На правах рукописи - Сибирский государственный

На правах рукописи
Игошин Виктор Николаевич
СТРОЕНИЕ И РОСТ КОЛОЧНЫХ ЛЕСОВ БАРАБИНСКОЙ ЛЕСОСТЕПИ
06.03.02 – Лесоустройство и лесная таксация
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата сельскохозяйственных наук
Красноярск – 2009
Работа выполнена на кафедре лесной таксации, лесоустройства и геодезии ГОУ
ВПО «Сибирский государственный технологический университет», г. Красноярск
Научный Руководитель:
доктор биологических наук, профессор
Валерий Васильевич Кузьмичёв
Официальные оппоненты:
доктор сельскохозяйственных наук, профессор
Владимир Алексеевич Соколов
кандидат сельскохозяйственных наук, доцент
Иван Иванович Красиков
Ведущая организация:
ГОУ ВПО «Уральский государственный
лесотехнический университет»
Защита состоится «17» декабря 2009г. в 1300 часов на заседании
диссертационного совета Д 212.253.03 в Сибирском государственном
технологическом университете по адресу: 660049, г. Красноярск, просп. Мира, 82.
Факс: (391)266-03-90; E-mail: forester24@mail.ru
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Сибирский
государственный технологический университет». Автореферат размещен на сайте
www.sibstu.kts.ru
Автореферат разослан «13» ноября 2009г.
Ученый секретарь
диссертационного совета
О.А. Барабанова
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Лесостепь обеспечивает оптимальные условия для
проживания человека и с давних пор относится к наиболее заселенным территориям.
В то же время нерациональное землепользование приводит к снижению плодородия
почв, вследствие развития дефляции и эрозионных процессов, и заметному
обеднению естественных ресурсов. В результате перед человеком поставлена
проблема исчезновения не только уникальной биологической системы, но и утраты
созданных ею черноземов как лучшего земельного ресурса биосферы (Банникова,
1998).
В Барабинской лесостепи, где леса растут в виде небольших рощиц – колков,
расширение площади пахотных угодий в период освоения целины, сопровождавшееся
сведением части лесов, вызвало ряд негативных последствий. Наблюдающееся
развитие аридизации климата приводит к остепнению, и даже – к опустыниванию
земель (Дитц, Шеметова, 2004). Поэтому необходима разработка мероприятий по
оптимизации природопользования на юге Западной Сибири с выделением
экологического каркаса территории, основой которого должна являться лесная
растительность (Стоящева, 2007). В связи с этим представляется настоятельно
необходимым изучение состояния колочных лесов, истории их изменений,
особенностей роста и продуктивности.
Цель и задачи исследования. Целью данной работы является изучение строения
и роста колочных лесов Барабинской лесостепи.
В процессе ее выполнения решались следующие задачи:
– Анализ связи объёмов стволов с основными таксационными признаками
деревьев и построение объемных таблиц.
– Изучение строения древостоев по толщине и связи высот и диаметров
– Построение таблиц хода роста березняков и осинников.
– Оценка биологической продуктивности колочных лесов.
Научная новизна.
– Выявлено, что стволы березы на изучаемой территории менее полнодревесны,
чем в таежных районах, и имеют больший процент объёма коры.
– Строение березняков отличается высокой изменчивостью, вследствие
антропогенной нарушенности, но значительная часть рядов распределения числа
стволов по толщине адекватно описывается функцией Вейбулла.
– Установлено, что условия роста колочных лесов Барабинской лесостепи
динамичны, и постепенно изменяются в лучшую сторону (запас и фитомасса
древостоев существенно увеличились)
– Предложен новый подход к изучению динамики таксационных показателей
колочных лесов, основанный на учете времени возникновения древостоев
– Текущий прирост по запасу в колочных березняках в среднем на 15% меньше,
чем во всеобщих таблицах текущего прироста березовых насаждений (Швиденко и
др., 2006).
Защищаемые положения.
– Установленные множественные взаимосвязи объёмов стволов берёзы и осины
с площадью сечения на высоте груди и объемом видового цилиндра применимы для
определения запаса древостоев.
– Средний диаметр и его среднеквадратическое отклонение позволяют
предсказывать с приемлемой точностью распределения числа стволов по диаметрам,
а средние высота и диаметр древостоя – значения высот по ступеням толщины.
– В колочных лесах Барабинской лесостепи за последнее столетие произошло
увеличение продуктивности насаждений. Если сравнить среднюю высоту древостоев
в 50 лет, то в 1897 г. она была равна 15 м, а в 2006 г. – 21 м.
– При подборе естественного ряда древостоев для изучения хода роста требуется
учитывать время их возникновения.
– За период наблюдений с 1897 по 2006 год в березняках со средним возрастом
50 лет общая надземная фитомасса увеличилась в 2,5 раза, что подтверждает
сделанное ранее предположение об улучшении условий роста колочных древостоев
на территории Барабинской лесостепи.
Практическая значимость работы.
– Получены уравнения связи объёмов стволов березы и осины от их высоты и
площади сечения на высоте груди, что дает возможность определять их без деления
древостоев по разрядам высот.
– Установлена связь параметров функции Вейбулла с таксационными
показателями древостоев, что позволяет аппроксимировать распределения числа
стволов по ступеням толщины.
– Получено прогнозное уравнение, позволяющее строить зависимости средних
высот от диаметров по ступеням толщины для всех сочетаний средних диаметров и
высот в древостоях разного возраста и полноты.
– Составлены таблицы хода роста для березовых и осиновых древостоев, и
проанализированы их сходство и различие с таблицами других авторов
– Разработаны таблицы текущего прироста березняков Барабинской лесостепи
Личный вклад автора. Автором обработаны материалы объёмом в 240 пробных
площадей, в том числе лично заложена 21 пробная площадь. Составлены электронные
базы данных на основе систематизации собранных материалов и выбраны наиболее
рациональные методы их обработки.
Апробация работы. По теме диссертации было опубликовано 6 статей, в том
числе одна - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ. Основные результаты и
положения диссертации были представлены и обсуждались на международных и
всероссийских научно-практических конференциях: 3-й международный интернетсеминар (Томск, 2007); "Лес-2008" - IX Международная научно-техническая
конференция (Брянск, 2008).
Обоснованность и достоверность материалов исследований. Достоверность
полученных результатов определяется следующими положениями:
– объём модельных деревьев определялся по секциям;
– средние показатели древостоев получены по данным непосредственных
обмеров пробных площадей за период 110 лет;
– охвачена вся изучаемая территория;
4
– использованы статистические методы обработки материалов, включающие
корреляционный и регрессионный анализ.
Объем и структура работы. Диссертация изложена на 157 страницах, состоит
из введения, пяти глав, заключения, списка литературы (из 185 наименований),
иллюстрирована 53 рисунками, содержит 18 таблиц.
ГЛАВА 1 ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ
В главе приведены границы района исследований, проанализированы природные
условия, а также представлена характеристика лесного фонда
В административном отношении Барабинская низменность находится на
территории Новосибирской и Омской областей. Площадь ее – около 117 тыс. кв. км.
Слегка всхолмленная равнина с повышениями («гривами»), чередующимися с
лощинами. Географически занимая междуречье Оби и Иртыша в среднем их течении,
Бараба представляет собой центральную часть Западно-Сибирской низменности,
простирающейся от Уральского хребта до р. Енисея. Северная ее граница Васюганское плато, южная же граница проводится условно примерно по широте
южного берега озера Чаны, где она совпадает с геоморфологической границей
Кулундинской впадины.
Лесостепной ландшафт Барабы отличается благоприятным сочетанием
богатейших лугов, колочных и парковых лесов с пышным травяным покровом и
обилием пресных озер (в том числе наиболее крупное – Чаны). Средняя температура
января – минус 19-20, июля – плюс 17-18, количество осадков колеблется от 275 до
400 мм в год. Основные типы растительности: березовые рощицы (колки), луговая
степь, сфагновые болота. Почвы большей частью черноземные.
Основной чертой лесного фонда изучаемой территории является то, что на долю
хвойных насаждений приходится всего 6% покрытых лесом земель, а оставшиеся 94%
занимают древостои мягколиственных пород (береза и осина). Распределение по
группам возраста в лиственных лесах также неравномерно. Основная их доля
приходится на средневозрастную (65%) группу возраста. Приспевающие, спелые и
перестойные представлены практически в равных долях – 14% и 16% соответственно.
Оставшиеся 5% земель, занятых мягколиственными породами, приходится на
молодняки.
ГЛАВА 2 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР МЕТОДОВ ИЗУЧЕНИЯ
ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ СТРОЕНИЯ И РОСТА ДРЕВОСТОЕВ
Анализируются работы отечественных и зарубежных исследователей,
посвященные изучению строения и роста древостоев (Тюрин, 1931; Третьяков,
Горский, Шульц, 1940; Анучин, 1959; Горский, 1962; Тамаркин, 1964; Саликов, 1976;
Никольский, 1970; Третьяков, Горский, Самойлович, 1952, 1965; Захаров, 1965;
Филиппов, Пирогов, Бокова, 1989; Загреев, Швиденко, 1988; Козловский, 1955, 1967;
Лебков, 1965; Warren, 1979; Bruchwald, 1994; Assmann, 1961 и др.). Общие вопросы по
методам изучения закономерностей строения и роста древостоев представлены очень
широко и разнообразно, а вот трудов, посвященных колочным лесам, недостаточно. К
тому же, время проведения основной массы исследований колков Барабы приурочено
к 1950-60 гг., что также свидетельствует об актуальности нашей работы.
5
В процессе работы был собран значительный объём материалов обмеров
пробных площадей с общей амплитудой времени проведения на них работ, равной
110 годам. В частности: 29 проб 1897 года, заложенные Н.А. Грибановым в
Подгородном лесничестве Омской области; 31 проба 1925 года – Б.Н. Тихомировым и
И.А. Тищенковым; 38 ПП 1960-61 года - В.В. Кузьмичевым в Подгородном и
Омском лесхозах Омской области (при этом на 6 ПП были повторные обмеры); 74 ПП
1964-1978, 27 ПП 2006 и 34 выдела уточненной таксации (ВУТ) 2005-2006 гг. таксаторами Новосибирского лесоустроительного предприятия; 21 ПП 2006 года –
нами в Краснозерском и Карасукском лесхозах Новосибирской области. Последние
были заложены в насаждениях с долей участия березы в составе не менее 8 единиц в
возрасте от 30 до 100 лет. Полевые работы в последние годы проводились согласно
ОСТ 56-69-83 «Площади пробные лесоустроительные. Метод закладки» (Загреев и
др., 1992).
ГЛАВА 3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЪЁМА ДЕРЕВЬЕВ И ЗАПАСА
ДРЕВОСТОЕВ
Исследования были начаты с поиска имеющихся нормативов (таблиц объёмов
стволов) для колочных лесов. Они были найдены только в трех работах: В.Я.
Полякова (1929), Н.В. Третьякова с соавторами (1940) и А.В. Прокудина (1986).
По завершении процесса поиска и устранения случайных ошибок в данных
обмеров модельных деревьев, пригодными к дальнейшему использованию в расчетах
признаны 1003 дерева берёзы и 291 - осины. Парные связи основных таксационных
показателей этих экземпляров соответствуют базовым статистическим требованиям.
При проведении регрессионного анализа стала очевидной неоднородность
(гетероскедастичность) данных, в то время как одной из предпосылок успешного
применения процедуры расчета МНК является условие гомоскедастичности. Поэтому
было принято решение, использовать взвешенный метод наименьших квадратов
(ВМНК). В этом случае результаты, полученные ВМНК, совпадают с оценками
метода максимального правдоподобия (Свалов, Дзебисашвили, 1981).
После выбора метода проводился поиск наиболее адекватного уравнения связи
объёма ствола с его таксационными показателями. Во второй главе в качестве
примера приведено 16 таких зависимостей. Их анализ показывает, что в основе
большинства из них лежат две основных характеристики дерева – высота и диаметр
на высоте груди. А как дополнительные переменные включены различного рода их
преобразования и комбинации. Таким образом, на начальном этапе анализа был
сформирован следующий список независимых переменных: A, H, D, G, AH, AD, DH,
D/H, GH, G/H, а так же логарифмы этих величин. Используя ВМНК, определили
параметры, оказывающие наибольшее влияние на объём ствола. В результате
уравнение объёма стволов приняло вид:
V  a  G  b  GH
где,
(1)
V – объём ствола, м3;
G – площадь сечения на высоте груди, м2;
H – высота дерева, м,
6
a, b – постоянные коэффициенты.
Полученная зависимость характеризуется высокой точностью описания
исходных данных: уточненный коэффициент детерминации равен 0,989; стандартная
ошибка уравнения – 10-5. Значения параметров уравнения приведены в таблице 1.
Таблица 1 – Параметры уравнения объёмов стволов березы
Переменная
Значение
коэффициента
Стандартная
ошибка
Коэффициент
Стьюдента
G
GH
1,0915
0,374
0,0832
0,0051
12,05
73,27
Уровень
вероятности,
%
менее 0,01
менее 0,01
На рисунке 1 представлен график остатков. Как можно заметить, отклонения не
превышают ± 25% и располагаются симметрично относительно оси абсцисс.
Описанная выше методика определения объёма стволов березы в колочных
лесах была применена к осинникам. Использовано уравнение (1). Коэффициент
детерминации полученной зависимости очень высок (0,993), а стандартная ошибка
равна 10-5. Коэффициенты уравнения и показатели их точности приведены в таблице
2.
Таблица 2 – Параметры уравнения объёмов стволов осины
Переменная
Значение
коэффициента а
Стандартная
ошибка
Коэффициент
Стьюдента
G
GH
0,375
0,424
0,185
0,0097
2,03
44,11
Уровень
вероятности,
%
4,4
менее 0,01
30
Отклонение, %
20
10
0
Y = -0,1616-0,0918*X
-10
-20
-30
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
Объём ствола, м3
Рисунок 1 – График остатков уравнения объёмов (1) для стволов березы
7
1,6
Сравнение полученных зависимостей с данными имеющихся в нашем
распоряжении нормативов показало, что они достаточно близки, но в большей
степени соответствуют данным В.М. Кричуна (1987) для березняков и осинников
Северного Казахстана. Объёмы стволов березы в лесостепи при равных значениях
высот и диаметров на 6% меньше, чем в южной тайге.
Дополнительно выявлены различия в процентном содержании коры между
данными обмеров модельных деревьев березы и материалами, представленными в
работах А.В. Тюрина (1940) (лесостепь) и И.А. Нахабцева (1989) (тайга). Разница
между изучаемыми степными и таёжными березняками составляет от 3 до 10%.
Вполне закономерно среднее положение занимают данные, взятые из объёмных
таблиц А.В. Тюрина (1940), так как они являются усредненными. Но и с ними
изучаемый показатель для колочных березняков имеет разницу в пределах 3-4%.
Такие отклонения неминуемо вызовут значительные ошибки в определении выхода
деловой древесины на лесосеках.
Вследствие вышесказанного, для определения объёмов стволов в березовых
насаждениях Барабинской лесостепи предлагается использовать представленное в
данной работе уравнение (1) с учетом изменения процента объёма коры по ступеням
толщины.
ГЛАВА 4 СТРОЕНИЕ ДРЕВОСТОЕВ
Опираясь на результаты изучения этого вопроса рядом авторов (Большев,
Смирнов, 1965; Свалов, 1981; Warren, 1979), в качестве тестовых были выбраны три
теоретических: логнормальное, Вейбулла и гамма - распределение.
Согласно методике определения пригодности вышеуказанных типов
распределений к описанию имеющихся закономерностей, указанной в работе С.Н.
Свалова (1981), для всех имеющихся опытных рядов распределения на пробных
площадях были рассчитаны четыре основных момента (среднее арифметическое
значение, стандартное отклонение, асимметрия, эксцесс) и коэффициент вариации. На
их основе рассчитаны параметры β1 и β2 (Большев, Смирнов, 1965) и нанесены на
номограмму С.Н. Свалова (1981), в результате чего был получен вывод о
предпочтительном использовании функции Вейбулла (2). Интегральная форма этой
функции приведена ниже:
F x   1  e
 b c
x
,
(2)
где
x  0;  ; b > 0; c>0.
Следует отметить, что исследуемый материал имеет довольно большое
разнообразие и однородностью не отличается. Гипотеза влияния географического
положения пробных площадей на особенности их строения не подтвердилась, и был
сделан вывод, что основной причиной появления этих различий стал антропогенный
фактор. Чтобы избавиться от этого недостатка, все имеющиеся распределения
разделили на три группы: а) близкие к равномерному распределению (не имеющие
четко выраженной вершины) – 18 пробных площадей (ПП), б) многовершинные
(затронутые случайными рубками) – 26 ПП; в) одновершинные (соответствующие
теоретическим распределениям) – 148 ПП. Дальнейшее изучение проводилось только
по последней группе. Данные проб Н.А. Грибанова были исключены из-за
8
значительных расхождений в методике перечета деревьев. Полученные внутри групп
связи четырех основных моментов распределения не противоречат общепринятой
теории.
Дополнительно были проверены парные связи параметров уравнения Вейбулла и
центральных моментов распределения. Зависимость коэффициента b2 от среднего
диаметра древостоя выражается как:
b2  c  D .
(3)
b3 можно получить по уравнению:
b3  c  D .

(4)
Значения параметров «с» представлены в таблице 2.
Таблица 2 – Параметры уравнений связи коэффициентов b2 и b3 с двумя
первыми центральными моментами распределения для березовых древостоев
№
Параметр Стандартная
уравнения
с
ошибка
3
4
1,031
1,052
0,0078
0,0137
Критерий
Стьюдента
df = 98
Уровень
вероятности,
%
132,3
76,8
менее 0,01
менее 0,01
Доверительный
интервал
нижняя
верхняя
граница
граница
1,016
1,047
1,025
1,079
Коэффициент b1 принимается равным величине ступени толщины. Зная эти
отношения, можно восстановить ряд распределения (в нормированном виде) для
различных по возрасту древостоев.
Nст
где
b
b3 1
 Dст  3




b  D 
  e  b2 
 Nобщ  b1  3     ст 

 b2    b2 

,
(5)
Nст – число стволов в ступени толщины Dст;
Nобщ – общее число стволов, шт/га;
b1, b2, b3 - коэффициенты уравнения.
Материалом для изучения зависимости высот от диаметров деревьев колочных
березняков стали данные обмеров более чем 1000 модельных и учетных деревьев на
260 пробных площадях. Количество обмеренных стволов на пробной площади
колеблется от 3 до 45. Временной промежуток закладки проб охватывает 110 лет.
Поэтому следует особенно отметить отличительную черту использованного в
исследовании материала – его объективность и репрезентативность.
Согласно методикам, представленным в работах A. Bruchwald, L. Wroblewski
(1994), а также Т. Rymer-Dudzińska (1994), зависимость между высотами и
диаметрами деревьев в рамках отдельной пробной площади определяли согласно
уравнению (5), предложенному M. Näslund (1929):
2
 d

h
  1,3
a

b

d


,
(6)
9
где
h – высота, м; d – диаметр, см; a, b – параметры уравнения.
Далее определяли связь параметра b уравнения (6) со средними высотами
пробных площадей с использованием степенного уравнения. Для получения
уравнения прогноза роста по высоте в рамках ряда распределения числа стволов по
ступеням толщины, найденную зависимость подставляли в уравнение (6). В функцию
также вводили показатели величин средних высот и диаметров древостоя. Средние
высоты и средневзвешенный диаметр корректировали на высоту измерения диаметра
и ступень толщины, соответственно.
В результате получено уравнение, позволяющее определять высоту ступени
толщины на основе данных средневзвешенного диаметра и высоты древостоя. Оно
приняло следующий вид:
hñ 
d 2  H  1,3
D  0,625  H
0 , 41
 D  d   H  1,3

2
 1,3
(7)
где hс – высота ступени толщины, м;
d – диаметр ступени толщины, см; D –
средневзвешенный диаметр, м; H – средняя высота, м.
Проверка унифицированного прогнозного уравнения проведена путем
сопоставления с данными пробных площадей разных возрастов. Для каждой кривой
на основе средних диаметров и высот представляемого ею древостоя по формуле (7)
определялись высоты в соответствующих ступенях толщины. Были рассмотрены
расчеты для отдельных объектов изучения в разном возрасте. На рисунке 2 приведен
в качестве примера график зависимости высоты от диаметра с данными расчетов
высот по ступеням толщины по уравнению (7) в разном возрасте. Как можно
заметить, крутизна линий изменения высот по ступеням толщины снижается с
увеличением возраста.
26
5
24
22
4
20
Высота, м
18
3
16
14
12
1
10
2
8
6
4
2
0
0
5
10
15
20
25
30
35
Диаметр, см
Рисунок 2 – Связь высот и диаметров древостоев (линия 1) с нанесенными
линиями изменения высоты по ступеням толщины в разном возрасте (2 – в 10 лет; 3 –
в 30 лет; 4 – в 50 лет; 5 – в 70 лет)
10
ГЛАВА 5 ХОД РОСТА БЕРЕЗНЯКОВ И ОСИННИКОВ
В процессе изучения особенностей роста колочных березняков были
проанализированы имеющиеся таблицы хода роста (ТХР) для насаждений со
сходными климатическими условиями, составленные В.К. Поповым (1975), А.Н.
Бобко (1969), В.И. Галиновским (1938), А.З. Швиденко и др. (2006), Т.Х
Токмурзиным.(1968), В.М. Кричуном (1987), а также таблицы текущего прироста по
запасу В.Д. Волкова (1968, 1969), А.Н. Бобко (1968), В.В. Загреева и др. (1992), А.З.
Швиденко и др. (2006). Все использованные таблицы хода роста колочных березняков
также перечислены в пункте 3.5 диссертации при их сравнении по зависимости
видовых высот от средних высот древостоев. При исследовании хода роста
осинников мы опирались на таблицы, составленные А.З. Швиденко и др. (2006), а
также ТХР сомкнутых осиновых древостоев Северного Казахстана В.М. Кричуна
(1987).
Проведено сравнение имеющихся таблиц хода роста и бонитетных шкал по
функции Мичерлиха. Известно, что вышеуказанная функция имеет S-образную
форму, а значит, и одну точку перегиба. Её положение на графике роста в высоту
показывают критерии tm (возраст (время) точки перегиба) и hm (достигнутая высота к
возрасту tm).
tm 
ln b3 
b2
(8)
hm  b1  1  1 
b3 

(9)
где
b1, b2, b3 - параметры функции Мичерлиха.
Если сравнить величины параметров таблиц хода роста и бонитетных шкал, то к
шкале Орлова можно отнести только ТХР В.К. Попова (1975), а остальные таблицы,
скорее – к шкале ВНИИЛМ. Кроме того, сопоставляя время перегиба и высоту в этом
возрасте, можно сказать следующее:
– для порослевых древостоев характерно более раннее наступление периода
ускоренного роста, и точка перегиба в этом случае приближается к началу координат
(как правило, для древостоев на минеральных почвах это происходит в возрасте 1-3
года);
– бонитетная шкала Орлова в большей степени подходит для описания
производительности порослевых насаждений, нежели аналогичный норматив
ВНИИЛМ;
– из двух первых пунктов следует, что большинство проанализированных ТХР,
за исключением таблиц, разработанных В.К. Поповым (1975), описывают динамику
таксационных показателей древостоев семенного происхождения, либо смешанного, с
переходом к семенному в более низких классах бонитета.
Далее были проанализированы материалы стандартных таблиц и таблиц хода
роста колочных березняков. В результате сделан вывод о том, что данные ТХР А.З.
Швиденко и др. (2006), А.Н. Бобко (1969) и стандартной таблицы ЦНИИЛХ
практически совпадают, а древостои В.М. Кричуна имеют более высокие значения
11
сумм площадей сечений при одинаковых высотах. Поэтому за норматив полноты 1,0
для березняков были приняты данные, приведенные в ТХР А.Н. Бобко (1969).
Для древостоев осины проведено сравнение сумм площадей сечений в
зависимости от средних высот по таблицам А.З. Швиденко и др. (2006); В.М. Кричуна
(1987) и стандартной таблицы ЦНИИЛХ. По нашему мнению, за полноту 1,0 для
осиновых древостоев следует принять данные, приведенные в ТХР В.М. Кричуна
(1987).
Затем было проверено предположение об изменении условий роста колочных
лесов, так как большинство имеющихся ТХР составлено путем замены изучения
изменений древостоев во времени анализом их изменений в пространстве. Подбор
древостоев так называемого «естественного ряда» основан на предположении, что
молодые древостои повторяют рост более старых. Такой вариант возможен при
постоянстве условий внешней среды, но это допущение противоречит
действительности. Поэтому нами были собраны материалы для сравнения ТХР,
составленных по стандартной методике, на основании обмеров пробных площадей
(ПП), заложенных в разные годы в порослевых березняках лесостепи Барабинской
низменности.
В.Я. Поляков (1929) опубликовал ТХР колочных березняков, составленные по
материалам обмеров 35 ПП, проведенных в 1924 году в Подгородном лесхозе
Омской области. Он использовал метод графического выравнивания значений
средних таксационных показателей в зависимости от возраста в диапазоне от 20 до 80
лет.
В.В. Кузьмичев (1963) составил ТХР порослевых нормальных насаждений
березняка костяничника для древостоев в возрасте от 10 до 70 лет по материалам
обмеров в 1960-61 годы 38 ПП в Подгородном и Омском лесхозах Омской области
(при этом на 6 ПП были повторные обмеры). Выравнивание значений таксационных
показателей древостоев проводилось по методике ЦНИИЛХ (Курбатский, 1937) с
использованием уравнений прямой линии.
В 2005-2006 г.г. по материалам 18 ПП, заложенных нами в Краснозерском
лесхозе, 10 ПП в этом же и 9 ПП - в Карасукском лесхозе Новосибирской области таксаторами Новосибирского предприятия, была составлена ТХР методом
аналитического выравнивания по связи с возрастом средних высот, диаметров, числа
стволов и запасов на 1 га. Пробные площади были заложены в насаждениях с долей
участия березы в составе не менее 8 единиц в возрасте от 30 до 100 лет.
В итоге получилось, что в одинаковом возрасте средняя высота сравниваемых
древостоев постепенно увеличивается. Так, в 60 лет древостои в 1924 году имели
среднюю высоту 17,8 м, в 1961 – 19,5 м, в 2006 – 21,4 м. Ни одна из статических
кривых, полученных по результатам обмеров древостоев в отдельные годы, не
отражает фактической динамики средних высот древостоев. Рост их происходит
быстрее по сравнению с показателями изменений высот в прежних ТХР. Если
нанести фактическую линию хода роста на трехмерный график (рисунок 3), то она
пройдет по диагонали от начала координат в сторону увеличения возраста и года
возникновения насаждения.
В соответствии с этим выводом по материалам пробных площадей были
подобраны три группы данных, различающиеся средним годом появления древостоев
12
(1895, 1923, 1951 гг.). В результате, используя аналитический метод, мы составили
три таблицы хода роста березняков, для которых проведено сравнение основных
таксационных показателей (примеры на рисунках 4, 5).
25
20
15
10
5
Рисунок 3 - Зависимость средних высот березовых древостоев от их возраста и
года возникновения
Стоит отметить, что разница высот в 60 лет между древостоями, возникшими в
пятидесятых годах ХХ века и в девяностых ХIХ, составляет 3 м, то есть отклонение
составляет 14% от максимальной высоты. В то же время, если судить с этой точки
зрения об изменениях в динамике числа стволов, то этот показатель для древостоев,
возникших позже, в 60 лет на 53% ниже. А это говорит о том, что процессы
изреживания в настоящее время идут быстрее. Как следствие роста в более свободном
состоянии, в них наблюдается более интенсивный рост по диаметру (разница с 1895 г.
- 23%). Сочетание увеличения приростов по высоте и диаметру перекрывает влияние
снижения числа стволов и в итоге прослеживается увеличение запасов насаждений с
приближением времени их возникновения к настоящему (разница с 1895 г. - 24%).
В связи с меньшим количеством материалов по осинникам, таблица хода роста
по ним была составлена на основе данных пробных площадей, заложенных в
последние десятилетие. Коэффициент детерминации для аппроксимирующих
функций колебался в пределах от 0,72 до 0,92.
13
24
2
1
22
3
20
18
Высота, м
16
14
12
10
8
6
4
2
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Возраст, лет
Рисунок 4 – Динамика высот древостоев, возникших в среднем: 1 – в 1895 г.; 2 –
в 1923 г.; 3 – в 1951 г.
Число стволов, тыс.шт/га
6,0
5,0
4,0
3,0
2,0
1,0
1
0,0
0
10
20
30
40
50
60
3
2
70
80
90
100
Возраст, лет
Рисунок 5 – Динамика количества стволов в древостоях, возникших в среднем: 1
– в 1895 г.; 2 – в 1923 г.; 3 – в 1951 г.
Представляет интерес сравнение березовых и осиновых древостоев на предмет
сходства и различий в динамике их таксационных показателей. В целях облегчения
восприятия, в таблице 4 приведены значения интересующих нас параметров для 60летних осинников и березняков. Отклонения высот и диаметров незначительны (4,5%
и 3,9% соответственно). В то же время, число стволов в осинниках выше на 33%, что,
14
естественно, сказывается на запасе (он в них также выше, чем в березняках, на 26%).
По динамике высот осинники отстают в росте на всем временном промежутке, но по
запасу – лидируют. Опережая на начальных этапах березняки в ходе роста по
диаметру, после 30 лет они отстают от них. Обратная картина наблюдается при
анализе динамики числа стволов – изреживание в осинниках идет с меньшей
интенсивностью, и даже при наличии в молодняках меньшего числа стволов, после 20
лет в них остается большее число деревьев.
Таблица 4 – Сравнение значений высоты, диаметра, числа стволов и запаса в
возрасте 60 лет для березовых и осиновых древостоев
Порода
Таксационный показатель
Отклонение, %
берёза
осина
Высота, м
22,1
21,1
4,5
Диаметр, см
25,7
24,7
3,9
Число столов, тыс. шт./га
0,484
0,645
-33,3
3
Запас, м
234,0
296,0
-26,5
Сравнение имеющихся таблиц хода роста осинников показывает их
значительную согласованность и подтверждает возможность составления
обобщенных ТХР, что и реализовано в работе А.З. Швиденко с соавторами (2006).
Как отмечалось выше, для исследования текущего прироста по запасу были
использованы таблицы В.Д. Волкова (1968, 1969) и А.Н. Бобко (1968). После
сравнения этих нормативов стало очевидным, что линия, построенная по данным
А.Н. Бобко (1968), более соответствует теории E. Assmann (1961). В то же время,
если сравнить все те же таблицы текущего прироста А.Н. Бобко (1968) и его же
таблицы хода роста (Бобко, 1969), то оказывается, что в ТХР линия текущего
прироста соответствует теоретической, но отличается от линии из таблицы текущего
прироста, так как график текущего прироста должен проходить через начало
координат.
Построена таблица текущего прироста для колочных березняков Барабы с
учетом связи полноты древостоев и относительных величин прироста,
представленных в таблицах А.Н. Бобко (1968). На рисунке 6 графически показана
зависимость, заложенная в разработанную таблицу.
Из анализа рисунка 5 напрашивается следующий вывод: величина текущего
прироста в большей мере зависит от полноты древостоя, нежели от его возраста.
Кроме того, если сравнить полученные нами результаты с данными А.З. Швиденко и
др. (2006), то в таблице этих авторов значения прироста выше, в среднем, на 15%.
При составлении таблицы биологической продуктивности для исследуемой
группы насаждений, были проанализированы данные нормативов, составленных
В.М. Кричуном и В.А. Усольцевым (1987), В.А. Усольцевым (2001, 2002) и А.З.
Швиденко и др. (2006). В результате за основу были приняты данные В.А. Усольцева
(2001, 2002). Оценка полученных результатов показала, что с 1897 года по 2006 в
насаждениях со средним возрастом 50 лет общая надземная фитомасса увеличилась в
2,5 раза, что подтверждает сделанные ранее выводы об улучшении условий роста
колочных древостоев на территории Барабинской лесостепи.
15
7
6
5
4
3
2
1
Рисунок 6 – Связь величины текущего прироста колочных березняков с
возрастом и относительной полнотой
В процессе изучения динамики строения и товарности колочных древостоев в
связи с тем, что лишь в немногих из имеющихся пробных площадей были данные о
сортиментной структуре, возникла необходимость их поиска в дополнительных
источниках. Наиболее близкими оказались сортиментные таблицы, разработанные
для таксации березняков Северного Казахстана (Кричун, 1987). В этом же
справочнике приводятся ряды распределения числа стволов по толщине в колочных
березняках. В результате проделанной работы были сделаны следующие выводы:
– Процент выхода деловой древесины в колочных березняках меняется от 42 до
63%, увеличиваясь с возрастом древостоев.
– Возраст технической спелости на крупную и среднюю древесину наступает в
50-55 лет, а на всю деловую – в 40-45 лет.
– Сортиментная структура колочных березняков изменяется в лучшую сторону.
16
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
1 Из 13 сочетаний трансформированных и комбинированных переменных
наиболее надежное определение объёма ствола обеспечивается использованием его
аддитивной зависимости от площади сечения на высоте груди (G) и объёма видового
цилиндра (GH). В этом случае коэффициент детерминации равен 0,989, а стандартная
ошибка уравнения – 10-5.
2 Несмотря на значительную изменчивость в строении колочных березняков,
связанную с их антропогенной нарушенностью, большая часть распределений числа
стволов по толщине адекватно описывается функцией Вейбулла. Полученные связи
параметров этой функции с двумя первыми моментами распределения позволяют
получать значения числа стволов по ступеням толщины при любых сочетаниях
возраста и среднего диаметра древостоя. Выведено прогнозное уравнение,
позволяющее строить кривые зависимости средних высот от диаметров по ступеням
толщины для всех сочетаний средних диаметров и высот в древостоях разного
возраста и полноты, произрастающих в различных условиях.
3 Выявлено, что условия роста колочных лесов на исследуемом промежутке
времени с 1897 по 2006 гг., кроме значительных погодичных колебаний из-за
особенностей климата, имеют тенденцию к улучшению. Поэтому сделано заключение
о том, что при составлении таблиц хода роста необходимо учитывать время
возникновения насаждения. Динамика высот в составленных таблицах хода роста на
начальных этапах близка к линии I-ого класса бонитета по шкале М.М. Орлова, но
после 40-50 лет она приближается к значениям высот II-ого бонитета. Получены
согласованные формулы для определения объёмов стволов и запасов древостоев,
основанные на общей зависимости их видовых высот от средних высот. Составлены
таблицы текущего прироста.
4 Изменения условий роста наглядно иллюстрируются динамикой накопления
надземной фитомассы за наблюдаемый отрезок времени. Если сравнить данные 1897
года, то в настоящее время (2006 г.) запасы фитомассы стали в 2,5 раза выше.
17
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ
1 Игошин, В.Н. Анализ динамики средних высот порослевых березняков лесостепи
за период с 1897 по 2006 гг. [текст] / В.Н. Игошин, В.В. Кузьмичев // Лесная
таксация и лесоустройство.- 2008.- С. 37-38
2 Игошин В.Н. Анализ роста порослевых березняков лесостепи / В.Н. Игошин,
В.В. Кузьмичев // Лесное хозяйство и зеленое строительство в Западной Сибири.
Материалы III-го междуародного интернет семинара.- Томск: ТГУ, 2007.- С. 138141
3 Игошин, В.Н. Рост порослевых березняков в Барабинской лесостепи [текст] / В.Н.
Игошин, В.В. Кузьмичев // Хвойные бореальной зоны.- 2008.- № 1-2 .- С.147-149
4 Игошин, В.Н. Форма стволов березы в Барабинской лесостепи [текст] / В.Н.
Игошин, В.В. Кузьмичев // "Лес-2008" IX Международная научно-техническая
конференция.- Брянск, 2008.- С. 35-37
5 Игошин, В.Н. Динамика сортиментной структуры колочных березняков
Барабинской лесостепи / В.Н. Игошин, В.В. Кузьмичев // Ботанические
исследования в Сибири.Выпуск 16.- Красноярск, 2008. С.36-38
6 Игошин, В.Н. Сравнительная оценка зависимости высоты от диаметра в сосновых
и березовых древостоях лесостепи [текст] / В.Н. Игошин, А.Г. Неповинных //
Лесная таксация и лесоустройство.- 2008.- С. 38-41
18
Отзывы на автореферат в 2-х экземплярах, заверенные печатью учреждения,
просим направлять по адресу: 660049, г. Красноярск, проспект Мира, 82, учёному
секретарю диссертационного совета.
Сдано в производство 11.11.2009.
Формат 60х84 1/16. Усл. печ. л. 0,00.
Изд. № 0-000. Заказ № 0000. Тираж 140 экз.
Редакционно-издательский центр СибГТУ
660049, г. Красноярск, пр. Мира, 82