Возрастная структура сосновых древостоев в Алтае-Новосибирском районе лесостепей и ленточных боров

Возрастная структура и установленный возраст рубки в ленточных борах Алтайского края активно обсуждаются общественностью, учёными и властями регионального и федерального уровней. Поднимаются вопросы о пересмотре возраста рубки [1, 2] и замене выборочных рубок на постепенные [3, 4]. При этом существует мнение, что выборочные рубки в ленточных борах наилучшим образом соответствуют их разновозрастной однопородной структуре [5] и снижение относительной полноты менее 0,5 недопустимо [1, 6]. В связи с уникальностью и важностью ленточных боров для региона, а также отсутствием однозначных ответов на поднятые вопросы, изучение возрастной структуры сосновых древостоев является актуальным направлением исследований.

Цель исследования – анализ возрастной структуры и оценка точности таксации шести сосновых древостоев, произрастающих в условиях типов леса сухой бор пологих всхолмлений и свежий бор.

Объекты и методика исследований

Исследования проводили на территории Ракитовского лесничества Алтайского края в августе 2019 г. Объектом исследований стали сосновые древостои естественного происхождения, в которых были проведены или планировались добровольно-выборочные (ДВР) и группово-выборочные рубки (ГВР). Таксационная характеристика исследуемых древостоев по данным лесоустройства приведена в табл. 1. На момент исследования в четырёх насаждениях (ПП № 1, 2, 4, 6) рубка была уже проведена, а в двух насаждениях был осуществлен только отвод деревьев в рубку (ПП № 3, 5).

В отобранных сосняках закладывали пробные площади квадратной или прямоугольной формы площадью от 0,25 до 0,38 га, что позволило охватить необходимое количество деревьев основного элемента леса (не менее 150–200 шт.). В пределах пробной площади мерной вилкой проводили сплошной перечёт невырубленных деревьев. Учитывали деревья всех элементов леса диаметром 6 см и более и высотой не менее 1/4 высоты верхнего полога и более 4 м.

Диаметры вырубленных деревьев на высоте 1,3 м определяли при помощи уравнения зависимости диаметра на высоте 1,3 м от диаметра пня [7]. Для выявления данной зависимости были измерены диаметры 856 невырубленных деревьев на высоте 0,1–0,2 м (основание ствола) и 1,3 м. Полученное уравнение характеризуется коэффициентом детерминации 0,977 и имеет следующий вид:

d1,3 = 0,814dосн., где:

d1,3 – диаметр ствола на высоте 1,3 м;

dосн. – диаметр основания ствола на высоте 0,1–0,2 м.

В ходе исследования возрастной структуры древостоев деревья были распределены по следующим группам ступеней толщины: 8–12, 16–20, 24–28, 32–36, 40 см и более. Возраст деревьев определяли путем подсчета годичных колец на пнях вырубленных деревьев и кернах, отобранных с учётных и клеймёных деревьев. Учётные деревья отбирали случайным образом. В ходе исследования проведено 280 замеров возраста деревьев (не менее 5 для каждой группы ступеней толщины).

В связи с тем, что количество годичных колец на высоте пня (16,0 ± 1,0 см) и у кернов (20 см) не отражает действительный возраст дерева, так как не учитывается число лет, за которое дерево достигло данной высоты, к количеству годичных колец было прибавлено 7 лет. Именно такой средний возраст (7 ± 1 год) имеет мелкий подрост (высотой менее 0,5 м) под пологом исследуемых древостоев.

Высоты деревьев измеряли при помощи высотомера Suunto PM-5/1520 PC. При изучении высотной структуры древостоев деревья были распределены по следующим группам ступеней толщины: 8–12, 16–20, 24–28, 32 и более. Для каждой группы ступеней толщины были

Таблица 1. Таксационная характеристика выделов (по данным лесоустройства), подобранных для анализа возрастной структуры сосновых древостоев

№ ПП	№ квартала	№ выдела	Тип леса	Элементы леса	Средние		Запас, м3/га	Класс бонитета	Относительная полнота	Рубка
					высота, м	диаметр, см
1	113	5	СВБ	4С (130)	22	32	64	III	0,5	ГВР
				4С(95)	21	26	64
				2С(65)	17	16	32
2	111	14	СБП	9С (125)	23	28	234	III	0,7	ДВР
				1С (150)	23	36	36
3	92	6	СВБ	8С (130)	23	44	136	III	0,5	ГВР
				2С(75)	20	26	34
4	108	30	СБП	10С (130)	21	30	200	IV	0,6	ДВР
				+С (100)	-	-	-
5	111	24	СБП	10С (130)	23	30	220	III	0,6	ДВР
6	113	2	СВБ	5С (130)	23	36	115	III	0,7	ГВР
				3С(95)	22	24	69
				2С (65)	16	16	46

Тип леса: СВБ – свежий бор, СБП – сухой бор пологих всхолмлений.

рассчитаны средние значения высот. Всего было проведено 193 замера высот деревьев (не менее 5 для каждой группы ступеней толщины).

Результаты и обсуждение

В соответствии с действующими Правилами заготовки древесины [8], после проведения добровольно-выборочных и группово-выборочных рубок лесных насаждений полнота древостоя не должна быть ниже 0,5. Однако в лесничествах, на территории которых расположены ленточные боры Алтайского края, в соответствии с действующими лесохозяйственными регламентами [9], вступившими в силу с 1 января 2019 г., при проведении группово-выборочных рубок разрешается снижать полноту древостоев до 0,3.

На рисунке представлено распределение запаса древесины и количества деревьев в исследуемых древостоях по ступеням толщины до проведения в них выборочных рубок. Графики распределения запаса древесины по ступеням толщины древостоев, представленных одним возрастным поколением, имеют одну вершину, а древостои, состоящие из нескольких элементов леса, характеризуются графиками с двумя или тремя вершинами.

В древостоях типа леса свежий бор (ПП 1, 3, 6) наибольшее количество деревьев сосредоточено в ступенях толщины 8 и 12 см, тогда как в древостоях типа леса сухой бор пологих всхолмлений на ПП 2 и 5 (состав 10С и 9С1С) деревья довольно равномерно распределены по ступеням толщины от 8 до 32 см, а на ПП 4 (10С+С) наибольшее количество деревьев приходится на ступени толщины 24–28 см.

В табл. 2 приведено распределение учетных деревьев разного возраста по группам ступеней толщины. При этом размах вариации возраста деревьев в пределах одной группы ступеней толщины может быть от 10 до 164 лет, при среднем значении 40 лет, что, безусловно, затрудняет разделение деревьев на возрастные поколения.

Принятый в Ракитовском лесничестве возраст рубки для древостоев с преобладанием

Доля, %                                                Доля, %                                                Доля, %

ПП 1

8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 60 64 68

Количество деревьев        Запас древесины

ПП 3

ПП 5

Количество деревьев        Запас древесины

ПП 2

Ступень толщины

Количество деревьев

Запас древесины

ПП 4

Ступень толщины

Количество деревьев        Запас древесины

ПП 6

Распределение запаса древесины и количества деревьев на пробных площадях

Таблица 2. Распределение учетных деревьев разного возраста по группам ступеней толщины

Показатель	Группа ступеней	Возраст учетных деревьев, лет*
	толщины, см	ПП 1	ПП 2	ПП 3	ПП 4	ПП 5	ПП 6
Средний возраст	8–12	73±11	70±12	60±15	75±9	73±19	77±7
	16–20	106±12	102±10	71±11	95±8	104±14	94±10
	24–28	116±13	112±7	92±19	108±7	112±24	97±9
	32–36	129±12	120±4	88±6	109±5	125±3	118±6
	40 и более	162±45	120±22	98±7	112±4	133±6	134±9
Минимальный – максимальный возраст	8–12	46–101	54–101	49–79	65–86	59–96	66–91
	16–20	86–138	81–124	60–79	77–109	74–119	83–109
	24–28	97–131	88–131	68–106	94–122	68–129	78–131
	32–36	96–154	108–137	78–99	99–129	113–132	98–137
	40 и более	127–233	111–129	74–133	105–127	129–139	117–152
Размах вариации	8–12	55	47	30	21	37	25
	16–20	52	43	19	32	45	26
	24–28	34	43	38	28	61	53
	32–36	58	29	21	30	19	39
	40 и более	164	18	59	22	10	35
Средний возраст всех учетных деревьев		113±11	106±6	87±6	103±4	115±7	106±6
Минимальный– максимальный возраст		46–233	54–137	49–133	65–129	59–139	66–152
Размах вариации		187	83	84	64	80	86
Коэффициент вариации, %		31,7	20,3	20,0	13,9	18,6	21,0

*Доверительный интервал 95 %.

сосны обыкновенной III и более низких классов бонитета составляет 121–140 лет [10]. В рассматриваемых условиях деревья такого возраста могут иметь разные диаметры: как 40 см и более, так и 16–20 см. При этом деревья, относящиеся к группе ступеней толщины 40 см и более, могут иметь более низкий возраст. Например, на ПП 3 средний возраст учётных деревьев диаметром более 40 см составил всего 98 лет, хотя при таксации 2017 г. этот древостой был оценен как 130-летний сосняк с примесью 75-летних деревьев второго поколения, а при таксации 2011 г. – как 150-летний сосняк с аналогичным вторым поколением.

Максимальный зафиксированный нами возраст составляет 233 года. Пень данного дерева находился на ПП 1, он имел высоту 18 см и диаметр 50 см (на высоте 0,1 м).

По данным Л.Н. Грибанова [11], в условиях ленточных боров формируются в основном

2 типа сосновых насаждений: одновозрастные, простые по форме, возникшие на сплошных гарях и вырубках в благоприятные по увлажнению годы; группово-разновозрастные, сложные по форме древостои, состоящие из нескольких хорошо выраженных поколений леса, возникшие естественным путём в неблагоприятные по увлажнению годы [12]. Исследуемые древостои, вероятно, можно отнести ко второму типу в связи с их разновозрастностью [13]. Причинам и условиям возникновения разновозрастности сосновых древостоев в условиях ленточных боров следует посвятить отдельное исследование.

Коэффициенты вариации диаметров древостоев имеют следующие значения: ПП 1 – 57,2 %; ПП 2 – 44,0 %; ПП 3 – 60,3 %; ПП 4 – 35,6 %; ПП 5 – 47,1 %; ПП 6 – 46,7 %. В соответствии с классификацией типов возрастной структуры древостоев, предложенной сибирскими учёными [14]

и основанной на коэффициентах вариации возраста и диаметра древостоев, исследуемые древостои можно отнести к условно-разновозрастным (ПП 2, 3, 4, 5, 6) и разновозрастным (ПП 1).

В табл. 3 приведены данные о распределении средних высот учётных деревьев по группам ступеней толщины. Наибольший размах вариации высоты деревьев в пределах одной группы ступеней толщины (16–20 см) зафиксирован на ПП 4 – 14,5 м. В данном случае в одну группу ступеней толщины попало 87-летнее дерево с диаметром 16 см и высотой 12 м и 109-летнее дерево с диаметром 21 см и высотой 26,5 м.

В табл. 4 приведено распределение запаса древесины по группам ступеней толщины. Наибольшая доля запаса древостоев (от 38,9 до 78,0 %) приходится на группу ступеней толщины 32 см и более, наименьшая доля запаса (от 1,4 до 9,4 %) – на группу ступеней толщины 8–12 см.

Разницу в запасах древостоев по нашим данным и данным лесоустройства можно объяснить неравномерной относительной полнотой в пределах выдела. Данная характеристика выдела присвоена таксаторами всем рассматриваемым древостоям, кроме древостоя, произрастающего в выд. 5 кв. 113 (ПП 1).

Наименьший общий средний прирост [15] по высоте и запасу наблюдается у деревьев 8–12-сантиметровых ступеней толщины: 0,1–0,19 м и 0,07–0,39 м3/га соответственно. Наибольшим общим средним приростом по высоте и запасу характеризуются деревья толщиной 24 см и более: 0,16–0,30 м и 0,48–2,83 м3/га. На основании этого можно сделать вывод, что молодые деревья угнетаются более старшими материнскими деревьями.

В соответствии с Лесоустроительной инструкцией [16] выделение ярусов в лесных насаждениях проводится при следующих условиях: полнота каждого яруса должна быть не менее 0,3; разница в средних высотах ярусов должна составлять не менее 20 %; разновозрастные лесные насаждения, образующие один вертикально сомкнутый полог, в котором невозможно

Таблица 3. Распределение учетных деревьев разной высоты по группам ступеней толщины

Показатель	Группа ступеней	Высота учетных деревьев, м				*
	толщины,см	ПП 1	ПП 2	ПП 3	ПП 4	ПП 5	ПП 6
Средняя высота	8–12	11,0±1,8	11,5±3,0	11,5±2,8	10,5±2,9	9,4±1,8	13,0±2,7
	16–20	15,5±3,3	19,0±1,1	18,1±5,1	18,7±3,5	16,5±1,7	16,5±5,0
	24–28	22,9±1,8	21,2±1,4	20,8±4,1	23,5±1,3	18,5±2,2	22,3±1,9
	32 и более	23,2±1,7	22,3±2,8	27,8±1,0	23,8±2	23,6±1,0	22,5±3,0
Минимальная– максимальная высота	8–12	8,0–14,5	7,0–16,0	8,0–14,0	8,0–14,0	8,5–11,0	9,0–18,0
	16–20	10,0–19,0	17,0–20,5	12,0–23,0	12,0–26,5	13,0–18,0	10,0–20,0
	24–28	20,5–24,5	20,0–23,5	16,5–24,5	21,5–27,0	16,0–21,5	17,0–26,0
	32 и более	19,5–26,0	20,0–26,0	22,0–32,0	21,0–26,5	20,0–28,0	18,5–24,0
Размах вариации	8–12	6,5	9,0	6,0	6,0	2,5	9,0
	16–20	9,0	3,5	11,0	14,5	5,0	10,0
	24–28	4,0	3,5	8,0	5,5	5,5	9,0
	32 и более	6,5	6,0	10,0	5,5	8,0	5,5
Средняя высота всех учетных деревьев		17,7±2,2	18,1±2,0	23,8±2,0	19,5±2,0	19,9±1,7	18,9±1,9
Минимальная – максимальная высота		8,0–26,0	7,0–26,0	8,0–32,0	8,0–27,0	8,5–28,0	9,0–26,0
Размах вариации		18,0	19,0	24,0	19,0	19,5	17,0
Коэффициент вариации, %		33,4	26,7	27,2	30,1	25,9	27,1

*Доверительный интервал 95 %.

Таблица 4. Распределение запаса древесины по группам ступеней толщины

Группа ступеней толщины, см Запас древесины, м3/га / % ПП 1 ПП 2 ПП 3 ПП 4 ПП 5 ПП 6 8–12 15 11 9 5 9 30 6,7 4,3 2,7 1,4 2,8 9,4 16–20 28 48 21 33 42 67 12,5 18,7 6,2 9,5 13,1 21,0 24–28 58 98 44 118 98 92 25,9 38,1 13,1 33,9 30,6 28,8 32 и более 123 100 263 192 171 130 54,9 38,9 78,0 55,2 53,5 40,8 Итого 224 257 337 348 320 319 100 100 100 100 100 100 установить границы ярусов, таксируются по возрастным поколениям. В большей части исследуемых древостоев (ПП 1–4, 6) выделение второго яруса невозможно из-за недостаточной полноты нижнего полога. На ПП 5, где полнота и разница в высоте между верхним и нижним пологом позволяют выделить ярус, таксаторы этого не сделали, вероятно, по причине вертикальной сомкнутости.

Выводы

• 1.    Все исследуемые сосновые древостои являются одноярусными условно разновозрастными и разновозрастными.

• 2.    Древостои, для которых графики распределения запаса по ступеням толщины имеют 2 и более вершины, протаксированы как сосняки, состоящие из 2–3 возрастных поколений.

• 3.    В древостоях, произрастающих в условиях типа леса свежий бор, наибольшее количество деревьев сосредоточено в ступенях толщины

• 4.    По материалам лесоустройства на ПП 3 и 4 наблюдается завышение среднего возраста элементов леса, а на ПП 1 – занижение.

• 5.    На 5-ти из 6-ти пробных площадей зафиксирован значительно больший запас древесины (в 1,4–2 раза) по сравнению с данными лесоустройства, что объясняется неравномерной полнотой древостоев в пределах выдела.

• 6.    Средние высоты и диаметры сосновых древостоев, по данным материалов лесоустройства, характеризуются допустимыми (не более ±10 % по высоте и ±12 % по диаметру) отклонениями от наших данных.

• 7.    На основании полученных данных о средних возрастах и запасах исследуемых сосновых древостоев считаем, что формулы их составов следует скорректировать следующим образом: ПП 1 – 6С₍₁₂₀₎2С₍₁₆₀₎1С₍₁₀₅₎1С₍₇₀₎; ПП 2 – 10С₍₁₁₅₎ +С₍₇₀₎; ПП 3 – 9С₍₉₅₎1С₍₆₅₎; ПП 4 – 9С₍₁₁₀₎1С₍₈₅₎; ПП 5 – 10С₍₁₂₀₎ +С₍₇₅₎; ПП 6 – 5С₍₉₅₎ 4С₍₁₂₅₎1С₍₇₅₎.

8–12 см. В условиях типа леса сухой бор пологих всхолмлений распределение деревьев по ступеням толщины более равномерное.