24,76 3,12 8,0 5,17 2,92 0,28 1,45 2,17

16,1 18,1 94,9 7,7 31,56 3,37 10,0 7,10 2,81 0,31 1,66 3,19

1робная площадь № Г« 3

8,0 10,8 28,1 2,7 8,16 1,35 0,86 0,68 0,91 0,09 0,17 0,17

10,0 13,6 54,9 4,5 18,94 2,08 1,05 1,22 1,73 0,13 0,23 0,35

12,0 13,5 69,1 4,9 18,82 3,27 1,29 1,71 1,58 0,21 0,29 0,58

14,0 14,7 106,4 7,4 34,40 4,22 2,16 2,0 2,76 0,27 0,48 0,78

16,0 14,5 138,9 9,9 46,56 5,52 3,26 3,78 3,76 0,36 0,82 1,66

18,0 15,8 180,0 13,2 53,53 5,60 6,11 5,51 4,43 0,36 1,22 2,26

19,5 16,1 230,4 17,3 67,50 7,20 10,4 10,1 5,79 0,46 1,89 3,42

21,0 15,85 243,4 16,2 79,84 6,08 14,9 10,4 5,78 0,39 2,49 5,18

Для пересчета запасов фитомассы и ее годичной продукции с уровня дерева на уровень древостоя обычно применяют две наиболее точные (по сравнению с методом среднего дерева) процедуры - через подеревную регрессию и через соотношение площадей сечений модельных деревьев и всех деревьев на пробе, которые в общем случае примерно равноценны по точности (Madgwick, 1982). Мы приняли первую из них, т.е. рассчитывали регрессионные зависимости сухой фитомассы и ее годичного прироста по каждой фракции от диаметра ствола, табулировали их по значениям ступеней толщины и по перечетным ведомостям рассчитывали запас и первичную продукцию фитомассы вначале на пробной площади, а затем - на 1 га. Результаты расчета запасов надземной фитомассы и ее первичной продукции на единице площади древостоя сведены в таблицу 3.

Установлено существенное различие фракционного состава фитомассы по наличному запасу и по первичной продукции: если в первом случае доля стволовой древесины в возрасте 10, 21 и 30 лет составляет соответственно 35, 65 и 76 %, то во втором - 28, 50 и 56 %. Таким образом, в первом классе возраста доля кроны в депонировании углекислоты составляет около 70 % к надземной продукции, и во втором классе - около 50 % (см. табл. 3).

При оценке биологической продуктивности лесных насаждений значительную долю времени занимает процедура перевода единиц массы в свежем состоянии в единицы массы в абсолютно сухом состоянии, в основе которой лежит расчет содержания сухого вещества (для хвои и скелета кроны, изначально учитываемых в весовых единицах) и базисной (условной) плотности (для стволов, изначально учитываемых в объемных единицах). С целью сокращения затрат на осуществление названной процедуры в условиях, близких нашим пробным площадям, в таблице 4 приведены фактические данные квалиметрии по каждому модельному дереву.

Таблица 3 - Показатели фитомассы и первичной продукции в абсолютно сухом состоянии в культурах сосны

№ проб- Фитомасса, т/га Первичная продукция, т/га

ной Древе- Кора Скелет Хвоя Ито- Древе- Кора Скелет Хвоя Ито-

площади сина ствола кроны го сина ство- кроны го

ствола ствола ла

1 4,1 2,0 2,1 3,4 11,6 1,0 0,2 0,7 1,7 3,6

2 43,0 5,8 10,4 7,2 66,4 4,9 0,5 1,4 2,9 9,7

3 79,6 8,7 8,2 8,0 104,5 6,4 0,6 1,7 2,7 11,4

Достоверная связь содержания сухого вещества в хвое и скелете кроны с диаметром, высотой и возрастом дерева отсутствует. В объяснении изменчивости содержания сухого вещества в стволе и базисной плотности ствола наиболее информативными переменными оказались возраст дерева (R соответственно 0,55 и 0,57) и высота ствола, коррелирующая с возрастом ^ соответственно 0,39 и 0,62). Увеличение названных двух квалиметрических

показателей ствола с возрастом и высотой дерева связано с нарастанием доли физиологически "мертвого" ядра в стволе, менее влажного по сравнению с заболонью.

Таблица 4 - Квалиметрические показатели модельных деревьев

№ Диа- Высо- Содержание сухого вещества, % Базисная плотность, т/м3

моде- метр, та,

ли см м Хвоя Скелет Древесина Кора Древесина Кора

кроны ствола ствола ствола ствола

Пробная площадь № 1

1 4,5 3,8 42 45 30 41 0,288 0,256

2 5,0 3,5 38 43 32 54 0,321 0,253

3 5,5 4,1 47 49 32 43 0,326 0,201

4 6,0 4,4 49 51 34 53 0,296 0,334

5 6,5 5,1 46 42 35 53 0,320 0,224

6 7,0 5,6 59 43 34 45 0,336 0,182

Пробная площадь № 2

1 8,9 10 44 54 45 41 0,339 0,209

2 10,1 10,3 38 49 40 42 0,313 0,365

3 11,3 10,7 39 45 44 54 0,373 0,286

4 12,5 10,8 46 50 38 44 0,341 0,309

5 13,7 10,4 42 45 40 41 0,358 0,263

6 14,9 10,3 45 51 38 43 0,309 0,288

7 16,1 18,1 50 46 39 31 0,374 0,317

Пробная площадь № 3

1 8,0 10,8 49 54 44 56 0,331 0,390

2 10,0 13,6 45 49 45 53 0,393 0,308

3 12,0 13,5 45 46 39 53 0,324 0,295

4 14,0 14,7 40 46 43 60 0,383 0,255

5 16,0 14,5 62 44 42 54 0,385 0,308

6 18,0 15,8 58 47 43 25 0,334 0,282

7 19,5 16,1 53 48 39 48 0,330 0,274

8 21,0 15,8 48 49 40 39 0,362 0,269

Литература

1. Усольцев В.А., Терехов Г.Г., Бирюкова А.М. и др. Биологическая продуктивность 20 -летних еловых культур на Среднем Урале // Лесной комплекс: состояние и перспективы развития. Брянск: БГИТА, 2003.

2. Чижевский А.Л. Земное эхо солнечных бурь. 2-е изд. М.: Мысль, 1976. 112 с.

3. Шмальгаузен И.И. Кибернетические вопросы биологии. Новосибирск: Наука, 1968.

224 с.

4. Madgwick H.A.I. Estimating the above-ground weight of forest plots using the basal area ratio method // N. Z. J. Forest Sci. 1982. Vol. 11. P. 278-286.

Работа поддержана РФФИ, грант № 04-05-96083.