ON THE INFLUENCE OF FOREST STAND COMPOSITION ON SNOW ACCUMULATION IN THE SOUTHERN TAIGA SUBZONE OF THE URALS

ВЛИЯНИЕ СОСТАВА ДРЕВОСТОЕВ НА НАКОПЛЕНИЕ СНЕГА В УСЛОВИЯХ ПОДЗОНЫ ЮЖНОЙ ТАЙГИ УРАЛА

Научная статья

Белов Л.А.¹, Воробьева М.В.², Залесов С.В.^3, *

¹ ORCID: 0000-0002-6397-3681;

² ORCID: 0000-0003-1059-9670;

³ ORCID: 0000-0003-3779-410X;

^{1, 2, 3} Уральский государственный лесотехнический университет, Екатеринбург, Россия

* Корреспондирующий автор (Zalesovsv[at]m.usfeu.ru)

Аннотация

На основании 16 пробных площадей проанализировано накопление зимних осадков под пологом древостоев различного состава и под линиями электропередач в условиях подзоны южной тайги Урала. Данные о высоте и плотности снежного покрова получены на основе снегомерной съемки, выполненной в конце марта, т.е. при максимальной высоте снежного покрова. При проведении исследований использовались снегомерная рейка и весовой снегомер ВС-43.

Установлено, что максимальный запас снеговой воды к моменту начала снеготаяния накапливается под пологом лиственничников с примесью сосны в составе древостоя. Значительные запасы снеговой воды накапливаются также под пологом березняков и под линиями электропередач при их расположении с севера на юг.

Средняя высота снежного покрова варьируется от 33,5 до 54,9 см, что свидетельствует о защите нижних ярусов насаждения от вымерзания. В целях накопления зимних осадков в насаждениях подзоны южной тайги целесообразно формировать смешанные насаждения с примесью к сосне лиственницы и березы. Указанные насаждения в лесопарках будут способствовать не только повышению устойчивости и рекреационной привлекательности насаждений, но и обеспечат максимальное накопление зимних осадков. Последнее будет способствовать накоплению грунтовых вод и водности реки Исеть.

Ключевые слова: подзона южной тайги, сосняки, лиственничники, березняки, зимние осадки, плотность снега, запас снеговой воды.

ON THE INFLUENCE OF FOREST STAND COMPOSITION ON SNOW ACCUMULATION IN THE SOUTHERN TAIGA SUBZONE OF THE URALS

Research article

Belov L.A.¹, Vorobyeva M.V.², Zalesov S.V.^3, *

¹ ORCID: 0000-0002-6397-3681;

² ORCID: 0000-0003-1059-9670;

³ ORCID: 0000-0003-3779-410X;

^{1, 2, 3} Ural State Forest Engineering University, Yekaterinburg, Russia

* Corresponding author (Zalesovsv[at]m.usfeu.ru)

Abstract

The study conducts an analysis of the accumulation of winter precipitation under the canopy of stands of various compositions and on power lines in 16 sample areas in the southern taiga subzone of the Urals. The data on the height and density of the snow cover were obtained on the basis of a snow measurement survey carried out at the end of March, i.e. at the maximum height of the snow cover. The authors of the study used a snow measuring rail and a weight snow meter VS-43.

The research establishes that the maximum supply of snow water at the time of the beginning of snowmelt accumulates under the canopy of larch trees with an admixture of pine in the composition of the stands. Significant reserves of snow water also accumulate under the canopy of birch forests and on power lines when they are located from north to south.

The average height of the snow cover varies from 33.5 to 54.9 cm, which indicates the protection of the lower layers of vegetation from freezing. In order to accumulate winter precipitation in the stands of the southern taiga subzone, it is advisable to form mixed plantings with an admixture of larch and birch to pine. These plantings in forest parks will not only increase the stability and recreational attractiveness of the stands but also ensure the maximum accumulation of winter precipitation. The latter, in turn, will contribute to the accumulation of groundwater and the water Level of the Iset river.

Keywords: southern taiga subzone, pine forests, larch forests, birch forests, winter precipitation, snow density, snow water supply.

Введение

В последние десятилетия в связи с возрастающим антропогенным воздействием на планету все более остро встает проблема обеспечения населения качественной водой. При этом общеизвестно [1], [2], что лесные экосистемы оказывают положительное влияние на количество осадков, перевод поверхностного стока во внутрипочвенный, способствуют очистке воды от промышленных поллютантов, а также регулируют сток рек и их водность.

Уровень водоохранных и водорегулирующих свойств лесных насаждений определяется целым рядом факторов и во многом зависит от таксационных показателей составляющих их древостоев [3]. Последнее объясняется свойствами крон перехватывать часть жидких и твердых осадков, расходуя их на испарение. При этом минимизируется испарение влаги с поверхности почвы и нижних ярусов растительности.

Впервые на необходимость изучения снежного покрова в 1889 г. обратил внимание А.И. Воейков [4]. Последующими исследованиями было установлено влияние возраста и состава древостоев, а также типа леса на накопление зимних осадков [5], [6]. В частности, было определено, что если принять накопление снега черноольшанниками за 100%, то сосняки лишайникового типа леса накапливают его 66%, мшистого - 83%, черничного - 90%, багульниково-сфагнового - 87%, ельники - 80%, а поле только 68% [7].

Учеными были предложены мероприятия по накоплению зимних осадков и продлению их таяния [8], [9], [10]. Установлено, что, изменяя температуру воздуха под своим пологом, древостой вносит коррективы в динамику таяния твердых зимних осадков, увеличивая период освобождения талой воды, а за счет лесной подстилки и меньшего промерзания почвы исключают поверхностный сток, что, в конечном счете, минимизирует опасность заиления и загрязнения водоемов, а также способствует накоплению грунтовых вод.

Поскольку на поступление осадков к поверхности почвы большое влияние оказывают таксационные показатели древостоев очень важно иметь базы данных о степени данного влияния, что и определило направление наших исследований.

Цель, объекты и методика исследований

Цель работы - установление глубины и плотности снега в период его максимального накопления под пологом спелых древостоев подзоны южной тайги Урала.

Объектами исследований служили сосновые, березовые, лиственничные и тополевые насаждения, произрастающие на территории лесопарка «Имени Лесоводов России» ш. Екатеринбурга. Указанная территория, в соответствии с лесохозяйственным районированием [11] относится к Средне-Уральскому таежному лесному району, а согласно рекомендаций Г.А. Годовалова с соавторами [12], [13] к горному подросту Средне-Уральского таежного лесного района.

Исследования проводились в период максимального снегонакопления в конце марта. При проведении снегомерной съемки для установления средней высоты снежного покрова использовалась переносная снегомерная рейка, представляющая собой брусок длиной 180 см, шириной 4 см и толщиной 2 см с металлическим наконечником на конце. На каждой из пробных площадей (ПП), заложенных в соответствии с действующими методиками по установлению таксационных показателей древостоев [14], [15], прокладывались трансекты, на которых через каждые 5 м замерялась снегомерной рейкой толщина снежного покрова с последующим определением среднего значения.

Плотность снега устанавливалась с использованием весового снегомера ВС-43. При этом на каждой ПП отбиралось не менее 5 образцов снега. Плотность снега рассчитывалась делением массы пробы снега на его объем. Другими словами, вычисление плотности снега производилось следующим образом. Число делений, отсчитанное по линейке весов, делили на увеличенный в 10 раз отсчет высоты снега по шкале цилиндра. Деление производится до тысячных долей, а результат округляется до сотых долей.

Общий запас воды в снежном покрове вычисляется по формуле:

Q= 10gh,

где g- средняя плотность снега по данным снегомерной съемки на ПП, г/см³;

h - средняя высота снежного покрова, см;

Q - запас воды в снежном покрове, мм.

Результаты и обсуждение

В соответствии с методикой исследования было заложено 13 пробных площадей в насаждениях различного породного состава и три ПП на трассе линии электропередач (ЛЭП). Основные таксационные показатели древостоев ПП приведены в таблице 1.

 

Таблица 1 – Таксационные показатели насаждений пробных площадей

№ ПП	Состав древостоя	Средние			Относительная полнота	Тип леса	Степень густоты подлеска
		возраст, лет	высота, м	диаметр, см
1	10С	120	26	24	1,0	ЕСЗЯГ	Средний
2	10С	150	28	36	0,9	СОРЛ	Средний
3	10С	160	29	44	0,7	ЕСЗЯГ	Густой
4	10С	170	28	44	0,6	ЕСЗЯГ	Густой
5	10С	170	28	44	0,6	ЕСЗЯГ	Густой
6	10С + С	170	28	44	0,6	СОРЛ	Густой
7	10С	170	29	44	0,6	СРТР	Средний
8	10С	170	28	42	0,6	ЕСЗЯГ	Густой
9	4С3Б2Ос1Ив	30	13	12	0,6	СРТР	Редкий
10	9Л1С	60	26	28	0,9	СРТР	Средний
11	9Б1ОседЛ, С	60	18	20	0,9	СРТР	Средний
12	8Т2С	30	24	20	0,8	ЕСЗЯГ	Густой
13	10Т	34	26	24	1,0	СРТР	Средний

Примечание: типы леса: ЕСЗЯГ – ельник-сосняк зеленомошно-ягодниковый; СОРЛ – сосняк орляковый; СРТР – сосняк разнотравный  

Материалы табл. 1 свидетельствуют, что возраст сосновых насаждений, где проводились исследования, варьируется от 30 до 170 лет, при этом абсолютно доминируют 170-летние насаждения. Относительная полнота сосновых древостоев варьируется от 0,6 до 1,0, при этом сосняки представлены зеленомошно-ягодниковым, орляковым и разнотравным типами леса.

Насаждения лиственницы, березы и тополя являются производными. Они созданы посадкой на месте сосняка разнотравного и сосняка-ельника зеленомошно-ягодникового.

В целом можно отметить, что заложенные пробные площади достаточно корректно характеризуют насаждения лесопарка «Имени Лесоводов России».

Различие в таксационных показателях исследуемых насаждений не могло не сказаться на глубине снежного покрова, его плотности запасе снеговой воды. Последнее подтверждается данным, приведенными в таблице 2.

Таблица 2 – Характеристика снежного покрова в период его максимального накопления

№ ПП	Состав древостоя	Глубина снежного покрова, см	Плотность снега, г/см3	Запас снеговой воды, мм
1	10С	43,0 ± 0,67	0,190	81,700
2	10С	33,5 ± 0,52	0,195	65,325
3	10С	40,9 ± 0,64	0,158	14,622
4	10С	40,9 ± 0,60	0,183	74,847
5	10С	41,0 ± 0,65	0,187	76,67
6	10С + С	40,1 ± 0,62	0,194	77,794
7	10С	41,7 ± 0,70	0,198	82,566
8	10С	41,7 ± 0,49	0,193	80,481
9	4С3Б2Ос1Ив	47,4 ± 0,35	0,160	75,840
10	9Л1С	52,9 ± 0,34	0,169	89,401
11	9Б1Осед.ЛС	54,9 ± 0,93	0,159	87,291
12	8Т2С	45,3 ± 0,40	0,168	76,557
13	10Т	43,9 ± 0,38	0,172	75,508
14	ЛЭП на границе с древостоем	44,1 ± 0,41	0,165	72,765
15	ЛЭП (с запада на восток)	40,3 ± 1,06	0,182	73,346
16	ЛЭП (с севера на юг)	50,7 ± 0,97	0,172	87,204

 

Материалы таблицы 2 наглядно свидетельствуют, что максиальная глубина снежного покрова формируется в березовом насаждении (ПП-11), а минимальная - в 150-летнем высокополнотном сосняке (ПП-2). Если принять глубину снежного покрова в березняке за 100%, то в 150-летнем высокополнотном сосняке глубина снега составит лишь 61,0%.

Различия в глубине снежного покрова в 160-170-летних сосняках различных типов леса статистически не достоверны. В то же время различие в глубине снежного покрова между чистыми сосняками и смешанными, а также между сосняками и древостоями других пород статистически достоверны на 0,95% уровне значимости.

Интересно, что плотность снега на трассах ЛЭП оказалась примерно равной таковой в сосняках. При этом под ЛЭП, расположенных с запада на восток, снег сдувается, а с севера на юг, напротив, накапливается. Последнее вполне объяснимо направлением господствующих ветров.

Естественно, что наиболее важным показателем является запас снеговой воды на начало снеготаяния. Полученные нами данные показали, что максимальным запасом снеговой воды характеризуются лиственничники и березняки, а также трассы ЛЭП, расположенные с севера на юг.

Данные о глубине и плотности снега, а также запасах снеговой воды позволяют рекомендовать в условиях подзоны южной тайги создание смешанных насаждений. Участие в составе древостоев лесопарков лиственницы и березы способствует накоплению снеговой воды, т.е. создает основу для увеличения объема грунтовых вод, что особенно важно для питания ключей, ручьев и, в конечном счете, реки Исети и ее притоков.

Выводы

1. В лесопарке «Имени Лесоводов России» доминируют спелые и перестойные сосновые насаждения, обеспечивающее эффективное накопление зимних осадков.
2. Омоложение сосновых насаждений должно осуществляться с введением в состав древостоев лиственницы и березы.
3. Увеличение доли лиственничников и березняков, а также их участия в составе сосновых насаждений не только улучшит рекреационную привлекательность и устойчивость насаждений, но и будет способствовать накоплению зимних осадков.
4. Наиболее эффективными в плане накопления снеговой воды к началу снеготаяния являются лиственничники с примесью сосны. К хорошим накопителям зимних осадков можно также отнести березовые насаждения и трассы ЛЭП, расположенные с севера на юг.
5. Регулируя ландшафтными рубками состав древостоев, можно обеспечить максимальное накопление зимних осадков и тем самым повысить запас подземных вод, а также водность реки Исети.

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

1. Хайретдинов А.Ф. Введение в лесоводство / А.Ф. Хайретдинов, С.В. Залесов. - Екатеринбург: Урал. гос. лесотехн. ун-т, 2011. 202 с.
2. Луганский Н.А. Лесоведение / Н.А. Луганский, С.В. Залесов, В.Н. Луганский. Екатеринбург: Урал. гос. лесотехн. ун-т, 2010. 432 с.
3. Залесов С.В. Черноольховые леса Волго-Донского бассейна и ведение хозяйства в них / С.В. Залесов, В.П. Воротников, В.В. Катунова и др. - Екатеринбург: Урал. гос. лесотехн. ун-т, 2008. 231 с.
4. Воейков А.И. Снежный покров, его влияние на почву, климат и погоду, и способы использования / А.И. Воейков // Записки Русского географического общества по общей географии. 1889. Т. 18. П. 2. С. 4-10.
5. Данилов Н.И. Формирование снежного покрова в насаждениях различного состава и структуры / Н.И. Данилов // Лесной журнал, 1992. № 2. С. 27-31.
6. Толкач О.В. Снегонакопление под пологом леса на Среднем Урале / О.В. Толкач, С.В. Залесов // География и природные ресурсы. 2020. № 1 (160). С. 106-112. DOI; 10.21782/GIPR 0206-1619-2020-1(106-112).
7. Блинцов И.К. Влияние сосновых, еловых и черноольховых насаждений на формирование снежного покрова / И.К. Блинцов, М.В. Кудин, В.М. Натаров // Лесной журнал, 1987. № 2. С. 15-18.
8. Данилик В.Н. Повышение водоохранно-защитной роли насаждений путем рационального размещения хвойных и лиственных пород / В.Н. Данилик // Леса Урала и хозяйство в них. Свердловск, 1978. Вып. 2. С. 23-31.
9. Залесов С.В. Лесоводство / С.В. Залесов. Екатеринбург: Урал. гос. лесотехн. ун-т, 2020. 295 с.
10. Залесов С.В. Проходные рубки в сосняках Урала / С.В. Залесов, Н.А. Луганский. Свердловск: Изд-во Урал. ун-та, 1989. 128 с.
11. Об утверждении Перечня лесорастительных зон Российской Федерации и Перечня лесных районов РФ: Утв. Приказом Минприроды России от 18.08.2014 г. № 367.
12. Годовалов Г.А. Районирование лесов Свердловской области / Г.А. Годовалов, С.В. Залесов, Е.Н. Лежнина // Аграрный вестник Урала, 2011. № 8 (87). С. 35-36.
13. Годовалов Г.А. К вопросу о необходимости уточнения перечня лесных районов Свердловской области / Г.А. Годовалов, С.В. Залесов, Е.С. Залесова и др. // Леса России и хозяйство в них, 2016. № 9 (58). С. 12-19.
14. Данчева А.В. Экологический мониторинг лесных насаждений рекреационного назначения / А.В. Данчева, С.В. Залесов. - Екатеринбург: Урал. гос. лесотехн. ун-т, 2015. 152 с.
15. Бунькова Н.П. Основы фитомониторинга / Н.П. Бунькова, С.В. Залесов, Е.С. Залесова и др. Екатеринбург: Урал. гос. лесотехн. ун-т, 2020. 90 с.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Khayretdinov A.F. Vvedeniye v lesovodstvo [Introduction to forestry] / A.F. Khairetdinov, S.V. Zalesov. - Ekaterinburg: Ural. state forestry engineering. un-t, 2011.202 p. [in Russian]
2. Luganskiy N.A. Lesovedeniye [Lesovedenie] / N.A. Lugansky, S.V. Zalesov, V.N. Lugansky. Yekaterinburg: Ural. state forestry engineering. un-t, 2010.432 p. [in Russian]
3. Zalesov S.V. Chernool'khovyye lesa Volgo-Donskogo basseyna i vedeniye kho-zyaystva v nikh [Black alder forests of the Volga-Don basin and management in them] / S.V. Zalesov, V.P. Vorotnikov, V.V. Katunova et al. - Ekaterinburg: Ural. state forestry engineering. un-t, 2008.231 p. [in Russian]
4. Voyeykov A.I. Snezhnyy pokrov, yego vliyaniye na pochvu, klimat i pogodu, i sposoby ispol'zovaniya [Snow cover, its influence on soil, climate and weather, and methods of use] / A.I. Voeikov // Notes of the Russian Geographic Society for General Geography. 1889. Vol. 18. P. 2. P. 4-10. [in Russian]
5. Danilov N.I. Formirovaniye snezhnogo pokrova v nasazhdeniyakh razlichno-go sostava i struktury [Formation of snow cover in plantations of various composition and structure] / N.I. Danilov // Forest Journal, 1992. No. 2. P. 27-31. [in Russian]
6. Tolkach O.V. Snegonakopleniye pod pologom lesa na Srednem Urale [Snow accumulation under the forest canopy in the Middle Urals] / O.V. Tolkach, S.V. Zalesov // Geography and natural resources. 2020. No. 1 (160). P. 106-112. [in Russian]
7. Blintsov I.K. Vliyaniye sosnovykh, yelovykh i chernool'khovykh nasazhdeniy na formirovaniye snezhnogo pokrova [Influence of pine, spruce and black alder plantations on the formation of snow cover] / I.K. Blintsov, M.V. Kudin, V.M. Natarov // Forest Journal, 1987. No. 2. P. 15-18. [in Russian]
8. Danilik V.N. Povysheniye vodookhranno-zashchitnoy roli nasazhdeniy putem ratsional'nogo razmeshcheniya khvoynykh i listvennykh porod [Increasing the water protection and protective role of plantations by rational placement of coniferous and deciduous species] / V.N. Danilik // Forests of the Urals and the economy in them. Sverdlovsk, 1978. Issue. 2. P. 23-31. [in Russian]
9. Zalesov S.V. Lesovodstvo [Forestry] / S.V. Zalesov. Yekaterinburg: USFEU, 2020. 295 p. [in Russian]
10. Zalesov S.V. Prokhodnyye rubki v sosnyakakh Urala [Continuous felling in the pine forests of the Urals] / S.V. Zalesov, N.A. Lugansky. Sverdlovsk: Ural Publishing House. University, 1989. 128 p. [in Russian]
11. Ob utverzhdenii Perechnya lesorastitel'nykh zon Rossiyskoy Federatsii i Perechnya lesnykh rayonov RF [On approval of the List of forest growing zones of the Russian Federation and the List of forest regions of the Russian Federation:] Approved. By order of the Ministry of Natural Resources of Russia dated 18.08.2014. No. 367. [in Russian]
12. Godovalov G.A. Rayonirovaniye lesov Sverdlovskoy oblasti [Zoning of forests of the Sverdlovsk region] / G.A. Godovalov, S.V. Zalesov, E.N. Lezhnina // Agrarian Bulletin of the Urals, 2011. No. 8 (87). P. 35-36. [in Russian]
13. Godovalov G.A. K voprosu o neobkhodimosti utochneniya perechnya lesnykh rayonov Sverdlovskoy oblasti [To the question of the need to clarify the list of forest areas of the Sverdlovsk region] / G.A. Godovalov, S.V. Zalesov, E.S. Zalesova, et al. // Forests of Russia and the economy in them, 2016. No. 9 (58). P. 12-19. [in Russian]
14. Dancheva A.V. Ekologicheskiy monitoring lesnykh nasazhdeniy rekreatsion-nogo naznacheniya [Ecological monitoring of forest plantations for recreational purposes] / A.V. Dancheva, S.V. Zalesov. - Yekaterinburg: Ural. state forestry engineering. un-t, 2015. 152 p. [in Russian]
15. Bun'kova N.P. Osnovy fitomonitoringa [Fundamentals of phytomonitoring] / N.P. Bunkova, S.V. Zalesov, E.S. Zalesova, et al. Yekaterinburg: Ural. state forestry engineering. un-t, 2020. 90 p. [in Russian]