Введение
Хвойные смешанные древостои с преобладанием сосны и ели в бореальной зоне Северо-Запада России занимают по разным данным от 25 до 35 % лесопокрытой площади [4-6].
В ряде исследований отмечено, что продуктивность смешанных естественных хвойных древостоев отличается от продуктивности одновидовых насаждений [13, 16-20,24]. Однако это зависит, как от породного состава насаждения, так и условий произрастания, структуры древостоя, а также этапов развития и динамики древостоя. Сложность структуры смешанных лесов с разной долей участия сосны и ели в таёжной зоне требует проведения исследований, которые позволили бы сформировать систему ведения хозяйства в этих фитоценозах.
В настоящее время знания о динамике смешанных древостоев имеют больше эмпирический характер. Дальнейшие исследования должны быть направлены на выявление общих правил и закономерностей развития и формирования смешанных древостоев сосны и ели, на создание имитационных моделей и разработку лесоводственных рекомендацией для ведений хозяйства в многовидовых древостоях с преобладанием хвойных пород [13, 22].
От доли участия сосны и ели в различных условиях произрастания в бореальной зоне складывается своя таксационная и товарная структура этих элементов слагающих древостой [3, 7, 18, 21, 23, 24]. Исследования по товарной структуре сосново-еловых и елово-сосновых, и с участием лиственных пород древостоев в таёжной зоне на разных стадиях развития древесных ценозов позволяют выявить закономерности формирования таксационных показателей слагающих элементов лесного ценоза [1-4, 6, 22, 23].
Для этого необходимы долгосрочные эксперименты, по исследованию древостоев с различным составом древесных видов и долей их участия, в различных условиях произрастания [4-6, 18-20]. Такие эксперименты должны включать в себя незатронутые участки в качестве эталона, например, максимальной густоты древостоя для конкретного участка и незатронутой межвидовой конкуренции. Полученные новые знания по результатам долгосрочных лесоводственных опытов, будут полезны для проектирования, и регулирования лесохозяйственными методами структуры смешанных насаждений сосны и ели. В настоящее время необходимы, лесоводственные рекомендации по регулированию выращивания многовидовых естественного и искусственного происхождения древостоев, включая схему смешивания и пропорции древесных пород таким образом, чтобы они достигли определенного лесоводственного и экономического целевого состояния. Исследования по товарной структуры смешанных древостоевсосны и ели позволяют оптимизировать их состав c точки зрения выращиваемого запаса и крупности сортиментов, так и устойчивости смешанных фитоценозов к внешним воздействиям [4, 6, 13, 18, 20, 21]. В связи с этим исследования по данной проблематике имеют большую актуальность для лесохозяйственной практики и теории.
Цель исследования – определение оптимального состава насаждения по запасу и крупнотоварности к возрасту спелого древостоя в черничной серии типов леса.
Для достижения цели были сформулированы следующие задачи:
- Проанализировать таксационные показатели товарной структуры смешанных древостоев с разной долей участия сосны, ели лиственных пород на объектах исследования.
- Изучить таксационную структуру насаждений с разной долей участия сосны и ели.
- Исследовать товарную структуру насаждений с различной долей участия сосны, ели, березы.
Материалы и методы
Объекты исследования. Для определения состава наиболее продуктивных древостоев был проведен анализ набора таксационных данных по участковым лесничествам Бокситогорского лесничества Ленинградской области, которое относится к Балтийско-Белозерскому таежному району. Географические координаты Бокситогорского района: 59°29′ с. ш. 33°51′ в.д.
В настоящее время лесопокрытая площадь Бокситогорского района составляет 505073 га [2]. Лесистость территории 65%. Преобладают хвойные леса из сосны (Pinus sylvestris L.) и ели (Picea abies (L.) Karst). Основная часть территории исследования находится в ландшафте Тихвинской Гряды на Валдайской возвышенности, где отмечены абсолютные высоты 150-250 метров над уровнем моря. Тихвинская низменность с высотами 50-100 метров занимает западную часть Бокситогорского района. Территории, занятые холмисто-моренными образованиями, являются типичными для района исследования ландшафтными формами и покрыты, в основном, лесами [12]. Преобладающими условиями произрастания древостоев с преобладанием сосны и ели является зеленомошная группа типов леса.
В качестве опытных объектов выступали 24 выдела с разной долей участия сосновых насаждений и 20 выделов насаждений с разной долей участия ели на территории Бокситогорского лесничеств. Площадь выделов варьировала от 3,5 до 7 га.
Методы исследования. Для экспериментальных работ использовались данные перечетов (2018-2020 гг.) на пробных площадях, заложенных в спелых насаждениях (81-91 год) с разной долей участия сосны и ели в черничной серии типов леса (ЧС и ЧВ). При закладке и таксации пробных площадей, при расчетах таксационных показателей древостоев, наряду с требованиями стандартов (ОСТ 56-69-83), руководствовались общепринятыми положениями, изложенными Н.П. Анучиным, С.Н. Сенновым и действующими нормативно-справочными материалами [1, 13-15].
Таксация древостоя проводилась методом сплошного перечёта деревьев на заложенных лентах с замером высот у модельных деревьев для определения разряда высот, согласно Правил заготовки древесины и особенностей заготовки древесины в лесничествах, указанных в статье 23 Лесного кодекса Российской Федерации (утв. Приказом МПР РФ от 1 декабря 2020 года N 993) и Наставления по отводу и таксации лесосек (1993). Для измерительной таксации использовались мерные вилки Haglof и высотомеры Suunto. Общий объём измеренных деревьев составил более 12 000 штук.
Для изучения были подобраны естественные древостои, наиболее представленные по составу в данных лесорастительных условиях. На основе проведенной таксации насаждений с разной долей участия сосны и ели в составе, были получены данные по распределению средних высот, диаметров, запаса по элементам древостоя.
Выход древесины по категориям крупности стволов и запасу спелых насаждений рассчитывался по породам в специализированной программной среде на основе лесотаксационных нормативов. [11].
Для оценки достоверности проведённых исследований и выявления влияния одной переменной на другую использовался дисперсионный однофакторный анализДля показателей тесноты связи была дана оценка по шкале Чеддока [30]. Для сравнительного анализа качественных и количественных показателей использовался непараметрический ранговый анализ по критерию Спирмена. Этот коэффициент корреляции рангов может использоваться для оценки устойчивости тенденции динамики изменения выхода сортиментов по категориям крупности в зависимости от доли участия породы [30].
Обработка полученного массива данных проводилась с использованием программного пакета для статистического анализа Statistica11.
Результаты и обсуждение
Обобщённый анализ таксационных показателей спелых древостоев с разной долей участия сосны, ели и березы показал, что в зависимости от состава древостоя значительно варьируют средние показатели высоты и диаметра сосны и ели в данных ценозах.
В сосновых древостоях с различной долей участия ели и лиственных пород можно наблюдать варьирование средней высоты в зависимости от доли их участия в составе насаждения. Наблюдается тенденция уменьшения или увеличения средней высоты в древостоях с различной долей участия сосны и ели [2].
Максимальная высота соснового компонента наблюдается в насаждении с меньшей долей участия ее в составе -3С2Е3Б2Ос. Средняя высота сосновой части древостоя варьирует от 19 до 23 метров (рис. 1).
В рассматриваемых насаждениях с участием сосны также наблюдается различная вариабельность средних диаметров в зависимости от состава древостоя. Исходя из полученных результатов исследования наибольший средний диаметр соснового элемента леса, равный 28 сантиметрам, наблюдается в насаждениях с участием сосны от 3 до 4 единиц в составе древостоя (рис. 2).
Анализ количественных данных запаса древостоев с преобладанием сосны, показал, что наибольшие объёмные показатели складываются в насаждениях с породным составом 5С4Е1Б. По сосне запас составляет 109 м3, по ели – 88 м3, итого – 197 м3. Для условно чистого соснового древостоя (9С1Е) зафиксирован несколько меньший запас– 142 м3 как и в насаждениях с составом 4С2Е3Б1Ос – 141 м3 и в насаждениях состава 7С1Е2Б (рис. 3).
Для условий ландшафта Тихвинской гряды наиболее представлены древостои с долей участия 8 единиц ели, в отличие от чистых сосновых древостоев (10С). В отличие от древостоя с преобладанием сосны можно наблюдать уменьшение средней высоты с уменьшением доли ели в составе (рис. 4).
Особенностью елового древостоя является то, что только в насаждениях, где доля ели составляет 7 единиц в составе древостоя, средняя высота елового яруса достигает 26 метров. Во всех остальных древостоях средняя высота как елового, так и соснового элемента леса имеют одинаковые величины. В насаждениях с преобладанием сосны рост средней высоты ели наблюдался с уменьшением доли участия сосны в составе древостоя.
Средние диаметры всех элементов леса в насаждениях с преобладанием ели имеют более высокие показатели, чем в древостоях с преобладанием сосны и составляют от 24 см до 32 см.
В смешанных древостоях с преобладанием ели доля сосны составляет 1-3 единицы, остальное приходится на березу и осину.
Вероятно, что из-за меньшего участия в еловых насаждениях соснового элемента леса у елового яруса более высокие средние показатели, как высоты, так и диаметра (рис. 5).
Анализ запаса по хвойному ярусу смешанных насаждений с преобладанием ели показал, что наибольший запас формируется в насаждениях с составом 8Е1С1Б. Запас по ели составляет 215 м3, по сосне – 54 м3, итого – 269 м3 (рис. 6).
Для насаждений с преобладанием ели можно наблюдать снижение запаса хвойного яруса в целом с уменьшением её доли в составе древостоя.
В древостоях с разной долей участия березы в составе насаждений можно наблюдать явное увеличение средних показателей высоты и диаметра сосны с уменьшением доли ее участия и возрастание доли участия березового элемента леса (рис. 7, 8).
В древостоях с долей участия сосны 8 единиц и березы 2 единицы, формируется наибольший запас хвойного яруса. На долю соснового элемента леса приходится 132 м3, на долю березового яруса 34 м3 (рис. 9).
Для оценки влияния доли участия сосны и ели в составе насаждения на запас древостоя был проведён дисперсионный анализ, результаты расчёта приведены в таблице 1.
В связи с тем, что Fфакт > Fкрит, нулевую гипотезу о существенном влиянии фактора на результаты экспериментов принимаем, а нулевую гипотезу о равенстве групповых средних отвергаем. Следовательно, существует значимое различие влияния состава насаждения на его запас, как для насаждений с участием ели, так и сосны.
Анализируя товарную структуру древостоев с преобладанием сосны можно видеть, что независимо от состава древостоя по сосновому ярусу преобладает средняя по категории крупности древесина от 65% до 78%.
Выход крупнотоварной древесины в насаждениях с преобладанием сосны составляет от 1% до 12%. Наибольший выход крупно-товарной древесины отмечается в древостоях с составом 10С – 8%, 8С2Е – 10%, 4С2Е3Б1Ос – 12%.
Выход мелкотоварной древесины колеблется от 15% до 34% и наибольший он в насаждениях с породным составом 7С1Е2Б.
Что касается насаждений с преобладанием сосны для еловой части, крупно-товарная древесина ели наблюдается только с долей участия сосны от 2 до 4 единиц в составе. В основном еловый древостой представлен средней категорией крупности древесиной.
Проведенный анализ показал, что оптимальным соотношением запаса и выхода наиболее крупной древесины по хвойному ярусу можно наблюдать в древостоях с составом 8С2Е, 7С1Е2Б, а также в древостоях с породным составом 5С4Е1Б.
По-видимому, будет целесообразно формировать к возрасту спелого насаждения древостои с данными показателями состава насаждения в условиях ландшафта Тихвинской гряды, в данных условиях произрастания.
Анализируя товарную структуру древостоев с преобладанием ели можно отметить, что также как и в насаждениях с преобладанием сосны, независимо от состава древостоя по еловому ярусу преобладает средняя по категории крупности древесина от 57% до 71% [2].
В отличие от насаждений с преобладанием сосны выход крупнотоварной древесины в насаждениях с преобладанием ели в черничном типе леса выше и составляет от 9% до 28% [2]. Наибольший выход крупнотоварной древесины наблюдается в насаждении с 7 единицами ели. Также высокий выход крупно-товарной древесины – 20% наблюдается в древостоях с породным составом 6Е2С1Б1Ос и 4Е2С4Ос+Б.
Выход мелкотоварной древесины варьирует в диапазоне от 14% до 23% и наибольший он в насаждениях с 8 единицами ели.
Для насаждений с преобладанием ели в сосновой части крупнотоварная древесина варьирует в пределах от 8% до 32%. Наибольший выход крупной древесины наблюдается в насаждениях с составом 7Е1С2Б. В основном сосновый древостой представлен средней категорией крупности и составляет до 72% в составе.
На основании проведенного анализа, можно сделать вывод, что оптимальным соотношением запаса древостоя и выхода наиболее крупной древесины наблюдается в древостоях с составом 7Е1С2Б, 4Е2С4Ос+Б в крупной категории товарной древесины в целом по хвойному ярусу (рис. 11).
Вероятно, будет целесообразно формировать к возрасту спелого насаждения, древостои с данными показателями состава насаждения в условиях ландшафта Тихвинской гряды, в данных лесотипологических условиях.
Анализируя товарную структуру древостоев соснового яруса в насаждениях с преобладанием березы можно отметить, что преобладают насаждения средней категорией крупности от 51% до 78% в составе.
Выход крупнотоварной древесины в насаждениях данного черничного типа леса не существенный и составляет 1%. Выход мелкотоварной древесины соснового яруса находиться в диапазоне от 22% до 49%.
Наибольший выход среднетоварной древесины наблюдается в насаждениях с составом 2С6Б2Ос и 1С9Б, а мелкотоварной древесины с составом 6С4Б. Проведённый анализ товарной структуры показал, что запас древостоя и выход наиболее крупной древесины наблюдается в древостоях с большей примесью лиственных пород от 8 и более единиц в составе. Вероятно, что березовый элемент леса, как более быстрорастущий на этапе молодняка в черничном типе леса конкурирует с сосновой частью насаждения и служит подгоном. Вероятно, что на этапе молодняков не стоит убирать весь лиственный подрост для формирования древостоя с данными показателями состава насаждения в условиях ландшафта Тихвинской гряды. Возможно, удаление примеси лиственных пород будет необходимым на этапе ближе к спелости насаждения для получения на выходе крупнотоварной древесины.
Для оценки влияния состава насаждения на выход категорий сортиментов сосны и ели был проведён анализ ранговой корреляции по критерию Спирмена. Полученные результаты по оценки влияния состава насаждения на выход различных категорий товарной стволовой древесины, показали различный характер связи для сосновых и еловых древостоев.
Проведённый корреляционный ранговый анализ показал статистически значимое влияние состава насаждения на выход крупнотоварной категории древесины для еловой и сосновой части хвойных насаждений, так как Tkp < p и связь между оценками по двум тестам значимая. Влияние состава древостоя для сосны и ели на выход мелкотоварной древесины наблюдается хотя и статистически достоверная, но слабая (по шкале Чеддока). Для сосновых, как и для еловых древостоев, доля участия этих пород в составе насаждения, не выявила статистически значимого влияния на выход мелкой категории стволовой древесины.
Заключение
Проведённое исследование позволяет сделать следующие выводы:
- Таксационные показатели среднего диаметров и высот соснового и елового элемента варьируют в зависимости от их доли в составе насаждения в черничном типе леса.
- Независимо от состава древостоя, для елового элемента древостоя, как для соснового элемента леса преобладает средняя по категории крупности древесина.
- Выход крупнотоварной древесины в насаждениях с преобладанием ели в черничном типе леса выше, чем с преобладанием сосны.
- Увеличение в составе древостоя доли соснового элемента леса позволяет получать больший объём стволов крупнотоварной категории.
- При увеличении доли берёзы в составе насаждения увеличивается выход средней категории крупности древесины соснового элемента
- Для насаждений с разной долей участия ели и сосны в районе исследования в условиях черничной серии типов леса наиболее оптимальным соотношением по запасу и выходу крупных сортиментов древесины являются:
- сосняки составом 8С2Е, 7С1Е2Б, 5С4Е1Б;
- ельники составом 7Е1С2Б, 4Е2С4Ос+Б.
- Статистический анализ полученных результатов свидетельствует о значимом влиянии состава насаждения на запас и выход крупнотоварной категории стволовой древесины к возрасту спелого насаждения.
