Изменение водного режима подроста ели в 53-летнем березняке черничном под влиянием лесохозяйственных мероприятий

На Севере широкомасштабное вовлечение хвойных лесов в прошлом столетии в промышленную эксплуатацию сплошными концентрированными рубками привело к формированию на больших площадях производных лиственных лесов. Уже к середине прошлого столетия формирование антропогенных, преимущественно лиственных, лесов стало определяющим фактором на громадных территориях [1]. В настоящее время в связи с истощением лесосырьевой базы по хвойному хозяйству, лиственные леса стали одним из основных объектов лесоэксплуатации [2]. Многочисленные исследования в разных регионах [3, 4] показывают, что под пологом лиственных лесов имеется молодняк ели в количестве (более 10–16 тыс./га), достаточном для того, чтобы в будущем обеспечить ее господство в составе формирующегося древостоя. Несмотря на значительный объем исследований, жизненное состояние ели в лиственно-хвойных лесах Севера остается мало изученным. До настоящего времени не выявлены адаптивные реакции ели к изменяющимся в результате рубок условиям среды.

Важным внутренним фактором, определяющим активность многих физиологических процессов и продуктивность растений в целом, является состояние их водного режима. Поэтому этот показатель учеными часто используется в качестве критерия оценки уровня жизнедеятельности растений [5].

Наши исследования проводились в 2003 г. Временные пробные площади расположены в бывшем Коношском лесхозе Архангельской области. Объектом исследования является 53-летнее двухъярусное березово-еловое насаждение VI класса возраста (кв. 23, Левашское лесничество). Участок занимает верхнюю часть слабо пологового юго-западного склона. Состав древостоя: 1 ярус 7Б30с+С, второй – 10Е. Высота березы – 14,8 м; диаметр – 12,1 см; класс бонитета – IV, полнота 0,89. Подрост еловый – 3,6 тыс. экз. на 1 га. Подлесок состоит из единичных кустов шиповника и рябины. Почва слабоподзолистая легкосуглинистая, развивающаяся на легком суглинке, подстилаемом мелкопесчаным тяжелым моренным суглинком. На площади 1,2 га в осенне-зимний период 1982 г. проведена равномерно-постепенная рубка по узколесосечной технологии с трелевкой хлыстов за вершину на базе трелевочного трактора (ТДТ-55) и мотопилы «Урал» путем равномерной вырубки лиственных пород. Ширина технологических пасек принята 50 м, длина 180-200 м, ширина трелевочных волоков – 4,0–4,5 м. Сохранность подроста после рубки 86–100 %. Минерализация почвы в технологических пасеках отсутствует. Сомкнутость полога до рубки 0,9-1,0, после рубки – от 0,2 на секции 70 % и до 0,7 на участке 35 % выборкой. На участке выделено 4 секции для подроста ели с разной интенсивностью рубки деревьев господствующего полога (по запасу): 35, 50, 70 % и без осветления (контроль). Секции в форме прямоугольника располагались перпендикулярно к солнцу. Площадь каждой секции – 0,4 га, ширина 40–45 м, длина 110 м. Ширина технологического коридора между соседними секциями 5-6 м. Состояние подроста после рубки хорошее и удовлетворительное. Порубочных поранений стволиков и вершинок не обнаружено. Таксационная характеристика опытных и контрольного участков приведена в таблице 1.

Таблица 1. Лесоводственно-таксационная характеристика участка 53-летнего березняка черничного свежего

Интенсив-ность рубки, %	Древостой							Подрост
	ярус	состав	средние		кол-во деревьев, шт./га	полнота	общий запас, м3/ га	кол-во, шт./ га	состав	высота, м
			Н,м	Д, см
0	I	7Б30с	14,8	12,1	1730	0,89	170,0
	II	10Е	2,8	3,1	3588		6,1	3600	10Е	0,7
35	I	7Б30с	15,0	12,3	1125	0,58	110
	II	10Е	2,8	3,0	2510		4,9	3580	10Е	0,7
50	I	7Б30с	15,5	12,6	890	0,44	82,0
	II	10Е	2,7	3,0	1923		2,5	3644	10Е	0,7
70	I	7Б30с	16,0	13,7	548	0,20	39,7
	II	10Е	3,1	3,5	1088		2,5	3107	10Е	0,7

Интенсивность транспирации определялась путем двухкратного быстрого взвешивания отделенных от дерева охвоенных побегов с помощью высокочувствительных торсионных весов (ВТ-500) в 9–12-кратной аналитической повторности при теплой преимущественной солнечной погоде, согласно рекомендаций [6]. Длительность экспозиции между повторными взвешиваниями обычно не превышала 2-3 минут.

Наши исследования в лиственно-хвойных насаждениях разного возраста показали, что подрост ели наиболее активно транспирирует в 8-летнем березняке (343 мг Н2О на 1 г свежей хвои в час), в условиях отсутствия прямого отенения подроста со стороны лиственных пород. На однолетней вырубке интенсивность водоотдачи у подроста из-за слабой работы корневой системы, как и в перегущенных древостоях, еще продолжает оставаться достаточно низкой – не более 170 мг Н2О /(г∙ч) (рис. 1). Накопление на вырубке лиственных пород и уменьшение освещенности в результате появления верхнего оттеняющего полога приводит у подроста к постепенному снижению транспирации. Уже в 13-летнем насаждении подрост ели транспирирует почти в 1,5 раза слабее, чем в 8-летнем. Слабая интенсивность транспирации у подроста была отмечена и под пологом высокополнотных березовых древостоев с полнотой 0,9 (150 мг Н2О/(г∙ч) [7].

Е-^ 400

^ 300

к 250

го 200

О_

Е 150

о го 100

1     2     3    4     5     6     7     8     9    10    11

Рисунок 1. Интенсивность транспирации подроста ели (высота 1,5 м): 1–10-дневная вырубка; 2–1-летняя вырубка. Березняки: 3–8 лет; 4–13 лет; 5–23 года; 6–33 года; 7 – 53 года; 8–80 лет; 10–53 года с вырубкой 50 % запаса. Осинники: 9–53 года; 11–53 года с вырубкой 45 % запаса.

Согласно литературным данным [8], наиболее вероятной причиной торможения транспирации у подроста под пологом леса является высокая корневая конкуренция со стороны крупных деревьев. По исследованиям автора исключение конкуренции со стороны крупных деревьев путем обрубки корней, у сеянцев ели приводит к повышению интенсивности транспирация почти в 3 раза, при этом у молодых растений одновременно повышается оводненность листьев.

Другой немаловажной причиной, способной вызывать снижение водоотдачи у подроста в условиях корневой конкуренции, является слабое развитие его корневой системы [9], а также часто наблюдающееся в таких лесах иссушение корнеобитаемого слоя почвы вокруг подроста ели корнями лиственных пород [10].

Влияние интенсивности рубки на суточный ход транспирации у среднего подроста в 53-летнем березняке черничном показано на рисунке 2. Как видно из представленных на рисунке данных, по характеру изгибов кривые транспирации в контроле и опытных участках совпадают.

Контроль -■-35% -*- 50%    70%

Рисунок 2. Суточный ход транспирации подроста ели (высота 1,5 м) в 53-летнем березняке черничном в зависимости от интенсивности рубки.

Рубка леса лишь усилила у молодых елочек процессы, связанные с поглощением и расходованием влаги. Возрастание дополнительного расхода влаги у опытных растений происходило в те же отрезки времени, когда и на контроле имело место усиление транспирации.

Интенсивность водоотдачи опытными растениями определялась лишь степенью изреженности насаждения и количеством поступающего под его полог света и тепла. Самой высокой интенсивностью транспирации отличался подрост на секциях с максимальной разреженностью, а самой низкой – в контроле и на секции с интенсивностью рубки 35 %.

Влияние интенсивности рубки на скорость транспирации у подроста ели разных категорий роста в 53-летнем березняке черничном показано в таблице 2. Из ее данных видно, что увеличение доступа света к кронам после вырубки части запаса у елового подроста значительно усилило испаряющую способность хвои. На прореженных участках интенсивность транспирации у подроста превышала контроль в 1,1–1,5 раза. На третий год после проведенной рубки она составляла 183–260 мг на 1 г свежей хвои в час (в контроле 160–171 мг).

Таблица 2. Интенсивность транспирации разных категорий подроста ели в 53-летнем березняке черничном спустя 3 года после выборочной рубки, мг Н20 на 1 г свежей массы хвои в час

Интенсивность рубки, %	Средний подрост (1,5 м)			Мелкий подрост (0,5 м)
	M±m	%	t	M±m	%	t
Контроль	160±5	100	-	171±6	100	-
35	186±3	116	6,9	183±5	107	0,3
50	209±8	131	4,1	233±12	136	4,2
70	243±11	152	4,1	260±8	152	3,6

На увеличение освещенности положительно отреагировали все категории подроста примерно в равной степени. Наиболее существенно интенсивность транспирации возросла (в 1,5 раза) на максимально разреженных участках, где было вырублено 50 и 70 % запаса.

Статистическая проверка данных с помощью критерия Стьюдента в целом подтвердила достоверность разницы средних значений между контрольными и этими опытными растениями (tst.0,95=3,6–4,1). Наряду с этим опыты показали, что вырубка в березняке 70 % запаса (до полноты 0,2) у подроста мало способствовала повышению интенсивности транспирации по сравнению с вариантом, где было вырублено 50 % исходного запаса (до полноты 0,5).

В данном варианте по сравнению с вариантом, где было вырублено 50 % запаса, интенсивность транспирации у среднего подроста была выше лишь на 12– 16 %. Вырубка 35 % исходного запаса слабо повлияла на процесс водоотдачи у ели. Интенсивность транспирации после вырубки такого запаса возросла: у среднего подроста на 16 %, у мелкого – на 7 %.

В целом опыты показали, что растения на прореженных участках в дни белых ночей в процессе транспирации за сутки расходуют на 22–54 % больше влаги, чем контрольные. Среднесуточный расход влаги на транспирацию в ясный солнечный день у среднего подроста составил: в контроле 2,09, у опытных растений от 2,56 до 4, 05 Н2О на 1 г свежей хвои. Больше всего влаги растения расходовали на максимально разреженном участке (при полноте 0,2) – 4,05 г.

Безусловно, повышение транспирации у подроста на участке с рубкой является положительным моментом, поскольку способствует, с одной стороны, лучшему водообмену между растениями и почвой, с другой – лучшему обеспечению растений питательными элементами и почвенной влагой, обеспечивая при этом необходимую защиту ассимиляционного аппарата от перегрева в периоды с высокими и максимальными температурами. Наряду с усилением транспирации выборочные рубки почти на 4 часа увеличили ее суточную продолжительность.