Биологическая продуктивность лесных ландшафтов

2. Внутренняя структурно-морфологическая составляющая(районы, местности,

урочища, страны, зоны, пояса).

3. Внешняя комплексная составляющая(для взаимодействия с другими

комплексами).

4. Внешняя воздушная составляющая(смена типов воздушных масс, поток

радиации, перенос тепла и влаги, перенос пыли, миграция птиц).

5. Подстилающая литогенная составляющая(отражает процессы происходящие в

мантии и земной коре).

Последние три отражают поле взаимодействия ландшафта с окружающей средой.

Так как судить в целом о биологической продуктивности лесных ландшафтов

довольно трудно, учитывая нехватку материалов и литературы, я остановлюсь

непосредственно на лесе (или на его доминанте)– как его обязательной

составляющей.

Биологическая продуктивность искусственно созданных насаждений изучалась

явно недостаточно, что, безусловно, тормозит сейчас решение актуальных

теоретических и практических задач современного лесоведения. К числу

таких задач относится восстановление и повышение продуктивности лесов

различных ботанико-географических зон путём выращивания лесных культур с

наиболее оптимальными характеристиками строения, накопления органической

массы и эффективностью использования лучистой энергии, влаги и

питательных веществ почвы. Для правильного и научно обоснованного решения

этой задачи необходимо накопление фактических данных о зависимости

биомассы, её фракционного состава годичной продукции веществ от густоты

стояния и характера размещения деревьев в культурах с учетом

лесорастительных условий их формирования.

Влияние густоты посадки на рост и процессы дифференциации деревьев в

культурах освещены в работах В.П. Тимофеева (1959), П.С. Кондратьева

(1959), Г.Р. Эйтингена (1916) и многих других, но к сожалению в этих

работах не приводятся детальные характеристики биопродукционного процесса

культур различной густоты.

При комплексном использовании леса не только деловая древесина, но также

и тонкомерные стволы, ветви, хвоя-листья найдут применение как

растительная масса, содержащая большое количество биологически активных

веществ – витаминов, хлорофилла, микроэлементов, лекарственных

соединений. Все части дерева являются ценным сырьём для химической

промышленности; ветви идут на строительных материалов и могут быть

использованы в целлюлозно-бумажной промышленности. Сейчас лесоустроители

при таксации древостоев определяют не только запас стволовой древесины,

но вес всех частей дерева, так как очевидно, что в ближайшем будущем все

части деревьев будут использоваться в промышленности и сельском

хозяйстве.

2.2. Методика исследования биологической продуктивности культур сосны

Простота видового состава, строения, одновозрастность и равномерное

распределение деревьев в культуре сосны существенно упрощает и повышает

точность определения важнейших характеристик биопродукционного процесса

(общие запасы фитомассы и её фракционный состав, первичная продукция

веществ и т.д.). Объектом исследований в данном случае служит только 1-й

ярус, т.е. чистые одновозрастные ценопопуляции сосны, т.к. остальные

ярусы практически отсутствуют.

Методика сводится к следующему: на пробных площадях проводится сплошной

перечет деревьев по одноименным ступеням толщины. Измерение диаметров

стволов проводится в двух направлениях – север-юг, запад-восток.

Важнейшие характеристики продуктивности древостоев определялись методом

модельных деревьев. Модельные деревья отбирались пропорционально их

представленности в ступенях толщины и высот с учетом характера развития

крон. На каждой пробной площади было срублено по 20-30 модельных

деревьев.

Модельные деревья детально разделывались на основные фракции (хвоя

различных лет, живые и мёртвые сучья, древесина и т.д.) и был определён

сырой и абсолютно сухой вес различных фракций, после чего данные были

подвергнуты статистическому анализу.

Для получения дендрометрических показателей хвои и определения листового

индекса у четырёх модельных деревьев с 3-, 6-, 9-й (или 8-й) мутовок

брались навески хвои (10г) различного возраста. В каждой навеске

подсчитывали число хвоинок. Затем образцы высушивались при температуре 80-

85С до абсолютно сухого веса. Полученные данные использовались для

определения влажности хвои различного возраста в зависимости от её

размещения по вертикальному профилю древостоев и густоты стояния

деревьев. С этих же мутовок брали по 20 хвоинок каждого возраста для

определения площади хвои и листового индекса по методике А.Н. Челядиновой

(1941). Для определения влажности и абсолютно сухого веса древесины и

коры брались выпилы из стволов модельных деревьев на высоте ј, Ѕ, ѕ и 1,3

м от земли. Определялись также влажность однолетних побегов и ветвей

разной толщины живых и мертвых, а также влажность хвои по возрастам.

Таким образом, для каждого отдельного дерева был послойно в кроне

определён сырой и абсолютно сухой вес хвои (общий и по её возрастам),

древесины ствола и ветвей живых и отмерших по мутовкам и по возрастам.

Затем для модельных деревьев каждой площади были вычислены коэффициенты

уравнения связи массы стволов, а также массы кроны и её частей с

диаметром ствола на высоте 1,3 метра. Коэффициенты уравнений вычислялись

методом наименьших квадратов для двух вариантов: 1-й – в предположении,

что названные выше связи выражаются показательной функцией; 2-й – в

предположении, что связи выражаются уравнением параболы 2-го порядка.

Последующее сравнение этих вариантов показало, что экспериментальным

данным во всех случаях соответствует параболическая связь, так как она

обеспечивает меньшую сумму квадратов отклонений экспериментальных точек,

полученных в результате обработки модельных деревьев от кривой,

построенной по выведенному уравнению.

Используя полученные зависимости, массу отдельных частей крон (живых и

отмерших ветвей, хвои) и стволов для каждого насаждения вычисляли по

ступеням толщины и затем суммировали в общий итог. Полученные цифровые

данные позволяли с достаточной степенью точности рассчитывать фитомассу

различных фракций на единицу площади, а также построить диаграммы

вертикального распределения фитомассы на деревьях различных диаметров.

Для определения веса подземных частей на всех участках были заложены

траншеи глубиной 1,8 метра. Площадь траншей варьировала в пределах 4,6 -

6,8 м2, а число из оказалось недостаточным для определения фитомассы

корней с достаточной степенью точности. Учитывая, что 40% корней сосны

залегает в верхнем 30- сантиметровом слое почвы на каждом участке было

взято дополнительно по 10 монолитов, размерами 0,5*0,5*0,3 м. Монолиты

распределялись равномерно на пробных площадях. Статистический анализ

показал, что ошибка определения фитомассы корней составляла 5-10%.

Отпад деревьев (сухостой, снеголом) определялись в 3-, 6-, 10-, 15-, 18-

и 20-летнем возрасте культур путем сплошных перечетов.

Опад тоже был учтен путем закладки на каждом опытном участке 20 площадок

размером 5 м2. В дополнение к этим данным на экспериментальных участках

проводились наблюдения за транспирацией и фотосинтезом хвои, содержанием

влаги в почве.

2.3. Влияние густоты посадки на общий запас и фракционный состав

надземной фитомассы культур сосны.

При увеличении густоты посадки с 5 до 40 тыс. на 1 га наблюдается

неуклонное снижение среднего веса надземной массы одного дерева (см.

таблицу ниже). Наибольшее снижение фитомассы происходит при густоте 15 и

40 тыс. на 1 га, что хорошо согласуется с данными, полученными при

измерении высот, диаметров и объемов на этих участках. Так, например,

средний вес дерева при густоте 15 тыс. снижается в 2,5 раза, а при

густоте 40 тыс. в 6 раз по сравнению с весом при густоте посадки 5 тыс.

Интересно, что в диапазоне густот 15 и 30 тыс. наблюдается некоторое

замедление падения веса среднего дерева. Однако увеличение густоты

деревьев до 40 тыс. вызывает резкое падение среднего веса дерева.

Увеличение густоты деревьев сопровождается заметными сдвигами и в

фракционном составе фитомассы; вес стволовой древесины изменяется с

повышением густоты посадки меньше, чем фитомассы хвои сучьев. В целом

данные хорошо укладываются в рамки общей биологической зависимости

скорости роста и продукции органических веществ отдельных особей от

плотности видовых популяций в посевах и посадках.

Увеличение густоты растений приводит к снижению скорости роста и

продукции органических веществ у сосны, как следствие повышения

интенсивности конкуренции между ними за факторы роста.

Сырой вес стволов и всей надземной части дерева в 20- летних опытных

посадках культур сосны

|Показатель |Густота посадки, тыс/га |

| |5 |10 |15 |20 |30 |40 |

|Средний вес всей |42,2 |22,9 |16,7 |11,2 |9,0 |6,4 |

|надземной массы | | | | | | |

|дерева, кг | | | | | | |

|То же, в % |100 |68,5 |39,6 |26,5 |21,3 |15,1 |

|В том числе ствол, |32,0 |18,4 |13,9 |9,4 |7,3 |5,5 |

|кг | | | | | | |

|То же, в % |100 |54,4 |43,4 |29,4 |22,8 |17,0 |

|Вес всех деревьев |156,7 |173,8 |167,9 |160,3 |184,6 |136,6 |

|на 1 га, тонн | | | | | | |

|То же, в % |100 |110,9 |107,1 |102,3 |117,8 |87,1 |

|В том числе стволы,|119,0 |139,5 |138,0 |133,3 |151,4 |111,3 |

|тонн | | | | | | |

|То же, в % |100 |117,2 |116,0 |112,0 |127,2 |93,5 |

2.4. Общий запас надземной фитомассы деревьев культур сосны

Распределение общего сырого веса надземной части всего древостоя между

отдельными фракциями в одновозрастных культурах в зависимости от густоты

изменяется незначительно. Очень постоянна на всех участках

Доля хвои от всей надземной фитомассы и несильно изменяется доля ветвей,

увеличиваясь в более редких культурах (см.таблицу ниже)

Фракционный состав фитомассы надземных частей культур сосны разной

густоты в возрасте 20 лет

|Показатель |Густота посадки, тыс./га |

| |5 |10 |15 |20 |30 |40 |

|Вес стволов, т/га |119,0 |139,5 |138,0 |133,3 |151,4 |111,3 |

|% надземной части |75,9 |80,3 |82,2 |83,2 |82,0 |81,5 |

|Вес хвои, т/га |15,5 |15,2 |13,6 |13,3 |15,9 |11,5 |

|% надземной части |9,9 |8,7 |8,1 |8,3 |8,6 |8,4 |

|% веса стволов |13,0 |10,9 |9,8 |10,0 |10,5 |10,3 |

|Вес живых ветвей, |17,0 |14,3 |12,6 |10,6 |13,9 |9,6 |

|т/га | | | | | | |

|% надземной части |10,9 |8,2 |7,5 |6,6 |7,5 |7,0 |

|% веса стволов |14,3 |10,3 |9,1 |8,0 |9,2 |8,6 |

|Вес сухих ветвей, |5,2 |4,8 |3,7 |3,1 |3,4 |4,1 |

|т/га | | | | | | |

|% надземной части |3,3 |2,8 |2,2 |1,9 |1,8 |3,0 |

|% веса стволов |4,4 |3,4 |2,7 |2,3 |2,2 |3,7 |

|Общий вес надземной |156,7 |173,8 |167,9 |160,3 |184,6 |136,5 |

|части, т/га | | | | | | |

|% веса стволов |131,7 |124,6 |121,7 |120,3 |121,9 |122,6 |

Вес стволовой древесины на всех участках составляет около 80% ( + 3-4%)

всей надземной массы 20-летнего древостоя. Заметна тенденция в густых

культурах к некоторому повышению доли стволовой древесины в общей

надземной массе. Вес крон составляет от 27,3 до 18% веса стволов,

снижаясь в наиболее густых культурах. Во всей надземной массе доля живой

части крон колеблется от 20,7 до 14,9%, соответственно снижаясь с

увеличением густоты.

5. Вес корневых систем культур сосны

Для полной характеристики накопленного органического вещества к данным о

весе надземной части древостоев необходимо добавить вес их корневых

систем путём раскопки всех корневых некоторых модельных деревьев и

методом монолитов (см. таблицу ниже).

Общий запас корней культур сосны на 1 га

|Густота|Сырой вес корней |Густота|Сырой вес корней |

|посадки| |посадки| |

|тыс. | |, тыс. | |

|экз./га| |экз./га| |

| | | |% всей | | | |% всей |

| |т |% |надземной| |т |% |надземной|

| | | |части | | | |части |

|5 |25,2 |100 |21,7 |20 |21,6 |86 |15,3 |

|10 |22,5 |88 |16,5 |30 |23,4 |93 |13,4 |

|15 |23,4 |93 |16,2 |40 |21,6 |86 |14,0 |

Относительная доля корней в культурах разной густоты изменяется в

значительных пределах – от 14,0 до 21,7% от веса всей надземной массы.

При этом относительный и абсолютный вес корней выше всего в самых редких

культурах. Это идет главным образом за счет развития в редких культурах

толстых стержневых корней. Поэтому сопоставлять вес корней с весом хвои

для оценки обеспеченности её влагой и питательными веществами весьма

трудно. Общий вес корней на 1 га за исключением самых редких культур

изменяется сравнительно в небольших пределах. Масса корней на одно

растущее дерево (сырой вес) в 18- летних культурах сосны при разной

густоте посадки составляет:

|Густота посадки, |5 |10 |15 |20 |30 |40 |

|тыс.экз./га | | | | | | |

|Масса корней, кг |6,8 |3,0 |2,2 |1,5 |1,1 |1,0 |

Вес корней (в среднем) одного дерева в самых редких культурах в 6-7 раз

больше веса корней дерева в самых густых культурах. При изменении густоты

с 5 до 10 тыс. на 1 га вес корней уменьшается более чем вдвое. Дальнейшее

уменьшение веса корней с ростом густоты идёт более плавно.

2.6. Общая биологическая продуктивность культур сосны разной густоты

В древостое и подстилке за 20 лет накапливается на 1 га от 108 до 127 т

сухого органического вещества или в среднем 5,4-6,4 т в год. Для

определения полной биологической продуктивности насаждений необходимо

добавить величину разложившегося опада. К сожалению, учесть её очень

трудно. Общее количество опавшей хвои (в абсолютно сухом весе) за 18-

летний период должно составлять от 18,9 до 30,0 т на 1 га. За три года он

составляет от 1,4 до 2,0 т, или в среднем 1,7 т на 1 га. Труднее учесть

опад в виде коры, сучьев, шишек. Он составляет в подстилке 56%. По

примерному расчету количество его может быть определено за 18-летний

период в 13-17 т. При этом общее количество разложившегося полностью

минерализованного опада составит от 12 до 21 т на 1 га (в абсолютно сухом

весе) или в среднем 0,8 т на 1 га в год. Что касается общей биологической

продуктивности за отдельные годы, то определить её очень трудно, так как

определение прироста коры, древесины, влаги в отдельном годичном слое

существующими методами очень неточное, и почти вовсе не поддается

массовому учету прирост и опад корней. Чтобы судить об общей годичной

биологической продуктивности культур сосны воспользуемся довольно точной

пропорциональностью между накоплением стволовой древесины и общим

накоплением органического вещества деревом (см. таблицу ниже).

Абсолютно сухой вес элементов биологической продуктивности древостоев

сосны разной густоты

|Показатель |Густота посадки, тыс. экз./га |

| |5 |10 |15 |20 |30 |40 |

|Фитомасса, т/га |

|Стволов в коре |51,4 |60,3 |59,6 |58,6 |65,4 |48,1 |

|Живых ветвей |7,0 |5,9 |5,2 |4,3 |5,7 |3,9 |

|Хвои |6,8 |6,6 |5,9 |5,8 |6,9 |5,0 |

|Итого в надземной части |67,1 |74,8 |72,5 |70,4 |80,1 |58,5 |

|Корней |12,6 |11,2 |11,7 |11,6 |11,7 |10,8 |

|ИТОГО: |77,8 |84,0 |82,4 |80,3 |89,7 |67,8 |

|Отпад, т/га |

|Отмершие ветви в кронах |4,2 |3,9 |3,0 |2,5 |2,7 |3,3 |

|живых деревьев | | | | | | |

|Отмершие деревья (включая |5,3 |4,6 |2,0 |2,9 |9,6 |15,0 |

|погибшие от снеголома) | | | | | | |

|ИТОГО: |9,5 |8,5 |5,0 |5,4 |12,3 |18,3 |

|Опад и лесная подстилка, |24,1 |24,1 |22,6 |22,5 |26,8 |25,7 |

|т/га | | | | | | |

|Всего растительных |33,6 |33,4 |27,6 |24,0 |39,1 |44,0 |

|остатков, т/га | | | | | | |

|Всего органического |111,4 |117,4 |110,0 |108,2 |128,8 |111,8|

|вещества, т/га | | | | | | |

|Фитомасса, % |100 |105 |99 |97 |115 |100 |

|Фитомасса на одно среднее |20,9 |11,1 |7,8 |5,7 |4,4 |3,1 |

|дерево, кг | | | | | | |

|Средняя продукция за один |3,4 |3,7 |3,5 |3,4 |4,2 |3,5 |

|год для всех древесных | | | | | | |

|фракций, т/га | | | | | | |

Общая биологическая продуктивность 18-летних культур сосны составит от

10 до 13,5 т сухого органического вещества на 1 га. Это полностью

совпадает с данными, полученными В.П. Тимофеевым (1970). При этом в 18-

летнем возрасте минимальную продуктивность дают культуры с густотой

посадки 5 тыс. сеянцев, а максимальную с посадкой 30 тыс. сеянцев на 1

га. В 20-летнем же возрасте минимальную продуктивность дают деградирующие

культуры с густотой посадки 40 тыс. сеянцев. Максимальную продуктивность

в 20-летнем возрасте дают культуры с посадкой 30 тыс. на 1 га.

7. Виды биологической продуктивности лесов

Потенциальная продуктивность является одной из главных показателей

эталонных насаждений, характеризуется такими показателями как видовой

состав. Хозяйственная ценность, объединяемая в итоге в понятие

«хозяйственной продуктивности». Под понятием «потенциальной продуктивности»

понимается максимально возможная продуктивность для данных климатических и

почвенных условий, будь то первичная биологическая продуктивность (т/га)

или продуктивность запаса стволовой древесины (м3/га). Обычно последняя

наиболее существенная составляющая первичной продуктивности является

предметом изучения лесоводов.

Методы изучения потенциальной продуктивности по В.С. Чуенкову можно

подразделить на три основные группы: лесоводственно-таксационные,

лесотипологические и климатологические. Наиболее распространены

лесоводственно-таксационные, с помощью которых изучают закономерности

строения и роста насаждений, являющееся основой последующего

моделирования этих параметров. Итоги многолетних исследований

продуктивности лесов обобщены на Всесоюзной конференции по формированию

максимально продуктивных эталонных насаждений, которая проводилась в

Каунасе в 1979 году. Большинство работ, представленных на конференции

выполнено именно лесоводственно-таксационными методами. Эти методы

применимы для конкретых условий произрастания, в то время как

климатологические методы оценки применимы для крупных территорий.

Климатологические методы определения продуктивности основаны на

зависимости потенциальной продуктивности от климатологических факторов.

Обычно несколько гидротермических показателей климата путём

арифметических операций комбинируют в один комплексный показатель,

называемый климатическим индексом прироста, который указывают с годичным

приростом древостоя. Например, климатический индекс ‘ I ’ Дж. Векка

включает в себя осадки ‘ N ’, среднюю температуру воздуха ‘ T ’ и число

дней с осадками менее 0,1 мм ‘ n ‘ в течении мая-июля, число дней в году

Страницы: 1, 2, 3