Особенности роста популяции ели под пологом березняков в южной тайге Русской равнины

Автор: Дерюгин А.А.

Журнал: Лесохозяйственная информация @forestry-information

Рубрика: Лесоведение и лесоводство

Статья в выпуске: 1, 2018 года.

Бесплатный доступ

В статье рассматривается рост ели под пологом южно-таёжных березняков. Анализируется возрастная динамика высоты и объема стволов деревьев ели в зависимости от периода их возобновления. Приводится сравнение основных показателей роста подпологовой ели и древостоев ели, формирующихся без участия мягколиственных пород.

Южно-таежные березняки, ель под пологом, прирост, период возобновления

Короткий адрес: https://sciup.org/143166255

IDR: 143166255   |   DOI: 10.24419/LHI.2304-3083.2018.1.02

Текст научной статьи Особенности роста популяции ели под пологом березняков в южной тайге Русской равнины

Для ссылок:

Дерюгин, А. А. Особенности роста популяции ели под пологом березняков в южной тайге Русской равнины [Электронный ресурс] / А. А. Дерюгин // Лесохоз. информ. : электрон. сетевой журн. – 2018. – № 1. – С. 21–30. URL:

Д инамика земель лесного фонда, занятых лесными насаждениями, в течение многих десятилетий имеет устойчивую тенденцию к увеличению площади насаждений мягколиственных пород. В южной тайге центральной части Русской равнины с 1956 по 2012 г. [1, 2] их доля увеличилась с 43,1 до 48,8 %. В основном они представлены березняками (75 %), под пологом которых возобновляется ель. Доля таких насаждений с подростом и вторым ярусом ели в количестве, достаточном для восстановления коренных ельников, составляет 65 % [3]. При наблюдаемой тенденции снижения объема рубок ухода в молодняках формирование таких насаждений на значительной площади происходит спонтанно. Исследованию динамики этого процесса, в том числе роста подпологовой популяции ели, до настоящего времени уделялось мало внимания. Цель работы – изучить особенности роста подпологовой популяции ели в березняках южной тайги.

Объекты и методика исследований

Объект исследований – подпологовая популяция ели в березняках кисличных, расположенных в районе деятельности Северной ЛОС Института лесоведения РАН (Ярославская обл., Рыбин- ский район). Березняки высокополнотные, высокопроизводительные (класс бонитета Iа). Доля березы в составе первого яруса 61-97 %, возраст – 64-85 лет (табл. 1). В составе второго яруса на ель приходится от 48 до 87 % запаса стволовой древесины. Подрост представлен исключительно елью. В этих насаждениях заложены (1992-2000 гг.) 3 пробные площади (ПП), на которых после проведения перечетов по элементам леса срублены в качестве моделей деревья ели.

Всего отобрано 400 моделей в широком диапазоне возраста, высоты и объема стволов. Со всех моделей после раскряжевки взяты спилы-диски. Учитывая замедленный рост подпологовой ели [4, 5], схема отбора спилов была следующая: у поверхности земли; далее до высоты 1 м через каждые 25 см; затем на высотах 1,3 м, 2,0, 2,5, 3,0 м; в последующем через 1 или 2 м в зависимости от текущего годичного прироста ели в высоту. Результаты измерений заносили в электронную базу данных, обработку осуществляли по специально разработанной программе с расчетом основных таксационных характеристик для каждого дерева.

Результаты и обсуждение

В ходе ранее выполненных исследований [6] в качестве критериев стратификации деревь-

Таблица 1. Таксационная характеристика древостоев на объектах исследований в год взятия моделей

ПП

Ярус

Состав

Число деревьев, тыс. шт./га

Средние

G, м2/га

M, м3/га

A, лет

H, м

D1,3, см

1

97Б3Ос

0,72

71

28,2

22,5

28,58

356

4

2

52Б48Е

0,62

46

10,1

8,8

3,86

33

Подрост

100Е

2,56

36

3,6

-

-

-

1

73Б27Ос

0,43

85

31,7

27,3

25,39

353

9

2

87Е5Б8Ос

1,30

61

11,2

10,1

12,2

83

Подрост

100Е

0,37

60

6,0

-

-

-

1

61Б39Ос

0,51

64

27,1

25

25,67

313

24

2

80Е20Б

0,85

46

10,9

10,4

7,32

44

Подрост

100Е

5,71

34

2,2

-

-

-

Примечание. A – возраст, Н – высота, D1,3 – диаметр ствола на высоте 1,3 м, G – сумма площадей поперечного сечения стволов, М – запас стволовой древесины.

ев подпологовой ели по росту использовали возраст и объем стволов в год взятия моделей. Однако значения этих показателей не постоянны и зависят от времени взятия моделей. Анализ прежних и вновь полученных данных показал, что для изучения роста ели целесообразно использовать период ее возобновления по отношению ко времени появления березы (Tw). Его значение определяется как разница возрастов березы первого яруса и деревьев ели. Эта величина постоянна и не зависит от времени взятия моделей. Для отобранных модельных деревьев период возобновления изменялся от 1 года до 58 лет (табл. 2).

Изучению особенностей роста подпологовой ели предшествовал анализ возрастной динамики высоты деревьев с разным периодом возобновления, которая отражает положение дерева в пологе древостоя и, соответственно, напряженность конкурентных отношений. Результаты статистической обработки высоты деревьев в разном возрасте в 5-летних интервалах периода возобновления приведены в табл. 3.

Оценка достоверности различия средней высоты по t-критерию (табл. 4) показала целесообразность выделения по периоду возобновления 3-х генераций подпологовой ели: 1–25, 26–40, 41–50 лет.

Анализ показал, что по высоте деревья ели выделенных по Tw генераций существенно уступают древостоям ели II класса бонитета, наиболее распространенным в регионе исследований. В возрасте 60 лет средняя высота деревьев самой старшей генерации подпологовой популя-

Рис. 1. Динамика высоты деревьев ели в нормальном древостое II класса бонитета и деревьев с разным периодом возобновления (Tw, лет) в подпологовой популяции ели

ции ели (Tw = 1–25 лет) меньше почти на 6 м (рис. 1).

По росту в высоту деревья ели 1-й (Tw = 1–25 лет) и 2-й (Tw = 26–40 лет) выделенных генераций практически не отличаются (рис. 1). Разница в средних высотах проявляется в возрасте второй генерации ели более 30 лет, когда возраст березы в первом ярусе достигает 65–70 лет. В это время количество деревьев ели, вышедших во второй ярус древостоя, почти достигает максимума (около 1,0 тыс. шт./га). В формировании этого яруса в основном участвуют деревья ели 1й генерации (Tw= 1–25 лет), в которой общая сомкнутость крон составляет 0,7, а второго яруса – 0,5. Это приводит к усилению внутривидовой конкуренции за свет, что и объясняет возник-

Таблица 2. Характеристика моделей, взятых для изучения роста подпологовой ели

№ ПП

Число моделей, шт.

Диапазон значений

всего

из них Н более 1,3 м

A, лет

Tw, лет

H, м

V, дм3

4

175

166

13–60

11–58

0,5–11,0

0,004–91,94

9

99

97

33–77

8–52

1,0–17,6

0,072–184,17

24

126

92

11–63

1–53

0,5–16,7

0,002–157,51

Все ПП

400

355

11–77

1–58

0,5–17,6

0,002–184,17

Примечание. T w – период возобновления, V – объем ствола.

Таблица 3. Результаты статистической обработки возрастной динамики высоты модельных деревьев c разным периодом возобновления (Tw)

Tw, лет

Статистические

Возраст

ели, лет

показатели

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

1–5

N

14

14

14

14

14

14

14

14

14

14

X

0,3

0,8

1,3

2,0

2,7

3,4

4,3

5,3

6,4

7,5

±m

0,04

0,10

0,16

0,23

0,30

0,37

0,45

0,53

0,59

0,68

6–10

N

13

13

13

13

13

13

13

13

13

13

X

0,4

0,8

1,3

1,9

2,7

3,5

4,4

5,4

6,8

8,1

±m

0,07

0,14

0,22

0,28

0,36

0,47

0,60

0,74

0,88

1,05

11–15

N

23

23

23

23

23

23

23

23

-

-

X

0,3

0,5

0,9

1,4

2,1

2,9

4,2

5,7

-

-

±m

0,02

0,05

0,07

0,10

0,12

0,16

0,19

0,24

-

-

16–20

N

50

50

50

50

50

50

50

50

-

-

X

0,2

0,5

0,8

1,3

2,1

3,2

4,5

5,7

-

-

±m

0,02

0,03

0,04

0,06

0,09

0,12

0,17

0,22

-

-

21–25

N

44

44

44

44

44

44

44

-

-

-

X

0,3

0,5

0,9

1,5

2,4

3,5

4,6

-

-

-

±m

0,02

0,03

0,06

0,10

0,15

0,21

0,28

-

-

-

26–30

N

62

62

62

62

62

62

-

-

-

-

X

0,2

0,5

0,9

1,4

2,0

2,6

-

-

-

-

±m

0,01

0,02

0,04

0,07

0,11

0,17

-

-

-

-

31–35

N

119

119

119

119

119

114

-

-

-

-

X

0,2

0,6

0,9

1,5

2,2

3,1

-

-

-

-

±m

0,01

0,02

0,03

0,05

0,08

0,12

-

-

-

-

36–40

N

47

47

47

47

44

-

-

-

-

-

X

0,3

0,6

0,9

1,4

2,0

-

-

-

-

-

±m

0,02

0,03

0,05

0,09

0,15

-

-

-

-

-

41–45

N

16

16

16

14

-

-

-

-

-

-

X

0,2

0,4

0,6

1,0

-

-

-

-

-

-

±m

0,01

0,03

0,07

0,12

-

-

-

-

-

-

46–50

N

7

7

7

-

-

-

-

-

-

-

X

0,2

0,4

0,6

-

-

-

-

-

-

-

±m

0,02

0,02

0,05

-

-

-

-

-

-

-

Примечание. N – число моделей; X – средняя высота, м; ±m – ошибка среднего значения, м шую разницу в средних высотах деревьев двух первых генераций ели. Генерация ели Tw = 41–50 лет, испытывая прессинг со стороны ранних генераций, существенно уступает им по высоте (см. рис. 1).

Период возобновления сказывается на положении деревьев ели в пологе древостоя. Ель всех генераций по высоте значительно уступает березе в первом ярусе (рис. 2).

Со временем разница в средних высотах генераций ели увеличивается. Так, если в 1963 г. средняя высота ели 2-й генерации (Tw = 26–40 лет) была на 2,5 м меньше, чем 1-й первой, то в 1993 г. эта разница составила 5,7 м. Сравнение ели 2- и 3-й генераций показывает такую же тенденцию: разница в средних высотах изменилась с 0,7 м в 1973 г. до 2,9 м в 1993 г.

Таблица 4. Достоверность различия высоты деревьев ели в интервалах периода возобновления

Интервалы Tw, лет

Значение t -критерия

t факт. в возрасте, лет

t 0.05

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

1–5 и 6–10

0,60

0,19

0,25

0,09

0,07

0,17

0,19

0,19

0,28

0,40

2,06

6–10 и 11–15

1,72

1,98

2,51

2,36

2,17

1,60

0,34

0,60

0,70

0,56

2,04

11–15 и 16–20

0,00

1,24

0,67

0,73

0,37

1,72

0,88

0,29

-

-

1,98

16–20 и 21–25

0,52

1,43

1,38

1,89

1,79

1,08

0,45

-

-

-

1,98

21–25 и 26–30

1,46

1,64

0,82

1,34

2,18

3,17

-

-

-

-

1,98

26–30 и 31–35

1,08

3,07

1,66

1,70

1,87

2,28

-

-

-

-

1,97

31–35 и 36–40

0,70

0,33

0,34

1,27

1,12

-

-

-

-

-

1,98

36–40 и 41–45

2,01

3,11

2,80

2,29

-

-

-

-

-

-

2,01

41–45 и 46–50

0,09

0,25

0,52

-

-

-

-

-

-

-

2,07

1–25 и 26–40

2,04

1,45

1,93

2,20

2,21

2,58

2,01

-

-

-

1,97

26–40 и 41–50

2,32

4,02

3,86

3,60

3,29

-

-

-

-

-

1,97

Примечание. tфакт. – фактическое; t0.05 – табличное при уровне значимости 0,05

Таким образом, средняя высота деревьев ели 1-й генерации в возрасте 35 лет достигает нижнего порога высоты второго яруса (6,3 м), а средняя высота деревьев 2-й генерации в возрасте 30 лет не превышает высоты подроста (3,9 м).

Различия в росте деревьев трех генераций, выделенных по периоду возобновления, становятся еще более очевидными при рассмотрении динамики текущего среднепериодического прироста в высоту. У деревьев ели 1-й генерации максимум прироста наблюдается в 40 лет или в том же возрасте, что и у ельников II класса бонитета (рис. 3). Однако у подпологовой ели этой генерации после достижения максимального значения прироста происходит его резкое снижение, а у ельников II класса бонитета значения прироста, близкие к максимуму, сохраняются до 50 лет. У 2-й генерации ели возраст наступления максимального прироста несущественно отличается от 1-й генерации, но по значению он существенно меньше. У 3-й генерации снижение прироста наблюдается уже после 20 лет.

Приведенные данные свидетельствуют о том, что при спонтанном формировании подпо-логовой ценопопуляции ели доминирующей ос-

----- Генерация 1 (Tw = 1-25 лет)

—■■ Генерация 2 (Tw = 26-40 лет!

—♦-- Генерация 3 (Tw = 41-50 лет) —• - Береза

Рис. 2. Динамика высоты деревьев ели с разным периодом возобновления и березы за сопоставимый временной интервал

тается 1-я генерация, возобновившаяся в первые 25 лет (Tw= 1–25 лет) после заселения вырубок березой. Рассмотрим рост деревьев этой генерации, имеющей наибольший возраст.

Анализ динамики текущего среднепериодического и среднего приростов в высоту у деревьев 1-й генерации ели показал, что они становятся равными в возрасте 60 лет (рис. 4). В это время среднепериодический прирост составляет 8,5 %. Для древостоев ели II класса бонитета эти

Прирост в высоту, см/год                                                    Прирост в высоту, см/год

----- Генерация 1 (Tw = 1-25 лет) —■■ Генерация 2 (Tw = 26-40 лет)

—♦-- Генерация 3 (Tw = 41-50 лет) —• - Ель класса бонитета II

Рис. 3. Возрастная динамика текущего среднепериодического прироста деревьев ели в высоту в нормальном древостое II класса бонитета и деревьев с разным периодом возобновления (T w , лет) в подпологовой популяции ели

Рис. 4. Динамика текущего среднепериодического и среднего приростов в высоту у деревьев ели с Tw= 1–25 лет

величины составляют соответственно 70 лет и 15,0 %.

Снижение прироста по высоте после 40 лет у деревьев с Tw= 1–25 лет не сказывается существенно на их приросте по объему стволов. В изучаемом временном интервале последний увеличивается до 60-летнего возраста. С 55 лет намечается тенденция к некоторому снижению интенсивности наращивания прироста: если в возрастном интервале 50–55 лет он увеличился на 17 %, то с 55 до 60 лет – только на 5 % (рис. 5). У ельников II класса бонитета это наблюдается в возрасте 80 лет.

В 60 лет процент текущего среднепериодического прироста по объему ствола ели в подпо-логовой популяции составлял 26,2 % и несущественно отличался от аналогичного показателя для ельников II класса бонитета (25,7 %). Однако по среднему объему ствола (38,9 дм3) и абсолютному значению прироста (1,8 дм3/год) деревья подпологовой популяции значительно уступают (почти в 5 раз) деревьям в древостоях II класса бонитета, изначально формирующихся без участия березы (соответственно 189 дм3 и 8,6 дм3/год).

Увеличение объема стволов деревьев подпо-логовой популяции ели при снижении прироста в высоту происходит главным образом за счет прироста площади поперечного сечения стволов. Текущий среднепериодический прирост в возрастном интервале 55–60 лет составил 2,2 см2/год, или 16,8 %. Это почти в 2 раза больше, чем процент прироста в высоту. Такой процесс роста сказывается на форме стволов. В возрасте 30–60 лет у подпологовой ели значения видовых чисел (0,536–0,795) выше, чем у нормальных древостоев (0,500–0,592), а значения видовых высот, наоборот, ниже (2,56–5,53 и 4,19–8,41 соответственно), что объясняется значительно большей высотой деревьев в нормальных древостоях.

Анализ роста деревьев свидетельствует о том, что даже в пределах одной градации периода возобновления показатели роста характеризуются значительной вариацией. Так, высота деревьев в одном 5-летнем периоде возобновления характеризуется высокой вариацией: коэффициент вариации в возрасте 55–60 лет может достигать 30 %. В связи с этим возникает вопрос: когда начинается дифференциация деревьев в формирующейся вертикальной структуре подпологового ельника? Чтобы ответить на него, был проведен ретроспективный анализ динамики высоты деревьев с наиболее распространенным периодом возобновления – 16–25 лет. За отправную точку принята высота деревьев в возрасте 60 лет. По высоте деревья были разделены на градации: 6,1–8,0; 8,1–10,0 и т. д. (табл. 5).

В подпологовой популяции ели уже в возрасте 15 лет (возраст березняка 30–35 лет) начинают появляться лидирующие деревья. Об этом свидетельствует достоверное различие высот в градациях 10,1–12,0 и 12,1–14,0 м. Средняя высота последних в 15 лет – 1,0 м, минимальная – 0,7 м. К 60-ти годам высота таких деревьев достигает 13,0 м.

Деревья, достигшие в 60 лет высоты 10,1–12,0 м, в вертикальной структуре ельника начинают выделяться уже в 30-летнем возрасте. В этом возрасте их средняя высота достоверно больше (tфакт.=2,76>t0,05=2,07) средней высоты деревьев в градации 8,1–10,0 м (см. табл. 5).

Различия между средними высотами деревьев первых двух градаций наблюдаются при достижении елью возраста 40 лет (tфакт.=2,26>t0,05=2,12). К 60-ти годам средняя высота деревьев этих градаций на 2,1–6,2 м меньше, чем двух последних высотных градаций (10,1–12,0 и 12,1–14,0). Такие деревья принимают второстепенное участие в формировании ельников. Их основу будут составлять деревья, высота которых в возрасте 30 лет (березняки в возрасте 45–50 лет) превышает 3,0 м.

На основе полученных результатов проведено сравнение возрастной динамики основных показателей, характеризующих рост деревьев ели в спонтанно формирующихся ельниках под пологом березняков и в древостоях ели II класса бонитета, типичных для условий региона исследований.

Значения всех показателей деревьев ели под пологом березы существенно уступают значениям древостоев, развивающихся без участия мяг-

Рис. 5. Динамика текущего среднепериодического и среднего приростов по объему ствола у деревьев ели с T w = 1–25 лет

колиственных пород (табл. 6). Так, значения, характеризующие высоту, площадь поперечного сечения и объем ствола деревьев подпологовой ели в возрасте 60 лет, составляют соответственно только 53–61 %, 25–38 % и 20–21 % значений нормальных древостоев.

Деревья ели под пологом березняков отличаются от деревьев в ельниках II класса бонитета более высокими значениями видовых чисел и меньшими значениями видовых высот (см. табл. 6). Это свидетельствует о преобладании в подпологовой популяции ели деревьев с более сбежистыми стволами. Данные показывают, что без проведения своевременных уходов ельники, спонтанно формирующиеся в подполого-вой популяции, будут характеризоваться значительно меньшей производительностью, чем ельники, изначально формирующиеся на вырубках без существенного участия мягколиственных пород.

Таблица 5. Достоверность различия средней высоты деревьев ели в высотных градациях

Высотные градации, в возрасте ели 60 лет, м

Значение t -критерия

t факт. в возрасте, лет

t 0,05

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

6,1–8,0 и 8,1–10,0

0,77

0,39

0,01

0,14

0,48

0,35

0,55

2,26

3,45

5,37

7,40

8,42

2,12

8,1–10,0 и 10,1–12,0

0,97

0,60

0,81

1,65

1,90

2,76

3,06

3,63

4,38

5,40

7,07

8,02

2,07

10,1–12,0 и 12,1–14,0

0,85

0,54

2,22

2,72

3,06

2,66

3,96

2,92

4,05

5,64

7,65

8,37

2,08

Таблица 6. Отношение средних значений показателей деревьев подпологовой ели к значениям в нормальных древостоях ели II класса бонитета, %

Показатель

Отношение средних значений показателей ели, %, в возрасте, лет

10

20

30

40

50

60

Средняя высота

28

39

45

57

61

61

Текущий среднепериодический прирост в высоту

28

55

70

88

72

53

Средний прирост в высоту

28

30

46

58

59

61

Площадь поперечного сечения ствола на высоте 1,3 м

-

-

55

29

32

38

Текущий среднепериодический прирост по площади поперечного сечения ствола на высоте 1,3 м

-

-

-

13

36

25

Средний прирост по площади поперечного сечения ствола на высоте 1,3 м

-

-

-

15

32

25

Средний объем ствола

3

7

13

18

21

21

Текущий среднепериодический прирост по объему ствола

10

7

14

21

23

20

Средний прирост по объему ствола

2

6

12

18

21

20

Видовое число

-

-

136

104

102

104

Видовая высота

-

-

61

59

62

64

Примечание. Расчет соответствующих показателей для нормальных древостоев II класса бонитета сделан по таблицам хода роста нормальных еловых насаждений [7].

Выводы

Рост ели под пологом березняков во многом зависит от периода её возобновления по отношению ко времени появления березы. Деревья, возобновившиеся в ранние периоды формирования березняков, отличаются лучшей конкурентоспособностью и, соответственно, характеризуются лучшим ростом.

По динамике роста деревьев в высоту выделено 3 генерации деревьев ели с периодами возобновления: 1–25, 26–40, 41–50 лет.

В возрасте 35 лет 1-я генерация достигает нижнего порога (6,3 м) высоты второго яруса древостоя. Средняя высота деревьев 2- и 3-й генераций в этом возрасте не превышает высоту подроста.

У первых двух генераций текущий среднепериодический прирост в высоту достигает максимального значения в возрасте 35–40 лет, при этом 2-я генерация существенно уступает 1-й по приросту. В дальнейшем прирост в высоту снижается, а объем стволов увеличивается за счет прироста по площади поперечного сечения стволов. У 3-й генерации снижение прироста в высоту наблюдается после 20 лет.

У деревьев 1-й генерации (период возобновления 1–25 лет) равенство текущего среднепериодического и среднего приростов в высоту наблюдается в возрасте 60 лет. Начиная с этого возраста изменения в вертикальной структуре формирующегося ельника маловероятны. В этой генерации уже в возрасте 15 лет начинают выделяться лидирующие деревья, минимальная высота которых составляет 0,7 м.

Деревья ели, возобновившиеся в первые 25 лет после заселения вырубок березой, составляют основу формирующихся под ее пологом ельников. Количество этих деревьев в 50-летних березняках составляет около 2,0 тыс. шт./га, или 65 % общей численности популяции ели. Этой части популяции следует уделять особое внимание при проведении рубок.

Ель под пологом березы по показателям роста значительно уступает ели, произрастающей в древостоях без участия мягколиственных пород. В возрасте 60 лет у деревьев ели под пологом березы средний прирост в высоту на 40 %, а средний прирост по объему ствола на 80 % меньше, чем у деревьев в древостоях ели II класса бонитета, наиболее распространенных в регионе исследований.

Список литературы Особенности роста популяции ели под пологом березняков в южной тайге Русской равнины

  • Справочник по учету лесного фонда СССР (на 1 января 1956 г.). -М.: изд-во МСХ СССР, 1957. -487 с.
  • Основные показатели лесохозяйственной деятельности за 2001-2013 годы. -М: Рослесинфорг, 2014. -76 с.
  • Писаренко, А. И. Лесовосстановление/А. И. Писаренко. -М.: Лесн. пром-сть, 1977. -252 с.
  • Алексеев, В. И. Возобновление ели на вырубках/В. И. Алексеев. -М.: Наука, 1978. -130 с.
  • Побединский, А. В. Рубки главного пользования/А. В. Побединский. -М.: Лесн. пром-сть, 1980. -192 c.
  • Рубцов, М. В. Закономерности роста ели под пологом березняков в онтоценогенезе древостоев/М. В. Рубцов, А. А. Дерюгин//Лесоведение. -2002. -№ 5. -С. 18-25.
  • Общесоюзные нормативы для таксации лесов: справоч./В. В. Загреев, В. И. Сухих, А. З. Швиденко, Н. Н. Гусев. -М.: Колос, 1992. -496 с.
Статья научная