CC BY
14
УДК 630.05
Хвойные бореальной зоны. 2019. Т. XXXVII, № 2. С. 108-113
ОСОБЕННОСТИ РОСТА ДРЕВОСТОЕВ В СОСНОВО-БЕРЕЗОВОЙ ФОРМАЦИИ В ЛЕСОСТЕПНОЙ ЗОНЕ СРЕДНЕЙ СИБИРИ
М. Н. Ефремова, С. Л. Шевелев
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: [email protected]
Проведен анализ особенностей роста и формирования части сосново-березовой формации, представленной березовыми древостоями в лесорастительных условиях лесостепной зоны Средней Сибири. Объектом исследования явился лесной массив сложенный сосново-березовыми и березовыми древостоями, который находится в пределах Красноярско-Ачинско-Канского лесостепного района. В исследуемом лесном массиве основной группой типов леса явилась травяная, в которой преобладают два типа леса - березняк осочково-разнотравный и березняк вейниково-разнотравный. Статистическая обработка рядов коэффициентов для древостоев отдельных типов леса показала на отсутствие значимых различий между ними. При выполнении работы были рассмотрены особенности интенсивности роста древостоев с применением комплексного оценочного показателя. Корреляционный анализ обобщенного ряда показал на наличие значительной обратной зависимости между комплексным оценочным показателем и средним возрастом древостоя. В результате обработки данных были получены ряды коэффициентов напряженности роста на разных возрастных этапах развития древо-стоев. Была рассмотрена динамика средних таксационных показателей древостоев. Статистическая обработка совокупных рядов таксационных показателей по классам возраста показала на достаточно высокую точность их определения. Ход роста древостоев по основным таксационным показателям - среднему диаметру, средней высоте и запасу аппроксимирован функцией Вейбулла. Построена региональная таблица хода роста березовых древостоев травяной группы типов леса.
Ключевые слова: динамика таксационных показателей, комплексный оценочный показатель, таблица хода роста, средний возраст, средняя высота, средний диаметр.
Conifers of the boreal area. 2019, Vol. XXXVII, No. 2, P. 108-113
THE FEATURES OF GROWTH OF STANDS IN THE PINE-BIRCH FORMATION IN FOREST-STEPPE ZONE OF MIDDLE SIBERIA
M. N. Efremova, S. L. Shevelev
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]
In the paper was analyzed the features of the growth and formation of the part of the pine-birch formation, represented by birch stands in the forest conditions offorest-steppe zone of Middle Siberia. The object of the study was the forest massif composed of pine-birch and birch stands, which is located in within the Krasnoyarsk-Achinsk-Kansk forest-steppe area. In the researched, the forest massif the main group types of forest was herbal, in which are prevailing two types offorest - sedge-mixed herb and сalamagrostis-mixed herb of birch stands. Statistical analysis of series of coefficients for individual types of forest stands showed the absence of significant differences between them. When performing the work the features of intensive growth of stands with the use of the integrated estimate index was considered. The correlation analysis of the generalized series showed of the presence of a significant inverse relationship between the integrated estimate index and average age of stand. As a result of data processing series coefficients of the tension of growth at different age stages of development stands were obtained. Next dynamics of the average forest inventory indices of stands was examined. Statistical analysis of the aggregate series the forest inventory indices for age classes, showed at a fairly high accuracy of their determination. Dynamics of stands on the main forest inventory indices - the average diameter, the average height and the growing stock is approximated by the Weibull function. The regional yield table of birch stands of herbal group of types offorest was constructed.
Keywords: dynamics of the forest inventory indices, integrated estimate index, yield table, average age, average height, average diameter.
ВВЕДЕНИЕ
Красноярско-Ачинско-Канский лесостепной лесо-растительный район характеризуется сравнительно равнинным рельефом, с сильно развитой гидрографической сетью.
Климат района достаточно суровый, резко континентальный, отличается от соседних регионов меньшей влажностью воздуха. Продолжительность безморозного периода длиться от 106 до 120 дней, годовая сумма осадков составляет в среднем от 325 до 452 мм.
Растительный покров представлен сосново-березовыми, березовыми и березово-осиновыми лесами с примесью лиственницы с различным травяным покровом: разнотравным, осоковым, злаковым. Кустарниковый ярус в основном состоит из ивы, спиреи и шиповника [3].
Преобладающей группой типов леса является травяная, в которой преобладают два типа леса - березняк осочково-разнотравный и березняк вейниково-разнотравный.
Ареал видов рода Betula занимает практически всю Евразию и Северную Америку от полярных областей до тропиков. Особенно велик их ресурсный потенциал в бореальной зоне.
Закономерностям роста и развития древостоев, сформированных различными видами березы, их биологической продуктивности посвящен достаточно обширный ряд работ как отечественных [1; 4; 5; 8], так и зарубежных исследователей [10-12], однако некоторые аспекты развития и формирования этих ценозов требуют более пристального внимания.
Береза повислая (Betula pendula Roth) является одним из основных лесообразователей в лесостепных регионах Средней Сибири. Чистые березняки, или в смеси с сосной, осиной и лиственницей образуют крупные лесные массивы и формируют небольшие «колки», разбросанные среди сельскохозяйственных угодий.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Целью работы явилось установление особенностей роста и формирования березовых древостоев входящих в формацию сосново-березовых лесов в лесорас-тигельных условиях лесостепной зоны Средней Сибири. В основу положены материалы натурной такса-
ции 596 таксационных выделов с преобладанием березы повислой, из которых 474 представлены березняками осочково-разнотравными и 114 - березняками вейниково-разнотравными.
Основную массу таксационных выделов данного лесного массива формируют средневозрастные древо-стои, на их долю приходится 52,5 % количества таксационных выделов и 54,2 % лесопокрытой площади. Приспевающие, спелые и перестойные составляют 42,3 % от числа древостоев. Доля молодняков незначительна, на них приходится менее 10 %.
В группе приспевающих, спелых и перестойных древостоев 84,5 % имеют средний диаметр в интервале 20-24 см. Максимальный запас на одном гектаре в этой группе - 220 м3/га, средний - 160 м3/га.
Древостои модальны - средняя относительная полнота - 0,59. Условия местопроизрастания достаточно благоприятные - средний класс бонитета 2,2.
Для общего анализа характера и интенсивности роста древостоев использовался комплексный оценочный показатель (КОП), предложенный К. К. Высоцким [2], получивший название «коэффициент напряженности роста».
Для установления особенностей хода роста березовых древостоев применены методические разработки Н. В. Третьякова, получившие развитие в трудах И. В. Семечкина [6].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Анализу подверглись закономерности роста березняков, принадлежащих к различным типам леса -осочково-разнотравному и вейниково-разнотравному, входящим в одну группу - травяную. На рис. 1 показаны кривые хода роста этих древостоев по средним высотам и средним диаметрам.
Оценка существенности различия велась путем расчета критерия Стьюдента (/) для средних значений таксационных показателей в каждом классе возраста. Оказалось, что существенная разница между ними отсутствует, поэтому дальнейшая обработка данных, велась для обобщенных рядов в пределах группы типов леса.
Статистическая обработка совокупных рядов таксационных показателей (табл. 1), показала на достаточно высокую точность их определения.
Рис. 1. Ход роста по высоте и диаметру древостоев травяной группы типов леса
Таблица 1
Статистические показатели рядов средних таксационных признаков березняков травяной группы типов леса
Класс Средние таксационные показатели
возраста Средняя высота (Н), м Средний диаметр (Д! 3), см
Х±mх W, % P, % Х±mх W, % P, %
II 8,4±0,6 17,9 6,8 6,6±0,6 23,0 8,7
III 12,2±0,2 14,4 1,3 9,9±0,1 14,4 1,3
IV 15,1±0,2 9,7 1,3 12,3±0,2 11,6 1,5
V 18,2±0,1 6,1 0,7 16,7±0,2 10,5 1,3
VI 20,0±0,1 4,2 0,4 20,2±0,2 8,5 0,8
VII 21,4±0,1 3,1 0,3 23,2±0,2 9,6 0,9
VIII 22,6±0,1 3,1 0,4 25,7±0,2 8,1 0,9
IX 22,7±0,2 2,2 0,7 27,8±0,2 2,4 0,8
Относительная полнота Запас древостоя (М), м3/га |
II 0,50±0,06 30,6 11,6 27±2 18,5 7,4
III 0,65±0,01 22,5 2,0 69±2 25,5 2,3
IV 0,68±0,01 16,7 2,2 98±3 23,2 3,0
V 0,66±0,01 18,1 2,2 129±3 21,7 2,6
VI 0,58±0,01 19,9 1,9 129±3 24,1 2,3
VII 0,55±0,01 15,0 1,4 134±3 19,8 1,9
VIII 0,52±0,01 21,7 2,5 144±4 23,3 2,7
IX 0,51±0,02 11,8 3,9 139±6 12,7 4,2
Таблица 2
Коэффициенты уравнений и показатели их адекватности
Таксационный показатель Коэффициенты уравнения Коэффициент детерминации (R2) Стандартная ошибка (S)
a b c d
Средняя высота, (Н) м 25,154 29,301 0,023 1,058 0,999 0,364
Средний диаметр, (До) см 46,633 47,329 0,004 1,211 0,999 0,598
Запас древостоя, (М) м3/га 139,084 133,280 0,001 2,395 0,997 4,725
В абсолютном преобладании, точность опыта (P) при определении средних значений, для древостоев VII-IX классов возраста не вышла за пределы 4,2 %.
Снижение точности опыта при определении средних величин таксационных признаков в березняках II класса возраста обусловлено относительно малым числом наблюдений, с этим пришлось смириться, так как древостои такого возраста в объекте исследования встречаются в ограниченном количестве и все они были включены в обработку.
Полученные совокупные ряды хода роста березняков травяной группы были аппроксимированы с использованием функции Вейбулла (Weibull Model) вида
y = a - b • exp (-c • xd), (1)
где y - величина таксационного показателя; х - возраст древостоя, лет.
В табл. 2 приведены коэффициенты уравнений и показатели их адекватности.
На основе полученных выровненных величин средних таксационных показателей была построена таблица хода роста березовых древостоев травяной группы типов леса (табл. 3).
Расчеты и построение велись в соответствии с общепринятыми в лесной таксации методами.
Ранее вопросу динамики березняков Средней Сибири было уделено внимание в работах Э. Н. Фала-леева и др. [9]. В результате, для некоторых лесорас-тительных районов были составлены таблицы хода роста, в основном для модальных березовых насаждений. Основная масса таблиц построена на бонитетной основе.
Ниже делается оценка особенностей формирования рассматриваемых древостоев, в сравнении с данными для других лесорастительных районов. Для этой цели был использован комплексный оценочный показатель (КОП), имеющий еще название «коэффициент напряженности роста», который рассчитывается для древостоев как отношение средней высоты древостоя (Н, м) к площади поперечного сечения среднего дерева в древостое (О, см2) на высоте 1,3 м (2):
КОП = Н • 100 / О13. (2)
Соответственно для отдельного дерева он рассчитывается как отношение высоты последнего к площади поперечного сечения на высоте 1.3 м, выраженной в сантиметрах.
Физический смысл комплексного оценочного показателя заключен в характеристике величины части древесного ствола, формирование которой обеспечено единицей площади поперечного сечения.
Таблица 3
Ход роста березовых насаждений II класса бонитета - травяная группа типов леса
Возраст, лет Основная (оставляемая часть насаждений)
Средние Число стволов, шт. Видовое число Сумма площадей сечений, м2 Запас, м3 Изменение запаса
высота, м диаметр, см среднее, м3 текущее, м3
1 2 3 4 5 6 7 8 9
15 5,4 4,1 4736 0,622 6,3 21 1,4 -
25 10,3 7,8 1968 0,517 9,4 50 2,0 2,9
35 14,1 11,5 1197 0,485 12,4 85 2,4 3,5
45 16,9 15,0 804 0,471 14,2 113 2,5 2,8
55 19,0 18,4 556 0,463 14,8 130 2,4 1,7
65 20,6 21,4 404 0,458 14,5 137 2,1 0,7
75 21,8 24,3 302 0,455 14,0 139 1,9 0,2
85 22,7 26,9 238 0,453 13,5 139 1,6 -
Окончание таблицы 3
Вырубаемая часть - отпад Все насаждения в целом
Число стволов, шт. Запас, м3 Сумма запасов отпада, м3 Общая продуктивность стволовой древесины, м3 Общий средний прирост стволовой древесины, м3 Общий текущий прирост стволовой древесины, м3
10 11 12 13 14 15
- - - 21 1,4 -
2768 47 47 97 3,9 7,6
771 46 93 178 5,1 8,1
393 50 143 256 5,7 7,8
248 53 196 326 5,9 7,0
152 48 244 381 5,9 5,5
101 44 288 427 5,7 4,6
64 36 324 463 5,4 3,6
Таблица 4
Статистические показатели рядов комплексного оценочного коэффициента древостоев березы по группам возраста
Статистические показатели Группа возраста
молодняки средневозрастные приспевающие спелые и перестойные
Среднее значение 56,99±4,22 12,22±0,27 5,81±0,10 4,61±0,07
Коэффициент варьирования, % 38,5 39,3 18,1 18,2
Точность опыта, % 7,4 2,2 1,7 1,5
Этот показатель был предложен К. К. Высоцким [2] более полувека назад и нашел применение в различных аспектах исследований древостоев и отдельных деревьев. Он используется в качестве критерия формирования (изреживания) древостоев, а также как характеристика особенностей их роста в различных условиях местопроизрастания, с его помощью ведется оценка жизненного состояния древостоев, коэффициент используется при изучении гидрофизических свойств древесины.
В результате обработки данных были получены ряды коэффициентов напряженности роста березовых древостоев в лесном массиве. Корреляционный анализ обобщенного ряда говорит о наличии значительной обратной зависимости ^ = -0,57) между коэффициентом (КОП) и средним возрастом древостоя.
В табл. 4 приведены результаты статистической обработки совокупных рядов комплексного оценочного коэффициента для древостоев разных групп возраста.
Характер изменения коэффициента с высокой степенью адекватности (коэффициент детерминации, г2 = 0,92; стандартная ошибка уравнения, = 3,48) отображается функцией вида:
у = (а + Ьх)(-1/с), (3)
где а = 0,080; Ь = 0,005; с = 0,533.
Для сопоставления были использованы данные таблиц хода роста нормальных древостоев березы, построенных А. В. Тюриным [7], а также таблиц В. В. Кузьмичева [9] для лесостепного района ЗападноСибирской равнинной лесохозяйственной области.
Модальные древостои представлены данными таблицы составленной Э. Н. Фалалеевым и В. С. Поляковым [9] для древостоев березы первого класса бонитета Восточно-Саянского горнотаежного района Южно-Сибирской горной лесохозяйственной области (рис. 2).
О 20 40 60 80 100 120
Возраст, лет
-----Тюрпн ..............Фалалеев, Поляков
-Ш евелев. Ефремова --------Кузьмичев
Рис. 2. Динамика комплексного оценочного коэффициента березовых древостоев
Из графика следует, что различия в формировании древостоев березы в отличающихся лесорастительных условиях наиболее значимы в возрасте до 50 лет. В большем возрасте различия в величинах показателей в древостоях близких классов бонитета (Тюрин -Фалалеев, Поляков; Шевелев, Ефремова - Кузьмичев) практически исчезают.
Значительная величина комплексного оценочного показателя древостоев района исследования, опосредованная соотношением средних высот и средних диаметров (исходя из которого устанавливается средняя площадь поперечного сечения), отражает достаточно жесткие лесорастительные условия развития этой лесной формации.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Сосново-березовые и березовые древостои являются одним из основных лесообразующих сообществ в лесостепной зоне Средней Сибири. Ведение хозяйства, проектирование лесохозяйственных мероприятий невозможно без установления общих закономерностей роста и формирования древостоев.
Результаты проведенных работ позволили построить математические модели и таксационные нормативы, отражающие ход роста модальных древостоев березы травяной группы типов леса лесостепной зоны Средней Сибири по основным таксационным показателям, установить среднюю величину комплексного оценочного показателя отражающего особенности формирования древостоев.
Полученные данные позволяют осуществлять проектирование лесохозяйственных мероприятий в объекте исследования с учетом установленных закономерностей.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Андреев Г. В. Изменение приростов в коротко-производном березняке кислично-разнотравно-зеле-номошном, слабо затронутым штормовым ветром // Вестн. Алтай. гос. аграр. ун-та. 2016. № 9. С. 70-74.
2. Высоцкий К. К. Закономерности строения смешанных древостоев. М. : Гослесбумиздат, 1962. 177 с.
3. Кириллов М. В. География Красноярского края и история развития его природы / КГПИ. Красноярск, 1970. 209 с.
4. Массовые таблицы для сосны, ели, дуба, березы и осины по классам бонитета / М. М. Орлов [и др.]. М. ; Л. : Сельколхозгиз, 1931. 496 с.
5. Морозов Л. М. Основы организации хозяйства в таежных березняках Обь-Иртышского междуречья : автореф. дис. ... канд. с.-х. наук: 06.03.02. Красноярск, 1978. 24 с.
6. Семечкин И. В. Опыт использования данных глазомерной таксации для изучения динамики насаждений // Тр. Ин-та леса и древесины. Красноярск, 1962. Т. VIII. С. 119-131.
7. Тюрин А. В., Науменко И. М., Воропанов П. В. Лесная вспомогательная книжка: по таксации леса. М. ; Л. : Гослесбумиздат, 1956. 532 с.
8. Усольцев В. А., Маленко А. А., Азарёнок В. А. Биологическая продуктивность березовых насаждений в климатических градиентах Евразии // Вестн. Алтай. гос. аграр. ун-та. 2016. № 9. С. 56-63.
9. Ход роста основных лесообразующих пород Сибири / Э. Н. Фалалеев [и др.]. Красноярск : СТИ. Ч. 2. 1975. 196 с.
10. Using traditional ecological knowledge as a basis for targeted forest inventory: paper birch (Betula papyrifera) in the US Great Lakes Region / M. R. Emery et al. // Journal of Forestry. 2014. № 112 (2). P. 207-214.
11. Howard A. F., Yaussy D. A. Multivariate regression model for predicting yields of grade lumber from yellow birch sawlogs // Forest Products Journal. 1986. № 36. P. 56-60.
12. Paper birch (Wiigwaas) of the Lake States, 19802010 / W. K. Moser et al. USA. : Department of Agriculture, Forest Service, Northern Research Station, 2015. 37 p.
REFERENCES
1. Andreyev G. V. Izmeneniye prirostov v korotko-proizvodnom bereznyake kislichno-raznotravno-zelenomoshnom, slabo zatronutym shtormovym vetrom // Vestn. Altay. gos. agrar. un-ta. 2016, № 9, S. 70-74.
2. Vysotskiy K. K. Zakonomernosti stroyeniya smeshannykh drevostoyev. Moskva, Goslesbumizdat, 1962, 177 s.
3. Kirillov M. V. Geografiya Krasnoyarskogo kraya i istoriya razvitiya ego prirody / KGPI. Krasnoyarsk, 1970, 209 s.
4. Massovyye tablitsy dlya sosny, eli, duba, berezy i osiny po klassam boniteta / M. M. Orlov [i dr.]. Moskva, Leningrad, Sel'kolkhozgiz, 1931, 496 s.
5. Morozov L. M. Osnovy organizatsii khozyaystva v tayezhnykh bereznyakakh Ob'-Irtyshskogo mezhdu-rech'ya : avtoref. dis. ... kand. s.-kh. nauk: 06.03.02. Krasnoyarsk, 1978, 24 s.
6. Semechkin I. V. Opyt ispol'zovaniya dannykh glazomernoy taksatsii dlya izucheniya dinamiki nasazhdeniy // Tr. In-ta lesa i drevesiny. Krasnoyarsk, 1962, T. VIII, S. 119-131.
7. Tyurin A. V., Naumenko I. M., Voropanov P. V. Lesnaya vspomogatel'naya knizhka: po taksatsii lesa. Moskva, Leningrad, Goslesbumizdat, 1956, 532 s.
8. Usol'tsev V. A., Malenko A. A., Azarenok V. A. Biologicheskaya produktivnost' berezovykh nasazhdeniy v klimaticheskikh gradiyentakh Evrazii // Vestn. Altay. gos. agrar. un-ta. 2016, № 9, S. 56-63.
9. Khod rosta osnovnykh lesoobrazuyushchikh porod Sibiri / E. N. Falaleyev [i dr.]. Krasnoyarsk, STI, Ch. 2, 1975, 196 s.
10. Using traditional ecological knowledge as a basis for targeted forest inventory: paper birch (Betula papyrifera) in the US Great Lakes Region / M. R. Emery et al. // Journal of Forestry. 2014, № 112 (2), P. 207-214.
11. Howard A. F., Yaussy D. A. Multivariate regression model for predicting yields of grade lumber from yellow birch sawlogs // Forest Products Journal. 1986, № 36, P. 56-60.
12. Paper birch (Wiigwaas) of the Lake States, 19802010 / W. K. Moser et al. USA. : Department of Agriculture, Forest Service, Northern Research Station, 2015, 37 p.
© Ефремова М. Н., Шевелев С. Л., 2019
Поступила в редакцию 19.02.2019 Принята к печати 21.03.2019
