AN EVALUATION OF DRY WOOD IN PINE STANDS IN THE TAIGA AND FOREST-STEPPE REGION OF CENTRAL SIBERIA
AN EVALUATION OF DRY WOOD IN PINE STANDS IN THE TAIGA AND FOREST-STEPPE REGION OF CENTRAL SIBERIA
Abstract
The aim of the study is to determine the stocks and the potential for carbon emission of dry wood in highly dense pine forests of the subtaiga forest-steppe region of Central Siberia. The problem of evaluating deadwood stocks is important for determining carbon emission and studying the processes of forest ecosystems' cycling. The height grades of dry wood trees were one grade lower than the height of the growing part of the stand, and varied from grade IV to grade VII. In stands with large timber reserves (517-643 m3/ha) the volume of detritus is higher than in less productive stands (33.6-73.5 m3/ha). At the same time, in less productive pine forests (235-393 m3/ha) there can also be observed a significant amount of dead wood (29.3-34.4 m3/ha), which is a consequence of pathogenic state of some areas (desiccation of trees due to root sponge). The share of dead wood did not exceed 13% of the total stand stock in pine forests. The mass of dead wood detritus varied from 6 to 23.2 t/ha. The carbon stock of dead wood ranged from 3 to 11.6 tC/ha. The age and forest type have no significant effect on the amount of dry wood.
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.