Рост по высоте и диаметру сосновых древостоев в Западно-Сибирском подтаежно-лесостепном районе Алтайского края

Для ссылок: –3083.2019.1.05

Рост по высоте и диаметру сосновых древостоев в Западно-Сибирском подтаежно-лесостепном районе Алтайского края [Электронный ресурс] / А. Е. Осипенко, С. В. Залесов, Л. А. Белов, Д. А. Шубин // Лесохоз. информ. : электрон. сетевой журн. – 2019. – № 1. – С. 56–66. URL:

Для эффективного ведения лесохозяйственной деятельности необходимо иметь объективные данные о ходе роста древостоев по основным таксационным показателям [1]. Зачастую получить такие данные можно только на основе большой базы данных. На сегодняшний день самой большой базой данных для ленточных боров Алтайского края является электронная повы-дельная база данных, периодически обновляемая лесоустроителями для отдельных лесничеств. Несмотря на то что по точности данные таксационных описаний уступают оценке древостоев методом пробных площадей, при достаточно большой базе данных, когда начинает действовать закон больших чисел, появляется возможность использовать приемы математической статистики и выявления некорректных показателей [2, 3].

Цель исследования – проанализировать электронную повыдельную базу данных ленточных боров Алтайского края с целью выявления возможности ее использования для изучения хода роста по высоте и диаметру естественных и искусственных сосновых древостоев, произрастающих в условиях Западно-Сибирского подтаежно-лесостепного района лесостепной зоны Алтайского края.

Объекты и методы исследования

Исследования основываются на анализе данных электронной повыдельной базы, содержащей таксационную характеристику более 268 тыс. вы-делов ленточных боров Алтайского края общей площадью 1 014 тыс. га. База данных включает таксационное описание 11 лесничеств Алтайского края (в скобках указан год последнего лесоустройства): Барнаульское (2011), Волчихинское (2011), Ключевское (2001), Кулундинское (2005), Лебяжинское (2009), Новичихинское (2006), Озеро-Кузнецовское (2010), Павловское (2011), Панкрушихинское (2005), Ракитовское (2009), Степно-Михайловское (2004). При этом Баевское, Знаменское и Ребрихинское лесничества, на территории которых также находятся ленточные боры, не были включены в исследование, так как в них принята другая классификация типов леса, и рассматриваемые в данной статье типы леса в них не выделены.

Согласно Перечню лесорастительных зон и лесных районов Российской Федерации, район исследований относится к Западно-Сибирскому подтаежно-лесостепному району лесостепной зоны [4]. Климат района исследований резко континентальный, с продолжительной холодной зимой и коротким жарким летом. Для территории анализируемых лесничеств характерно преобладание дерново-подзолистых почв [5], среднегодовое количество осадков – от 250 мм на юго-западе до 500 мм на северо-востоке, преобладающие ветры – южные и юго-западные [6, 7]. Юго-западная часть ленточных боров характеризуется холмистым рельефом, а северо-восточная – равнинным. В соответствии со схемой климатического районирования Алтайского края, район исследований делится на 3 зоны: сухой степи, засушливой степи, умеренно-засушливой колочной степи [7].

В анализируемых нами лесничествах доля древостоев с преобладанием сосны обыкновенной составляет 79,4%, из них 17,1% искусственного происхождения. Большая часть искусственных сосняков (79,1%) приходится на Озеро-Кузнецовское (40,0%), Степно-Михайловское (17,3%), Раки-товское (15,1%) и Ключевское (6,7%) лесничества, которые расположены в юго-западной части ленточных боров, в зоне сухой степи [7, 8].

Для изучения хода роста древостоев по данным таксационных описаний выборка должна состоять из нескольких сотен выделов и включать характеристику древостоев в возрасте от 10 до 80 лет [2]. Поэтому для исследования были выбраны наиболее распространенные в пределах ленточных боров типы леса: сухой бор пологих всхолмлений (СБП), свежий бор (СВБ), травяной бор (ТРБ), которые характеризуются типами лесорастительных условий А1, А2, А3 соответственно.

Распределение площади лесных земель анализируемых лесничеств по типам леса представлено в табл. 1. Лесничества расположены в порядке продвижения с северо-востока на юго-запад, так как именно в этом направлении происходит ухудшение лесорастительных условий [6, 8, 9], вследствие чего доля типа лесов СБП в них увеличивается, а доля ТРБ уменьшается.

В Кулундинском лесничестве исследуемые типы лесов занимают значительно меньшую площадь по сравнению с другими лесничествами, так как в 2-х из 7-ми участковых лесничеств (Тюменцевское и Шелаболихинское), входящих в его состав, принята другая классификация типов леса.

Для построения графиков хода роста по высоте и диаметру из базы данных была сделана выборка таксационных описаний естественных и искусственных древостоев с преобладанием сосны, произрастающих в различных типах леса. Распределение элементов выборки по происхождению и типам леса представлено в табл. 2.

Обработка данных проводилась стандартными методами [10, 11] в программах Excel и Statistica. Для аппроксимации данных применялась функция Митчерлиха [12], имеющая следующий вид:

Y = a(1 – e-bx)c, где:

Y – средний диаметр (высота) древостоев, см (м); x – средний возраст древостоев, лет;

• e – постоянная Эйлера;

• a, b, c – коэффициенты уравнения.

Таблица 1. Распределение площади лесных земель в различных климатических зонах по типам леса (числитель – га; знаменатель – %)

Лесничество	Тип леса				Всего
	СБП	СВБ	ТРБ	Другие
Умеренно-засушливая степь
Барнаульское	879,7 3,5	12 687,6 51,1	10 051,2 40,5	1 207,6 4,9	24 826 100
Павловское	2 328,2 3,3	25 147,7 35,7	26 052,9 37,0	16 847,2 24,0	70 376 100
Кулундинское	2 767,0 3,8	21 990,0 30,3	13 055,5 18,0	34 799,5 47,9	72 612 100
Панкрушихинское	14 449,2 13,6	30 134,1 28,4	44 660,7 42,0	16 987,1 16,0	106 231 100
Новичихинское	9 103,2 13,7	29 519,9 44,4	21 952,5 33,1	5 829,4 8,8	66 405 100
Засушливая степь
Волчихинское	32 079,0 29,7	45 696,2 42,4	25 032,1 23,2	5 112,6 4,7	107 920 100
Лебяжинское	23 235,5 32,8	28 149,0 39,7	13 012,4 18,3	6 523,0 9,2	70 920 100
Сухая степь
Ракитовское	49 730,7 58,4	19 887,4 23,3	10 632,9 12,5	4 923,0 5,8	85 174 100
Степно-Михайловское	37 841,9 44,1	41 217,5 48,1	4 331,1 5,0	2 371,5 2,8	85 762 100
Озеро-Кузнецовское	116 474,5 63,7	46 155,8 25,2	11 527,4 6,3	8 839,2 4,8	182 997 100
Ключевское	54 189,5 70,9	17 658,4 23,1	1 382,6 1,8	3 189,4 4,2	76 420 100
Всего	343 078,3 36,1	318 243,8 33,5	181 691,4 19,2	106 629,5 11,2	949 643 100

Таблица 2. Распределение количества выделов (числитель, шт.) и площади сосняков (знаменатель, га) по происхождению и типам леса

Тип леса (ТЛУ)	Умеренно-засушливая степь		Засушливая степь		Сухая степь
	Естественные	Искусственные	Естественные	Искусственные	Естественные	Искусственные
СБП (А1)	3 730	1 032	6 448	920	27 931	9 540
	15 274,0	2 809,0	39 464,9	3 026,0	156 470,7	160 027,0
СВБ (А2)	20 135	2 493	11 812	1 963	24 557	6 544
	84 497	5 087,1	54 034,3	5 686,2	76 345,2	22 047,2
ТРБ (А3)	15 886	873	4 706	119	5 098	401
	56 101	1 223,5	18 189,6	254,7	11 988,1	942,0

А

Результаты и их обсуждение

Расположение большей части искусственных древостоев (79,1%) в юго-западной части ленточных боров, где наиболее жесткие климатические условия, может повлиять на результаты исследования (средние таксационные показатели искусственных древостоев могут быть занижены). В связи с этим целесообразно проанализировать ход роста сосновых древостоев по высоте и диаметру отдельно для сухой степи и совместно для умеренно-засушливой и засушливой степи. Древостои умеренно-засушливой и засушливой степи следует объединить в одну совокупность данных, чтобы соблюсти условия методики, приведенные выше: выборка должна состоять из нескольких сотен выделов и включать характеристику древостоев в возрасте от 10 до 80 лет.

На рис. 1 приведены кривые хода роста по высоте в типах леса СБП, СВБ и ТРБ. Характеристика уравнений хода роста сосняков по высоте представлена в табл. 3.

В условиях типа леса СБП искусственные сосняки превосходят по средней высоте естественные древостои до III класса возраста включительно, после чего начинают уступать им по этому показателю. Средняя высота искусственных древостоев, произрастающих в типах леса СВБ и ТРБ, больше, чем у естественных древостоев, до IV и V классов возраста соответственно.

Наибольшая средняя высота естественных и искусственных древостоев наблюдается в типе леса ТРБ, а наименьшая – в СБП. Средняя высота 100-летних естественных древостоев, произрастающих в типах леса СВБ и ТРБ, больше,

Б

В

Рис. 1. Ход роста по высоте естественных (Е) и искусственных (И) сосняков, произрастающих на территории умеренно-засушливой и засушливой степи (1), сухой степи (2) в условиях типов леса: А – СБП; Б – СВБ; В – ТРБ

Таблица 3. Характеристика уравнений хода роста сосновых древостоев по высоте

Тип леса Происхождение Значение коэффициента Коэффициент a b c детерминации Умеренно-засушливая и засушливая степь СБП Естественное 24,9 0,0312 2,79 0,872 Искусственное 19,3 0,0434 2,74 0,904 СВБ Естественное 27,6 0,0310 2,34 0,830 Искусственное 25,3 0,0337 2,03 0,905 ТРБ Естественное 29,0 0,0294 2,02 0,774 Искусственное 27,9 0,0389 2,43 0,928 Сухая степь СБП Естественное 22,4 0,0318 2,44 0,839 Искусственное 17,2 0,0435 2,42 0,883 СВБ Естественное 25,3 0,0297 2,04 0,803 Искусственное 22,4 0,0394 2,31 0,886 ТРБ Естественное 27,2 0,0316 2,32 0,768 Искусственное 24,9 0,0421 2,35 0,826 чем в типе леса СБП, в условиях засушливой и умеренно-засушливой степи – на 12,7 и 18,5%, а в условиях сухой степи – на 12,3 и 21,8% соответственно. Превышение средней высоты 80-летних искусственных древостоев, произрастающих в типах леса СВБ и ТРБ, над средней высотой в типе леса СБП составляет 14,7 и 21,1% для умеренно-засушливой и засушливой степи; 12,8 и 22,2% для сухой степи соответственно. Вероятно, это объясняется разным уровнем залегания грунтовых вод [9] и различиями в почвенных процессах [5, 6].

Как и предполагалось, средняя высота сосняков, произрастающих в одинаковых типах леса в пределах умеренно-засушливой и засушливой степи, больше, чем в сухой степи. В возрасте 100 лет разница в высоте естественных сосняков в условиях типа леса СБП составляет 8,4%; СВБ – 8,8% и ТРБ – 5,7%. Высота искусственных древостоев, произрастающих в разных климатических зонах региона, в возрасте 80 лет отличается на 15,0; 8,4; 9,2% в условиях типа леса СБП, СВБ и ТРБ соответственно.

Размах варьирования средних высот (Rh) естественных и искусственных древостоев в пределах типа леса СБП увеличивается от 5 м в I классе возраста до 15 м в V и более высоких классах возраста. Rh естественных древостоев, произрастающих в типе леса СВБ, увеличивается от 7 м в I классе возраста до 17 м в III и более высоких классах возраста. Для искусственных древостоев характерна несколько большая вариация средних высот в первых двух классах возраста. Rh естественных и искусственных древостоев типа леса ТРБ возрастает от 8 м в I классе возраста до 16 м в IV и более высоких классах возраста.

На рис. 2 приведены кривые хода роста по диаметру в типах леса СБП, СВБ и ТРБ. Характеристика уравнений хода роста сосняков по диаметру представлена в табл. 4.

В ходе роста сосновых древостоев по диаметру наблюдаются тенденции, схожие с ходом роста древостоев по высоте. В условиях типов леса СБП, СВБ и ТРБ искусственные сосняки превосходят по среднему диаметру естественные до III, IV и V класса возраста соответственно, после чего начинают уступать им по этому показателю. Эта закономерность подтверждается также исследованиями, базирующимися на данных пробных площадей [13].

В сухой степи средние диаметры 100-летних естественных сосновых древостоев, произрастающих в условиях типа леса СВБ и ТРБ, на 7,7 и 13,8% соответственно больше, чем в условиях СБП. В засушливой и умеренно-засушливой степи превышение несколько меньше: 3,8 и 10,9% соответственно. Диаметры 80-летних искусственных сосновых древостоев в типах леса СВБ и ТРБ больше, чем в древостоях, произрастающих в типе леса СБП: для сухой степи – на 23,8 и 52,2%, для умеренно-засушливой и засушливой степи – на 26,7 и 52,1% соответственно.

Разница в среднем диаметре древостоев, произрастающих в одном типе леса, но разных климатических зонах региона, составляет 8,0–10,7% для естественных 100-летних древостоев и 4,8–8,8% для искусственных 80-летних древостоев.

Размах варьирования средних диаметров (Rd) естественных древостоев, произрастающих в типах леса СБП, СВБ и ТРБ, увеличивается от 8 cм в I классе возраста до 42, 44 и 46 см в VIII, IX и VII классах возраста соответственно. Rd искусственных древостоев повышается от 10 см в I классе возраста до 24 см в IV классе. Для искусственных древостоев характерно большее варьирование средних диаметров в первых 2-х классах возраста.

На основании приведенных данных можно сделать вывод, что варьирование среднего диаметра древостоя в определенном классе возраста не может служить надежным показателем оценки лесорастительных условий. Наиболее вероятной причиной этого является значительное влияние режима выращивания насаждений [2].

Ход роста в высоту естественных сосновых древостоев, произрастающих в типе леса СБП, в I–II классах возраста соответствует IV классу бонитета, а затем – III классу бонитета. При этом у большей части естественных древостоев первых двух классов возраста средняя высота значительно варьирует и соответствует широкому диапазону классов бонитета – от I до V, в III–V классах возраста – от I до IV, а в более высоких классах – от II до IV.

Ход роста искусственных древостоев в типе леса СБП полностью соответствует III классу бонитета. Однако большая часть средних высот древостоев данного типа леса в I классе возраста значительно варьируется и соответствует широкому диапазону классов бонитета – от I до V, а во II–IV классах возраста – от I до IV класса бонитета.

Ход роста естественных сосняков, произрастающих в типе леса СВБ, в I–II классах возраста соответствует III классу бонитета, в старшем возрасте – II классу. Большая часть средних высот

Рис. 2. Ход роста по диаметру естественных (Е) и искусственных (И) сосняков, произрастающих на территории умеренно-засушливой и засушливой степи (1), сухой степи (2) в условиях типов леса: А – СБП; Б – СВБ; В – ТРБ

Таблица 4. Характеристика уравнений хода роста по диаметру сосновых древостоев

Тип леса Происхождение Значение коэффициента Коэффициент a b c детерминации Умеренно-засушливая и засушливая степь СБП Естественное 50,1 0,0157 2,19 0,800 Искусственное 19,1 0,0514 3,06 0,809 СВБ Естественное 63,1 0,0095 1,43 0,752 Искусственное 26,7 0,0314 1,76 0,812 ТРБ Естественное 86,7 0,0061 1,22 0,735 Искусственное 34,0 0,0275 1,78 0,850 Сухая степь СБП Естественное 57,0 0,0093 1,44 0,791 Искусственное 17,5 0,0526 2,77 0,780 СВБ Естественное 133,0 0,0027 1,03 0,778 Искусственное 22,4 0,0409 1,98 0,775 ТРБ Естественное 96,5 0,0048 1,15 0,754 Искусственное 28,4 0,0374 2,07 0,708 древостоев в пределах данного типа леса в условиях засушливой и умеренно-засушливой степи относится к I–III классам бонитета, а в условиях сухой степи – к I–IV классам (после 100 лет – от II до IV). Кривая хода роста искусственных древостоев в типе леса СВБ наиболее близка II классу бонитета. Средние высоты искусственных древостоев I–II классов возраста значительно варьируют и соответствуют очень широкому диапазону классов бонитета – от Iа до Vа, а в III и IV классах возраста – от Iа до III класса.

Ход роста естественных сосняков, произрастающих в типе леса ТРБ, в I–II классах возраста соответствует III классу бонитета; в III–IV классах возраста в условиях сухой степи – верхней границе II класса бонитета, в условиях умеренно-засушливой и засушливой степи – нижней границе I класса бонитета; в V классе возраста и выше – II классу бонитета. Большая часть древостоев, произрастающих в типе леса СВБ, по средней высоте соответствует I–III классам бонитета. По ходу роста искусственные древостои, произрастающие в типе леса ТРБ, в I классе возраста относятся ко II классу бонитета; во II–IV классах возраста в пределах умеренно-засушливой и засушливой степи – к I классу бонитета; в пределах сухой степи к середине IV класса возраста класс бонитета снижается с I до II. Средние высоты большей части искусственных древостоев, произрастающих в типе леса ТРБ, в I классе возраста соответствуют I–IV классам бонитета, в II–IV классах возраста – Iа–II классам.

Выводы

• 1)    Рост по диаметру и высоте естественных и искусственных сосновых древостоев, произрастающих в ленточных борах Алтайского края, снижается с ухудшением лесорастительных условий: в анализируемых типах леса наибольшая средняя высота естественных и искусственных древостоев наблюдается в типе леса ТРБ, а наименьшая – в СБП. При переходе от умеренно-засушливой и засушливой степи к сухой степи средние высоты и диметры древостоев, произрастающих в одинаковых типах леса, также снижаются.

• 2)    В условиях типов леса СБП, СВБ и ТРБ искусственные древостои превосходят естественные по среднему диаметру и высоте до III, IV и V классов возраста соответственно, однако затем начинают уступать им по этим показателям.

• 3)    Кривые хода роста естественных сосновых древостоев, произрастающих в типах леса СБП, СВБ и ТРБ, в большей степени соответствуют III, II и I классам бонитета соответственно, однако в I–II классах возраста – более низким классам бонитета (IV, III, II), что больше характерно для естественных древостоев, чем для искусственных.

• 3)    Размах варьирования средних высот естественных и искусственных древостоев в пределах рассматриваемых типов леса увеличивается от 5–8 м в I классе возраста до 15–17 м в III–V классах возраста, в зависимости от типа леса и климатической зоны. Наибольший размах варьирования наблюдается в типе леса СВБ, а наименьший – в СБП. Для искусственных древостоев характерно

несколько большее (на 1–2 м) варьирование средних высот в первых двух классах возраста.

• 4)    Размах варьирования средних диаметров рассматриваемых древостоев увеличивается от 8–10 cм в I классе возраста до 42–46 см в VII–IX классах возраста и мало зависит от происхождения древостоя и типа леса, в котором он произрастает. При этом в определенном классе возраста он не может служить надежным показателем оценки лесорастительных условий.

• 5)    Полученные данные можно взять за основу при разработке таблиц хода роста естественных и искусственных сосновых древостоев ЗападноСибирского подтаежно-лесостепного района лесостепной зоны Алтайского края по типам леса и климатическим зонам.