ОЦЕНКА ЗАПАСА СУХОСТОЯ В СОСНОВЫХ НАСАЖДЕНИЯХ ПОДТАЁЖНО-ЛЕСОСТЕПНОГО РАЙОНА СРЕДНЕЙ СИБИРИ
ОЦЕНКА ЗАПАСА СУХОСТОЯ В СОСНОВЫХ НАСАЖДЕНИЯХ ПОДТАЁЖНО-ЛЕСОСТЕПНОГО РАЙОНА СРЕДНЕЙ СИБИРИ
Аннотация
Цель исследования – определение запасов и потенциального для эмиссии углерода сухостоя в высокополнотных сосняках подтаёжно-лесостепного района Средней Сибири. Проблема оценки запасов мертвой древесины имеет важное значение для определения эмиссии углерода и изучения процессов круговорота веществ в лесных экосистемах. Разряды высот деревьев сухостоя оказались на один разряд ниже, чем высоты растущей части насаждения и менялись от IV до VII разряда. В выделах со значительным запасом древесины (517-643 м3/га) объём детрита больше чем в менее продуктивных участках (33,6-73,5 м3/га). При этом в менее производительных сосняках (235-393 м3/га) также может наблюдаться значительная величина сухостоя (29,3-34,4 м3/га), что является следствием патогенного состояния отдельных участков (усыхание деревьев вследствие воздействия корневой губки). Доля сухостоя не превысила в сосняках 13% от общего запаса древостоя. Масса детрита сухостоя менялась от 6 до 23,2 т/га. Запас углерода сухостоя варьировал от 3 до 11,6 тС/га. При этом возраст и тип леса не оказывают значительного влияния на количество сухостоя.
1. Введение
Сухостой — это засохшие на корню деревья. Могут быть представлены в виде одиночных деревьев или групп, бывают случаи усыхания целых лесных массивов .
Причины усыхания древостоя различны: возраст растений — естественная старость, засуха, понижение уровня грунтовых вод, морозы, переувлажнение, солнечные ожоги, пожары, уплотнение почвы из-за неправильного выпаса скота в лесу, распространение вредных насекомых и грибковых заболеваний.
Проблема оценки запасов мертвой древесины имеет важное значение для определения эмиссии углерода и изучения процессов круговорота веществ в лесных экосистемах.
В.Г. Стороженко, изучая понятие «древесный отпад», предлагает считать его компонентом биоценоза под названием «мортценоз». Автор обосновывает данный термин наличием морфологической структуры, экологического и функционального строения применительно к текущему древесному отпаду, валежу и корневому слою . В другой публикации учёный указывает на то, что дебрис (крупные древесные остатки) по структурным характеристикам можно разделить на текущий древесный отпад и валеж, а средние их показатели являются типичными для коренных лесных сообществ .
В результате воздействия как природных, так и антропогенных факторов увеличиваются запасы крупного детрита , , , .
Деревья сухостоя помимо поддержания биоразнообразия выполняют важную функцию визуализации восприятия среды обитания .
Цель исследования — определение запасов и потенциального для эмиссии углерода сухостоя в высокополнотных сосняках подтаёжно-лесостепного района Средней Сибири.
2. Методы и принципы исследования
В сосновых древостоях учебно-опытного лесхоза СибГУ спелые и перестойные насаждения составляют 69,3% от занимаемой территории, молодняки — 7,5%, средневозрастные — 12,6%, приспевающие — 10,6%.
Средний возраст лесообразующих пород сосны значительно превышает среднее значение оптимального возраста (половина возраста рубки) и составляет соответственно 138 и 172 года, что свидетельствует о преобладании по данным лесообразующим породам спелых и перестойных насаждений.
Сбор данных крупного детрита производился в 9 модельных лесных участках. В каждом выделе закладывалось по три круговые площадки с радиусом 13,75 м (S = 594,0344 м2). Пробные участки располагались равномерно по всей площади выдела. Данные включали в себя: номер дерева, категорию мёртвой древесины (сухостой, валеж, пни), диаметры и высоты.
Пример дерева-сухостоя (Караульное участковое лесничество учебно-опытного лесхоза СибГУ) представлен на рисунке 1.
Рисунок 1 - Фотография дерева-сухостоя, последствие воздействия корневой губки
Примечание: квартал 48, выдел 13
Таблица 1 - Пример исходной и расчётной ведомости оценки объема сухостойных деревьев
Номер дерева, порода | Категория мертвой древесины | Класс разложения | Диаметр, см | Длина валежа / высота сухостоя, м | Объем, м3 |
К48 В13 | |||||
C10 | C | 2 | 23,2 | 17 | 0,415 |
C11 | C | 2 | 21,9 | 20 | 0,269 |
C22 | C | 4 | 12,3 | 15 | 0,077 |
… | … | … | … | … | … |
С8 | С | 5 | 16,7 | 15 | 0,157 |
С11 | С | 3 | 28,6 | 27 | 0,594 |
Итого | - | - | - | - | 5,217 |
На 1 га | - | - | - | - | 29,279 |
После расчётов установлено, что его запас по отдельным участкам варьировал от 18,95 до 73,45 м3/га.
Оценка запаса сухостоя выполнялась на основании «Методики определения запасов и массы древесного детрита на основе данных лесоустройства» .
Для определения массы детрита применяли базисную плотность древесины – р, показатель степени разложения мёртвой древесины, который вычисляется по формуле:
где
Ma.c. — масса древесины в абсолютно сухом состоянии, т/га;
V – объем древесины, м3/га.
Масса детрита определяли по формуле:
где
М – масса детрита, т/га;
Мd – запас детрита, м3/га;
p – базисная плотность.
Значения базисной плотности по главной породе (сосна) взяты из справочного материала по детриту . Так, базисная плотность (р) хвойной породы (сосна) для сухостоя и пней составляет 0,316. Для перевода массы детрита в запас углерода мёртвой древесины использовали конверсионный коэффициент (0,5).
3. Основные результаты и их обсуждение
Для определения зависимости высоты и диаметра, растущих и усыхающих деревьев на каждой круговой площадке проведены замеры этих показателей в количестве 10-11 штук. Данные отдельных площадок (3 площадки) объединены и построены кривые высот. На рисунках 2 и 3 представлены диаграммы связи высот и диаметров этих деревьев (на примере 2-х лесных участков).
Диаграммы по всем участкам показали, что высота и диаметр растущих и усыхающих деревьев практически не отличаются друг от друга, что позволяет объединить эти группы, тем самым формируя представление о связи высот и диаметров этих групп.
Разряды высот деревьев сухостоя оказались на один разряд ниже, чем высоты растущей части насаждения и менялись от IV до VII разряда (рисунки 2,3).
Необходимо отметить, что различие в форме связей (нелинейная и линейная) в некоторых древостоях обусловлено, возможно, воздействием лесохозяйственных мероприятий (рубок ухода), когда удалялись деревья нижних ярусов и, соответственно, тонкомерная часть древостоя. При этом вариация высот сохранилась, что и вызвало разницу в коэффициентах детерминации.
Рисунок 2 - Диаграмма связи высот и диаметров деревьев В48К13
Примечание: В - номер выдела; К - номер квартала
Рисунок 3 - Диаграмма связи высот и диаметров деревьев В49К2
Примечание: В - номер выдела; К - номер квартала
Одной из причин формирования крупного детрита (сухостоя) являются ветровые воздействия. По мнению одних исследователей ветер оказывает влияние на накопление биомассы и углерода . Другие учёные считают, что интенсивная циркуляция воздуха не меняет скорость накопления надземной биомассы .
Таким образом, причиной формирования детрита сухостоя является совокупность факторов как экзогенных, так и эндогенных.
В высокополнотных сосняках это может быть как следствием значительных запасов растущего леса, а значит повышенной конкуренцией и, следовательно, отпадом; так и патогенным состоянием отдельных участков (очаговые заболевания корневой губкой, лесные участки 49/31, 48/13, 49/24).
В тропических лесах отсутствие количественных оценок углерода крупного детрита приводит к недооценке углеродного баланса лесных экосистем и их потенциала для смягчения последствий изменения климата .
Для обобщения полученных результатов данные сухостоя представлены в таблице 2 и рисунке 4.
Анализ показал, что в выделах со значительным запасом древесины (517-643 м3/га) объём детрита больше чем в менее продуктивных участках (33,6-73,5 м3/га). При этом в менее производительных выделах (235-393 м3/га) также может наблюдаться значительная величина сухостоя (29,3-34,4 м3/га), что является следствием патогенного состояния участков. Сравнение с данными нормативных таблиц
, отражающих текущий отпад в сосняках сходных условий местопроизрастания (I-II классы бонитета) и возраста (105-170 лет) показал следующее. В год по данным нормативов сосняки продуцируют 1,5-3,7 м3*га-1*год-1. Учитывая наблюдения Е. Г. Комина , который констатирует, что деревья сосны могут не вываливаться после отмирания 20-30 лет, получаем вполне сопоставимые данные.Доля сухостоя не превысила в сосняках 13% от общего запаса древостоя (таблица 2, рисунок 4).
Результаты расчетов массы и запаса углерода мертвой древесины представлены в таблице 3. Можно констатировать, что масса детрита сухостоя менялась от 6 до 23,2 т/га. Запас углерода сухостоя варьировал от 3 до 11,6 тС/га. При этом возраст и тип леса не оказывают значительного влияния на количество сухостоя (таблица 3).
Доля крупного детрита в запасе надземной биомассы широколиственных лесов менялась от 4,0 до 7,9% , что сопоставимо с нашими данными для сосняков бореальной зоны.
Таблица 2 - Соотношение запасов растущей древесины и сухостоя
Квартал / выдел | Запас растущего леса, м3/га | Запас сухостоя, м3/га | Запас сухостоя, % |
48/13 | 235 | 29,3 | 12,5 |
49/2 | 393 | 34,4 | 8,7 |
49/4 | 425 | 22,6 | 5,3 |
49/7 | 419 | 23,4 | 5,6 |
49/9 | 282 | 19,0 | 6,7 |
49/12 | 517 | 33,6 | 6,5 |
49/24 | 570 | 49,5 | 8,7 |
49/28 | 525 | 44,2 | 8,4 |
49/31 | 643 | 73,5 | 11,4 |
Рисунок 4 - Соотношение запасов растущей (древостой) и сухостойной части сосняков (сухостой)
Таблица 3 - Оценка массы и запаса углерода сухостоя
Квартал / выдел | Тип леса | Возраст, лет | Масса детрита сухостоя, т/га | Запас углерода сухостоя, тС/га |
48/13 | С спос | 105 | 9,3 | 4,6 |
49/2 | С спос | 130 | 10,9 | 5,4 |
49/4 | С спос | 150 | 7,1 | 3,6 |
49/7 | С осрт | 130 | 7,4 | 3,7 |
49/9 | С осрт | 170 | 6,0 | 3,0 |
49/12 | С осрт | 140 | 10,6 | 5,3 |
49/24 | С осрт | 105 | 15,6 | 7,8 |
49/28 | С прос | 130 | 14,0 | 7,0 |
49/31 | С осрт | 130 | 23,2 | 11,6 |
4. Заключение
В результате проведенных исследований получен ряд выводов применительно к высокополнотным сосновым насаждениям подтаёжно-лесостепной зоне Средней Сибири.
- Разряды высот сухостоя, оказались на один разряд ниже, чем высота для растущей части древостоя (IV-VII), что объясняется его формированием преимущественно из угнетённой части древостоя.
- Запас сухостоя варьировал от 18,95 до 73,45 м3/га. Доля сухостоя не превысила 13%.
- Масса детрита сухостоя менялась от 6 до 23,2 т/га.
- Запас углерода детрита варьировал от 3 до 11,6 тС/га.
В настоящее время оценка крупного детрита и управление им с точки зрения объема, типа, видового состава, распределения по диаметру, пространственного распределения и стадии распада является одной из важных составляющих для устойчивого лесопользования.