Санкт-Петербург, г. Санкт-Петербург и Ленинградская область, Россия
В работе рассмотрены результаты оценки производительности и возобновления насаждений в Печорском лесничестве Республики Коми. На объектах исследования насаждения по составу смешанные, по форме – простые и сложные (одно- и двухъярусные). Преобладают ельники сфагновой группы типов леса Va – Vб классов бонитета. Общий запас древесины насаждений изменяется от 44 до 161 м3/га, а среднее накопление запаса – от 0,49 до 1,46 м3/га в год. Зависимость запаса древесины от абсолютной и относительной полноты характеризуется тесной связью, достоверной на высоком уровне значимости. Подрост ели отмечен на 87 %, а березы – на 73 % пробных площадей. На 1/3 опытных участков густота крупного подроста ели превышает 1,2 тыс.шт./га. Здесь можно рекомендовать естественное лесовосстановление путем сохранения подроста и ухода за ним. На остальных участках густота изменяется от 0,25 до 0,8 тыс.шт./га. Также можно рекомендовать естественное лесовосстановление, но путем минерализации почвы и оставления семенных деревьев. Связь между густотой подроста ели или березы и общим запасом древостоя может быть выражена уравнениями параболы. Максимум густоты крупного подроста ели (1,75 тыс.шт./га), рассчитанный по этим уравнениям, соответствует запасу 84 м3/га и относительной полноте 0,93. Максимум густоты крупного подроста березы (0,95 тыс.шт./га.) соответствует запасу 88 м3/га и относительной полноте 0,98. При уменьшении или увеличении величины запаса, обеспечивающего максимальную густоту подроста, значения густоты подроста уменьшаются. При объяснении установленных закономерностей можно допустить следующее. В данных условиях максимальная густота крупного подроста, способного в дальнейшем сформировать древостой, может быть достигнута при оптимальной полноте и запасе насаждений, обеспечивающих благоприятные условия для возобновления и роста подроста. Уменьшение или увеличение полноты и запаса насаждений от их оптимальных для возобновления и роста подроста показателей приводит к ослаблению защитной роли материнского насаждения или усилению его негативного воздействия на молодое поколение и, как следствие, уменьшению густоты подроста под пологом насаждения. Установленные закономерности целесообразно учитывать при проведении в этих условиях выборочных рубок и рубок ухода.
Республика Коми, притундровые леса, насаждения, производительность, возобновление
Введение
Ведущее место по удельному участию в лесном покрове Европейского Севера занимает Республика Коми. По состоянию на 01.01.2021 г. общая площадь земель лесного фонда составляет 36,3 млн га, или 87 % территории республики (Государственный доклад…, 2021) [1]. Из общей площади земель лесного фонда 13,3 млн га, или 34,1 % занимает район притундровых лесов и редкостойной тайги Европейско-Уральской части РФ. В районе распространены редкие хвойно-лиственные, часто заболоченные леса, низкой производительности и кустарниковые заросли, представленные ивой, карликовой березой и др. [2].
Притундровые леса региона исследовались экспедиционными методами и на лесных стационарах, изучались их биологическое разнообразие, продуктивность, структура и функции [3-7]. Тем не менее при оценке уровня изученности притундровых лесов необходимо учитывать, что они занимают значительную часть лесного фонда республики – более 1/3 его площади. Кроме этого, в последние десятилетия они испытывают возрастающее антропогенное и техногенное влияние [8] и влияние климатических изменений. Последнее в глобальном масштабе проявляется в виде явления, известного как «потепления Арктики» [9]. Все это обусловливает целесообразность постоянного накопления информации о притундровых лесах региона с целью ее актуализации.
В данной работе приводятся результаты изучения производительности и возобновления насаждений притундрового леса в северо-восточном районе Республики Коми, где участие таких лесов в лесном фонде составляет 75–95 % [3].
Материалы и методы
Работа проводилась в Печорском лесничестве Республики Коми. Лесоводственные и таксационные исследования выполнялись традиционными методами [10–12]. Типы леса приняты по классификации В.Н. Сукачева. Заложено 15 пробных площадей (табл. 1), расположенных в бассейне р. Малый Аранец на трансекте юго-восточного – северо-западного направлений. Пробные площади круговой формы, их радиус – 9,8 м, а площадь – 300 м2. Это согласуется с представлением о минимальных размерах пробных площадей как статистических единиц при проведении лесоустроительных работ [13] или «тренировочных участков» при инвентаризации лесов [14]. Пробные площади расположены на трансекте на расстоянии 170 м друг от друга.
В качестве показателей производительности насаждений использовали наличный запас, среднее накопление запаса и класс бонитета по шкале М.М. Орлова, а при анализе материалов исследования – методы математической статистики [15–17], электронные таблицы Excel и программный пакет Statistica-10.
Результаты и их обсуждение
Таксационная характеристика ярусов и общая характеристика насаждений приведены в табл. 1. Анализ данных табл. 1 показывает, что по составу насаждения смешанные, по форме – простые и сложные (одно- и двухъярусные). Преобладают ельники сфагновой группы типов леса низкой производительности – Va – Vб классов бонитета. Общий запас древесины изменяется от 44 до 161 м3/га. В табл. 2 приведены характеристики изменчивости показателей производительности древостоев – наличного запаса древесины, среднего накопления запаса и класса бонитета.
Анализ данных табл. 2 показывает, что изменчивость классов бонитета незначительная – коэффициент вариации - менее 10 %. Среднее значение класса бонитета – VI, 8 – (табл. 2) соответствует по лесоустроительным градациям Va – Vб классам бонитета. Слабая изменчивость классов бонитета (менее 10 %) указывает также на то, что возможность повышения производительности насаждений в данных условиях лесохозяйственными мерами ограничена. Основными причинами этого являются низкое потенциальное плодородие почв и слабая теплообеспеченность в зоне притундровых лесов [3–7].
Для запаса коэффициент вариации значительный – более 30 %. Это указывает на обязательность учета рекомендаций действующей лесоустроительной инструкции в части того, что связано с закладкой требуемого количества круговых реласкопических площадок или круговых площадок постоянного радиуса в границах лесных массивов или их частей [13]. Накопление запаса характеризуется коэффициентом вариации, близким к таковому для наличного запаса. Это естественно, так как среднее накопление запаса является производным от наличного запаса.
Ряды распределения анализируемых показателей характеризуются правосторонней или положительной асимметрией, т.е. смещением вершины кривой влево от центра распределения и положением более растянутой части кривой в правой положительной части прямоугольной системы координат. Ряд распределения классов бонитета характеризуется островершинным распределением (положительным эксцессом), т.е. наблюдается накопление вариант в центре распределения. Это подтверждает отмеченное выше ограничение оценок этой характеристики диапазоном Va – Vб классов бонитета.
Ряды распределения наличного запаса и среднего накопления запаса, в отличие от рядов распределения классов бонитета, плосковершинные, т.е. для них характерен отрицательный эксцесс. Это различие связано в основном с тем, что древостои одинакового класса бонитета могут существенно отличаться по величине наличного запаса, а значит, как правило, и величине накопления запаса. Так, согласно данным табл. 1, в насаждениях Vб класса бонитета общий наличный запас в зависимости от типа леса изменяется от 44 до 124 м3/га. Зависимость запаса и среднего накопления запаса (Y) от класса бонитета (X) соответствует общепринятым представлениям. Коэффициенты регрессии в соответствующих уравнениях регрессии (1, 2) отрицательные. Тем не менее связь слабая, недостоверная (R = 0,01 – 0,20 ˂ R 0,05 = 0,51).
Y = - 0,0049X + 1,039, (1)
Y = - 10,898X + 177,31. (2)
Анализ зависимости запасов ярусов от абсолютной и относительной полноты при синтетической таксации ярусов насаждений на объектах исследования показал следующее. Зависимость запаса (Y, м3/га) от абсолютной (X1, м2/га) или относительной (X2, доли единицы) полноты характеризуется тесной связью, достоверной на высоком уровне значимости (уравнения 3, 4):
Y = 6,03X1 – 29,86 (N = 15; R = 0,97 > R 0,01 = 0,64), (3)
Y = 104,72X2 – 27,84 (N = 15; R = 0,80 > R 0,01 = 0,64). (4)
Приведенные уравнения могут быть полезны при экспертной оценке запасов по данным об абсолютной и относительной полноте, а также при контроле соответствия вырубаемого при рубках ухода запаса снижению полноты.
Установленные оценки тесноты и достоверности связи сохраняются в случае, если ярусы формируются не только на основе метода синтетической, но и аналитической таксации. В уравнениях 5, 6 представлены прямые и обратные зависимости между запасом древесины (Y, м3/га) и относительной полнотой (X3, доли единицы) для случая аналитической таксации:
Y = 68,20X3 + 13,60 (N = 24; R = 0,83 > R 0,01 = 0,52), (5)
X3 = 0,0101Y + 0,096 (N = 24; R = 0,83 > R 0,01 = 0,52). (6)
Важной характеристикой лесоводственного потенциала насаждений являются оценки состава, густоты и категории крупности подроста по породам, его общей густоты и др. Оценки подроста под пологом насаждений на объектах исследования (табл. 1) приведены в табл. 3.
Анализ данных табл. 3 показывает, что подрост ели отмечен на 87 %, а березы – на 73 % пробных площадей. Преобладает средний по крупности подрост ели. Подрост березы приблизительно в равных долях представлен мелким, средним и крупным подростом. Согласно [18], в районе притундровых лесов и редкостойной тайги Европейско-Уральской части РФ рекомендуется только естественное лесовосстановление. В насаждениях зеленомошной группы типов леса и заболоченных типах леса при наличии подроста ели и пихты в количестве более 1,2 тыс.шт/га это может обеспечиваться путем сохранения подроста и ухода за ним. Согласно данным табл. 3, такая густота подроста отмечена на 38 % опытных участков, в том числе и после пересчета густоты мелкого и среднего подростов в густоту крупного подроста. На остальной площади, где густота ели изменяется от 0,25 до 0,8 тыс.шт./га, т.е. менее норматива (от 0 до 1,2 тыс.шт./га), также рекомендуется естественное лесовосстановление, но путем минерализации почвы и оставления семенных деревьев. Имеющиеся данные позволяют оценить тесноту и направленность связи между густотой крупного подроста ели (Y1, тыс.шт./га), густотой крупного подроста березы (Y2, тыс.шт./га) и общим запасом древостоя (X, м3/га), тесно коррелирующим, как было показано выше, с полнотой насаждений (уравнения 3-6). Эта связь может быть выражена полиномами второй степени, для подроста ели – уравнениeм 7 и подроста березы – уравнением 8:
Y1 = -0,0003X2 + 0,0504X – 0,3674 (7)
(N = 9; R2 = 0,1904; R = 0,44 ˂R 0,10 = 0,58),
Y2 = -0,0003X2 + 0,053X – 1,3852 (8)
(N = 11; R2 = 0,1953; R = 0,44 ˂R 0,10 = 0,52).
Отмечая недостоверность связи, тем не менее считаем целесообразным выполнить экспертную оценку тренда изменения густоты подроста в связи с изменением интегральной характеристики насаждения – запаса. Для этого находим первые производные функций, выраженных полиномами второй степени (уравнения 7, 8), приравниваем их нулю и рассчитываем общий запас насаждений, обеспечивающий максимум густоты крупного подроста. Для полинома, описывающего зависимость густоты подроста ели от запаса насаждения, первая производная –
Y1` = -0,0006X + 0,0504; 0,0006X = 0,0504;
следовательно, X = 84 м3/га.
Для полинома, описывающего зависимость густоты подроста березы от запаса насаждения, первая производная –
Y2` = -0,0006X + 0,053; 0,0006X = 0,053;
следовательно, X = 88 м3/га.
Используя уравнение 6, можем получить относительную полноту ярусов насаждений, при которой при этих запасах будут достигнуты максимумы густоты подроста ели и березы. Расчеты показывают, что для ели это относительная полнота 0,93, а для березы – 0,98.
Расчеты по уравнениям 7, 8 показывают, что максимум густоты крупного подроста ели при запасе 84 м3/га соответствует 1,75 тыс.шт./га, а максимум густоты крупного подроста березы при запасе 88 м3/га –
0,95 тыс.шт./га. При уменьшении или увеличении величины запаса по сравнению с запасом, обеспечивающим максимальную густоту подроста, расчетные значения густоты уменьшаются. Так, для насаждений с запасом менее 84-88 м3/га, например, 40 м3/га, расчетная густота подроста ели составляет 1,17 тыс.шт./га, а березы – 0,26 тыс.шт./га.
В этом случае можно говорить об уменьшении густоты подроста на 0,58 – 0,69 тыс.шт./га при снижении запаса относительно его оптимальных значений на 52-55 %. Необходимо учитывать, что снижение запаса и полноты может быть связано с изреживанием древостоев при рубках. Поэтому можно рекомендовать учитывать установленные закономерности при проведении выборочных рубок [19] и рубок ухода [20]. Согласно этим документам, при выборочных рубках допускается изреживание с интенсивностью до 70 % [19], а при рубках ухода – до 90 % [20]. В данных случаях, видимо, с течением времени можно ожидать еще большее снижение густоты подроста целевых пород по сравнению с рассмотренным выше расчетом для случая уменьшения запаса на 52-55 %.
Для насаждений с запасом более 84-88 м3/га, например, 120 м3/га, расчетная густота подроста ели составляет 1,36 тыс.шт./га, а березы – 0,66. При объяснении установленных закономерностей, видимо, можно допустить следующее. В условиях притундрового леса максимальная густота крупного подроста, способного в дальнейшем сформировать древостой, может быть достигнута при оптимальной относительной полноте насаждений и их запасе, которые обеспечивают благоприятные микроклиматические условия для возобновления и роста подроста. При уменьшении относительной полноты и запаса насаждений от их оптимальных для возобновления и роста подроста характеристик, защитная роль материнского насаждения может ослабевать. При увеличении относительной полноты и запаса насаждений усиливается их негативное воздействие на молодое поколение в процессе конкуренции за свет, влагу и элементы питания. Это также приводит к уменьшению густоты целевых пород под пологом материнского насаждения.
Заключение
Насаждения притундрового леса в северо-восточных районах Республики Коми представлены в основном смешанными с преобладанием ели насаждениями сфагновой группы типов леса V – VII классов возраста, Vа – Vб классов бонитета. По форме насаждения простые и сложные. Общий запас древесины изменяется от 44 до 161 м3/га, а среднее накопление запаса – от 0,49 до 1,46 м3/га в год. Подрост ели отмечен на 87 %, а березы – на 73 % пробных площадей. На 1/3 опытных участков густота крупного подроста ели превышает 1,2 тыс.шт./га. Это позволяет рекомендовать здесь естественное лесовосстановление путем сохранения подроста и ухода за ним. На остальных участках густота изменяется от 0,25 до 0,8 тыс.шт./га. Здесь также можно рекомендовать естественное лесовосстановление, но путем минерализации почвы и оставления семенных деревьев.
Связь между густотой крупного подроста ели или березы и общим запасом древостоя может быть выражена полиномами второй степени. Максимум густоты крупного подроста ели, рассчитанный по этим уравнениям (1,75 тыс.шт./га), соответствует запасу 84 м3/га и относительной полноте 0,93. Максимум густоты крупного подроста березы (0,95 тыс.шт./га) соответствует запасу 88 м3/га и относительной полноте 0,98. При уменьшении или увеличении величины запаса, обеспечивающего максимальную густоту подроста, расчетные значения густоты уменьшаются. Установленные закономерности целесообразно учитывать при проведении в этих условиях выборочных рубок и рубок ухода.
1. Государственный доклад «О состоянии окружающей среды Республики Коми в 2020 году» / под общ. ред. ГБУ РК «ТФИ РК». - Сыктывкар: Минприроды Республики Коми, 2021. - 165 с.
2. Лесной план Республики Коми / Министерство природных ресурсов и охраны окружающей среды Республики Коми. - Вологда, 2019. - 316 с.
3. Пахучий, В.В. Леса с особым режимом ведения хозяйства / В.В.Пахучий, П.А. Перчаткин // Лесное хозяйство и лесные ресурсы Республики Коми / под. ред.: Г.М. Козубова, А.И. Таскаева. - Москва: Издательско-продюсерский центр «Дизайн. Информация. Картография», 2000. - С. 245-270.
4. Козубов, Г.М. Лесорастительное районирование Республики Коми / Г.М. Козубов, В.А. Мартыненко, С.В. Дёгтева, Э.П. Галенко, И.В. Забоева // Леса Республики Коми. под. ред.: Г.М. Козубова, А.И. Таскаева. - Москва: Издательско-продюсерский центр «Дизайн. Информация. Картография», 1999. - С. 257-288.
5. Бобкова, К.С. Еловые леса крайне северной подзоны тайги (притундровой зоны) / К.С. Бобкова, А.И. Патова // Коренные еловые леса Севера: биоразнообразие, структура, функции. - Санкт-Петербург: Наука, 2006. - С. 34-52.
6. Манов, А.В. Строение древостоев притундровых ельников европейского северо-востока / А.В. Манов // Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. - 2008. - № 5. - С. 43-50.
7. Манов, А.В. Структура, динамика роста и продуктивность древостоев притундровых ельников Печорского бассейна / А.В. Манов: автореф. дис. ... канд. с.-х. наук. - Архангельск, 2009. - 18 с.
8. Vlassova, T.K. Human impacts on the tundra-taiga zone dynamics: the case of the Russian lesotundra / T.K. Vlassova // Ambio. Special report. - 2002.- № 12. - P. 30-36.
9. Замолодчиков, Д.Г. Наблюдаемые изменения климата России за последние десятилетия / Д.Г Замолодчиков, Р. Валентини // Леса России и изменение климата. Что нам может сказать наука. Европейский институт леса. - 2020. - № 11. - С. 45-47.
10. Анучин, Н.П. Лесная таксация / Н.П. Анучин. - Москва: Лесн. пром-сть, 1982. - 552 с.
11. Белов, С.В. Лесоводство / С.В. Белов. - Москва: Лесн. пром-сть, 1983. - 352 с.
12. Площади пробные лесоустроительные. Метод закладки. ОСТ 56-69-83. Приказ Госкомитета СССР по лесному хозяйству от 23 мая 1983 г., № 72. 59 с.
13. Приказ Министерства природных ресурсов и экологии РФ № 122 от 29 марта 2018 года «Об утверждении лесоустроительной инструкции» (с изменениями на 12 мая 2020 г.).
14. Черниховский, Д.М. Теория и методы инвентаризации лесов на основе данных дистанционного зондирования Земли, цифрового моделирования рельефа и ГИС-технологий / Д.М. Черниховский: автореф. дис. ... докт. с-х. наук. - Санкт-Петербург, 2020. - 40 с.
15. Лакин, Г.Ф. Биометрия / Г.Ф. Лакин. - Москва: Высшая школа, 1980. - 294 с.
16. Митропольский, А.К. Элементы математической статистики / А.К. Митропольский. - Ленинград, 1969. - 273 с.
17. Киреев, Д.М. Эколого-географические термины в лесоведении: [словарь-справочник] / Д.М. Киреев. Изд-е 2-е, доп. и расш. - Санкт-Петербург: СПбГЛТУ, 2016. - 656 с.
18. Приказ Министерства природных ресурсов и экологии РФ от 4 декабря 2020 г. № 1014 «Об утверждении Правил лесовосстановления, состава проекта лесовосстановления, порядка разработки проекта лесовосстановления и внесения в него изменений».
19. Приказ Министерства природы и экологии РФ от 01.12.2020 г. № 993 «Об утверждении Правил заготовки древесины и особенностей заготовки древесины в лесничествах, указанных в статье 23 Лесного кодекса Российской Федерации» (зарегистрировано в Министерстве юстиции РФ 18.12.2020 г. № 61553).
20. Приказ Министерства природы и экологии РФ от 30.07.2020 г. № 534 «Об утверждении Правил ухода за лесами» (зарегистрировано в Министерстве юстиции РФ 18.12.2020 г. № 61555).
