CC BY
94
УДК 630.5 А.А. Вайс
ОПТИМИЗАЦИЯ СМЕШАННЫХ ПИХТОВЫХ НАСАЖДЕНИЙ С УЧЕТОМ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ
В статье предлагается новый метод оптимизации густоты насаждений через графический анализ связи б1.э=%1ср), определяемой на уровне биогрупп. В качестве критерия оптимизации устанавливалась точка максимума. Оптимальное среднее расстояние являлось переменной, которая в дальнейшем используется для расчета оптимальной густоты и интенсивности рубок ухода.
Введение. В настоящее время одной из задач лесной политики является экологизация лесных процессов, в том числе и лесохозяйственной деятельности. Производственная деятельность должна вытекать из естественного состояния лесных объектов, структуры и строение ценозов.
Одним из важных мероприятий лесного хозяйства является промежуточное пользование, проводимое с помощью рубок ухода. Действующие нормативы [1] рекомендуют выполнять рубки, исходя из полноты, типа леса, состава, района, класса бонитета без учета структуры древостоя.
Цель исследования - предложение нового метода оптимизации горизонтальной структуры пихтовых насаждений, исходя из элементарного строения ценоза для проведения рубок ухода.
В общепринятом понимании горизонтальная структура древостоя - это размещение древесных растений, влияющая на формирование и процессы роста ценоза [6].
Учеными накоплен большой опыт по изучению размещения растений. При оценке мозаичности деревьев используют разнообразные методы. L. Strand [11] указывает на две возможности числового выражения распределения индивидуумов по площади с использованием метода квадратов. В последнем случае заранее ограничиваются в лесу определенное число площадок одинаковой площади и подсчитывают число попавших в них особей. Если растения были распределены по площади случайно, то распределение числа особей в квадрате следует закону Пауссона. Для числового выражения распределения используется относительное отклонение, или коэффициент дисперсии: отношение дисперсии ряда к среднему их числу, приходящемуся на один квадрат. Этот коэффициент дисперсии, или индекс скученности, равен единице при распределении Пауссона, меньше единицы - при случайном распределении. Однако этот индекс имеет ограниченное применение в случае наличия скоплений, площадь которых больше площадок для изучения распределений.
Ряд исследователей считает более целесообразным закладывать серию мелких площадок, на каждой из которых встречается в среднем от 1-5 до 15 индивидуумов и получения рядов распределения числа площадок с разной густотой, по которым оценивается средняя густота, ее изменчивость и характер распределения особей по площади.
Представляет интерес методика оценки пространственного размещения деревьев, которая заключается в предложении разделить площадь, занятую популяцией древесных растений, на квадраты постоянного размера, набранные так, чтобы в среднем на площадке было от двух до семи растений.
Упрощение подсчета числа деревьев на пробных площадях определенной величины привело к созданию метода подсчета нулевых площадок, когда указывается только, облесена площадка или нет. Этот метод детально описал F. Cox [10]. Он приводит формулу для отрицательного биноминального распределения, откуда могут быть установлены параметры этого распределения.
Вопросы точного определения числа подроста методом площадок изучались П.Н. Мегалинским [5]. Он отмечал, что точность учета подроста зависит от изменчивости его представленности на площадках, которая связана с рядом параметров. Характер размещения автор оценивал по трем категориям: равномерное, средней равномерности, неравномерное.
Вторая группа методов основана на оценке размещения растений через расстояние. Учитывая метод получения эмпирического материала, С.Н. Свалов [7] разделил категории соответствия на три группы: критерии, основанные на данных подсчета измерения расстояний между деревьями или между случайными точками и растениями; комбинированные критерии, для расчета которых используются данные из первой и второй групп.
Критерии, основанные на измерении расстояний, нечувствительны к отклонениям в мозаике размещения в сторону равномерности. Кроме того, в практической работе, где размер пробной площади ограничен, большое влияние на результат оказывает граничный эффект.
Для той или иной категории древостоя свойственен свой тип агрегарирования деревьев. Анализ литературы показывает, что наиболее распространенным является групповой тип размещения растений. В приспевающих и спелых насаждениях отмечается более равномерное территориальное размещение деревьев.
Естественно, что при переходе от группового к равномерному размещению в течение некоторого периода деревья будут размещены случайно. Этот период непродолжителен, и горизонтальное распределение деревьев, описываемое законом случайных событий, редко наблюдается в природе.
Исследования в мозаике размещения в естественных высокобонитетных 25-70-летних сосняках показало, что изменение пространственной структуры насаждений с увеличением возраста происходит по следующей схеме: групповое - случайное - регулярное.
Г рупповой тип сохраняется до 30 лет. В 30-40 лет обнаруживается случайное размещение, которое в дальнейшем переходит в регулярное. В перестойных древостоях равномерность несколько снижается за счет отпада сухостойных растений.
Р.А. Юкнис [9], подтверждая существование названых типов, отмечал, что в лесных фитоценозах наиболее типичным является смешанное размещение, когда отдельные группы разделены участками с пу-ассоновским распределением. Наличие в естественных древостоях смешанного территориального размещения растений подтверждается исследованиями и многих других ученых.
Анализируя структуру древесных ценозов, авторы утверждают, что в процессе развития одновозрастных древостоев не возникает регулярного размещения деревьев, распределение их меняется от группового к случайному.
Влияние особенностей мозаики размещения на достоверность регрессионных моделей относительной полноты и сомкнутости полога отмечали Э.Н. Фалалеев и С.С. Шанин [8]. Эти ученые рекомендуют рассчитывать уравнения связи отдельно для группового и случайного типов размещения растений.
Метод элементарных учетных, пробных площадок более чувствителен к изменениям в территориальном размещении растений. Широкое его использование сдерживается большой трудоемкостью при сканировании обследуемого участка учетными площадками разного размера и выполнением необходимых расчетов. Среди существующих критериев определение типа размещения деревьев особого внимания заслуживают дисперсия и индекс рассеивания.
Программа и методика исследований. Программа исследований предполагала решение следующих вопросов:
а) установление горизонтальной структуры пихтовых насаждений на уровне древостоя;
б) определение среднего расстояния в биогруппах на уровне растущего дерева;
с) вычисление корреляционных связей между морфологическими и пространственными признаками;
д) определение оптимальной густоты по оптимальному среднему расстоянию.
Для изучения горизонтальной структуры древостоев закладываются пробные площади с наличием на них не менее 200 деревьев основного элемента леса с картированием особей [4].
Общее описание пробной площади производится по форме, приведенной в ОСТ 56-69-83. Площади пробные лесоустроительные. Метод закладки [2].
На каждой пробной площади были определены морфологические признаки не менее, чем у 200 растений. Помимо особей, входящих в пробную площадь, на план наносили деревья с «краевым» эффектом, т.е. растения, которые находятся вне пробы, но их кроны занимают то или иное пространство в пределах пробной площади.
Для установления типа размещения был использован метод нулевых площадок. Площадь разбивалась на ряд квадратов, размер которых определяют по площади, приходящейся на одно дерево. Стороны квадратов делают кратными сторонам пробы. Затем подсчитывают процент количества площадок. Этот метод позволяет непосредственно характеризовать пространственное размещение. Если количество нулевых площадок составляет 33% - это соответствует случайному размещению. Меньший процент указывает на равномерность в расположении по площади. Групповое размещение характеризуется величиной больше 33%.
Экспериментальные исследования и их обсуждение. Изучение смешанных пихтовых насаждений производилось на уровне парцелл (куртин деревьев). По этой причине в древостоях наблюдалась высокая густота, которая сказалась на таксационных показателях.
Пихтовые насаждения расположены на территории Большемуртинского лесхоза. Данные древостои произрастают на месте старой вырубки, где сохранились единично деревья сосны возраста 120 лет и деревья осины. Возобновление хорошее, в основном подрост представлен пихтой.
Проба 1 представлена по составу смешанными насаждениями, где главной породой является пихта, 40% по запасу занимает ель, встречаются деревья сосны и кедра. Насаждения находятся в стадии между
молодняками и средневозрастной группой (жердняка). Поскольку наступил процесс смыкания крон в древостое наблюдается интенсивный отпад. Полнота равна 1,79, причем большая часть сумм площадей поперечных сечений приходится на ель. Бонитет у насаждений 3. Значение класса бонитета можно объяснить высокой густотой древостоя и в будущем после изреживания класс бонитета может вырасти. Запас насаждения составляет 109 м3.
Проба 2 представлена в основном по составу смешанными насаждениями, где главной породой является пихта, а второстепенными породами - ель, осина, береза. По запасу ель составляет 10%, осина, береза по 20%. Поскольку прошел процесс смыкания крон, то в насаждениях наблюдается интенсивный отпад. Древостой густотой, полнота равна 1,42. Бонитет насаждения - 3. Запас составляет 184 м3.
Проба 3 представлена по составу чистым насаждением с небольшой примесью осины и сосны. Главной породой является пихта. Насаждение густое, полнота равна 1,6. Пихта вышла из под полога осинового древостоя, осина распалась. Сосна единичная возраста 160 лет. Запас составляет 168 м3.
Расположение деревьев на пробах приведено в таблице 1.
В целом исследуемые насаждения характеризуются равномерным размещением, образуя, таким образом, горизонтальный полог. Пихта характеризуется групповым размещением.
Фрагментарное расположение других хвойных пород (ели или кедра) объясняется, с одной стороны, историей их возникновения, с другой стороны - это помогает породам противостоять активной конкуренции со стороны пихты. Групповое размещение лиственных (береза, осина) соответствует экобиологическим особенностям пород.
Таблица 1
Размещение деревьев в пихтовых насаждениях
Номер пробы Площадь пробы, га Состав Количество деревьев, шт/га Тип размещения
об- щий по элементам
П Е К Б Ос
1 0,015 5П4Е1С+К 21200 Равн. Груп- повой Группо- вой Груп- повой - Груп- повой
2 0,050 5П1Е2Ос2Б 4750 Равн. Груп- повой Группо- вой - Груп- повой -
3 0,090 10П+0с,Е едС 2900 Равн. Груп- повой Группо- вой - - Груп- повой
Древостой на пробах имеет горизонтальную сомкнутость полога, что сочетается с равномерностью размещения деревьев на пробах. Куртинность в расположении отдельных пород носит естественный закономерный характер.
Более глубокое понимание процессов роста можно получить на уровне биогруппы, растущего дерева.
Биогруппа - совокупность растущих деревьев, в состав которой входит центральное дерево и ближайшие к нему по радиусу растущие растения. Характеристикой биогруппы является среднее расстояние.
Корреляционный анализ показал, что между средним расстоянием в биогруппе (1_) и диаметром стволов (Р1.э) наблюдается слабая связь (0,038-0,215). Наибольшая корреляция (0,176-0,850) существует между средним расстоянием и диаметром кроны (ОК). Между морфологическими признаками, диаметрами стволов и диаметрами крон установлена слабозначительная зависимость (0,175-0,722).
Графический анализ указывает на большой разброс точек на всех пробах и во всех связях (О1.3 - Ц ОК - 1_), что затрудняет их моделирование и прогноз.
В основе оптимизации горизонтальной структуры положена следующая гипотеза - деревья, имеющие максимальные размеры по толщине и по размеру кроны, при определенных значениях средних расстояний в биогруппах достигают максимальных размеров. Точка экстремума может являться той величиной, на основе которой устанавливают оптимальное среднее расстояние.
На основе графического анализа было установлено, что главным образом наблюдается гребневый тип линий. По типовым (максимальным) точкам можно определить оптимальное горизонтальное среднее расстояние (табл. 2).
Анализ данных таблицы 2 показывает, что оптимальные значения средних расстояний значительно варьируют как на разных пробах, так и для исследуемой преобладающей породы пихты. Выбор установления оптимального расстояния по толщине связан с тем, что диаметр ствола - это накопленный прирост, он более достоверно передает влияние горизонтальной структуры на морфологию дерева.
С помощью графического анализа и табуляции уравнений была получена таблица 3.
Таблица 2
Оптимальные значения средних расстояний по диаметру стволов и диаметру крон деревьев пихты
Номер пробы Количество деревьев, шт/га Оптимальное расстояние по диаметру ствола, м Оптимальное расстояние по диаметру кроны, м
1 21200 2,2 1,8
2 4750 1,8 2,1
4,6
3 2900 1,9 4,3
3,1 2,4
Оптимальную густоту рассчитывали по формуле М.И. Бочарова [3].
1\1опт = 10000/Ь2 опт * 0,82 ,
где 1\1опт - оптимальная густота насаждения, шт/га;
1_2 опт - квадрат оптимального среднего расстояния древостоя, м2.
Таблица 3
Оптимальное среднее расстояние и густота
Густота, шт/га Оптимальное расстояние Оптимальная густота, шт/га
Значения, снятые с графиков Зыровненные значения
тіп 01.3 тах 01.3 тіп 0К тах 0К тіп 1.3 тах 01.3 тіп 0К тах 0К
20000 - 4,1 2,2 4,5 - 595 2083 500
10000 2,1 7,1 1,8 7,5 2272 198 3125 178
5000 - 4,8 2,2 4,5 - 435 2083 500
3000 - 3,2 2,5 2,4 - 980 1587 1666
Оптимальное расстояние брали по второй точке экстремума. Данные значения подставили в формулу. Значения оптимальных густот приведены в таблице 4.
Для дальнейшего применения использовали оптимальную густоту по диаметру ствола.
Значения оптимальной густоты могут являться рекомендацией к интенсивности рубок по количеству деревьев (табл. 5).
Таблица 4
Оптимальная густота, рассчитанная по оптимальному среднему расстоянию
Густота, Оптимальное сред нее расстояние, м Оптимальная густота, шт/га
шт/га 01.3 0К 01.3 0К
21200 2,0 2,3 3049 2304
4750 1,0 2,2 2759 2519
2900 1,9 2,4 3378 2119
Таблица 5
Рекомендуемый процент вырубки по количеству деревьев
Густота, шт/га Оптимальная густота, шт/га Разница, % Интенсивность вырубки
21200 3049 -856,2 Осветление, 50%
4750 3759 -20,9 Осветление, 20%
2900 3378 16,5 Рубка не рекомендуется
Выводы
1. Исследуемые нахождения характеризуются равномерным размещением, образуя горизонтальный
полог.
Пихта как главная порода имеет групповое размещение. Второстепенные древесные породы (ель, кедр, береза, осина) размещены фрагментарно. Это можно объяснить тремя факторами: историей их возникновения, активной конкуренцией со стороны главной породы и экобиологическими особенностями пород.
2. В основе оптимизации горизонтальной структуры положена следующая гипотеза - деревья, имеющие максимальные размеры по толщине и по размеру кроны при определенных значениях средних расстояний в биогруппах, достигают максимальных размеров. Точка экстремума может являться той величиной, на основе которой устанавливают оптимальное среднее расстояние.
3. Используя величину расстояния, вычислена оптимальная густота древостоев по формуле М.И. Бочарова.
4. На основе сравнения фактической и оптимальной густоты древостоев рекомендуется в первом насаждении осветление с интенсивностью вырубки 50%, во втором древостое 20% и в третьем рубка не рекомендуется.
Таким образом, оптимизация густоты по среднему расстоянию может являться одним из методов определения интенсивности рубок ухода в нормальных и перегущенных древостоях.
Литература
1. Наставление по рубкам ухода в лесах Восточной Сибири: Утв. приказом Федеральной службы лесного хозяйства России от 30.03.94 №70. - М., 1996. - 95 с.
2. ОСТ 56-69-83. Площади пробные лесоустроительные. Методы закладки. - М.: ВНИИЛМ, 1984. - 27 с.
3. Бочаров, М.К. Методы математической статистики в географии / М.К. Бочаров. - М.: Мысль, 1971.
4. Кузьмичёв, В.В. Эколого-ценотические закономерности роста одновозрастных сосновых древостоев: дис. ... д-ра биол. наук / В.В. Кузьмичёв. - Красноярск: ИлиД им. В.Н.Сукачёва, 1980. - 295 с.
5. Мегалинский, П.Н. Точность учета подроста различными способами / П.Н. Мегалинский // Выращивание и таксация лесных лесонасаждений. - Киев, 1967. - Вып. 2. - С. 106-126.
6. Проскуряков, М.Я. Горизонтальная структура горных темнохвойных лесов / М.Я. Проскуряков. - Алма-Ата: Наука, 1983. - 216 с.
7. Свалов, С.Н. Метод расчета густоты древостоя по средним расстояниям между деревьями / С.Н. Свалов // Лесн. журн. - 1976. - №5.
8. Фалалеев, Э.Н. Возвратное строение хвойных лесов Сибири и Дальнего Востока / Э.Н. Фалалеев, С.С. Шанин. - Красноярск, 1959. - 87 с.
9. Юкнис, Р.А. Закономерности пространственного распределения деревьев в сосняках Литовской ССР / Р.А. Юкнис // Лесн. журн. - 1973. - №5. - С. 33-37.
10. Cox, F. Dichtebestimmung und Stryfeturanalyse voh Pflanzen: Populatioaen mit Hilfe von Abstandmessungen / F. Cox //
Mitt der Bundes - forschungsanstalt Fur Forst - und Wolzwirtschalt. - Hamburg, 1971. - №87. - 210 s.
11. Strand, L. A messure of the distribution of individuals over acertain area / L. Strand // Medd. Dnorake skogsfor-soksvesen. - 1952. - Bd 12. - S. 191-207.
УДК 546.16:631.45 П.И. Крупкин, А.А. Косицына
К ВОПРОСУ О ЗАГРЯЗНЕНИИ ФТОРОМ ПОЧВ ПРИГОРОДНОЙ ЗОНЫ г. КРАСНОЯРСКА
В статье рассматриваются вопросы загрязнения фтором почвенного и снежного покровов, а также предлагается мониторинг состояния загрязненных почв природной зоны г. Красноярска.
Введение
Город Красноярск является крупным индустриальным центром страны. На северо-восточной окраине города находится один из крупнейших в России алюминиевый завод - ОАО «КрАЗ», который в 2000-2004 гг.
