Введение
Искусственным лесовосстановлением называется создание лесных культур на площадях, ранее покрытых лесной растительностью (Барсукова,2008, Редько, 2004). Для создания новых лесов или улучшения состава древесных пород в уже существующих лесах применяется комплекс лесохозяйственных мероприятий.
Особое значение имеет выполнение лесовосстановительных мероприятий на вырубках. Вновь создаваемые искусственные лесные культуры при этом будут занимать фундаментальные экологические ниши (Левченко, Старобогатов, 1994). В результате этого развитие лесного искусственного фитоценоза, как известно, будет сопровождаться функционированием механизмов, способствующих поддержанию на определённом уровне устойчивых экосистемных связей (Харченко, 2000, Харченко, 2013).
Получить насаждение с нужными человеку свойствами возможно лишь при применении в различных типах лесорастительных условий конкретных способов лесовосстановления. В настоящее время при производстве лесных культур необходимо проводить такие лесовосстановительные мероприятия, при которых лесная среда меньше всего подвергается трансформации. Вышеуказанным требованиям соответствует способ лесовосстановления биогруппами с максимальным сохранением фоновой лесной среды.
Целью данного исследования является сравнение биометрических параметров лесных культур сосны обыкновенной разного возраста, созданных рядками и биогруппами, и построение примерных математических моделей их развития при способе лесовосстановления куртинами (биогруппами).
Биометрические параметры для лесных культур, созданных биогруппами и рядками, были сняты в летний период с 2011-по 2013 года на территории Тамбовской области. Рассматривались следующие возрасты: 6,15,21,24,39,41 и 46 лет.
По полученным данным для рядовых культур нами были построены кривые, описывающие диаметр и высоту насаждения в зависимости от возраста (рис.1,2).
Рисунок 1 – Зависимость диаметра рядовых культур от возраста
Зависимость диаметра рядовых культур сосны обыкновенной от возраста носит полиномиальный характер. Прирост по диаметру равномерный (рис.1), уменьшается с возрастом. К 46-летнему возрасту рядовые культуры сосны обыкновенной достигают диаметра 18,4 см. Коэффициент аппроксимации для рассматриваемой зависимости близок к единице, что свидетельствует о достоверности данных.
Рисунок 2– Зависимость высот рядовых культур от возраста
Изменение высот с возрастом чётко прослеживается: до 60-летнего возраста прирост по высоте рядовых культур выше, затем плавно уменьшается (рис.2). Зависимость носит также полиномиальный характер, с коэффициентом аппроксимации, близким к единице.
Особенностью рядовых культур является слабая дифференциация деревьев по диаметру и высоте до момента смыкания крон (в рядовых культур смыкания крон происходит примерно в 10 лет), которое в свою очередь инициирует конкурентные механизмы.
Сравнительные данные для рядовых культур и биогрупп приведены в таблице 1.
Таблица 1- Соотношение биометрических параметров биогрупп к рядовым культурам
|
№ ПП |
Возраст, лет |
Средние биометрические параметры рядовых культур, см,м |
Средние биометрические параметры культур в биогруппах, см,м |
Процент опережения деревьями биогрупп бороздных культур 1 класса бонитета |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
Высоты, см |
||||
|
1 |
6 |
2,75 |
1,45 |
-47,10 |
|
2 |
6 |
2,75 |
2,26 |
-17,98 |
|
3 |
15 |
6,79 |
8,04 |
18,32 |
|
4 |
21 |
9,30 |
10,12 |
8,89 |
|
5 |
21 |
9,30 |
11,15 |
19,85 |
|
6 |
24 |
10,49 |
10,66 |
1,60 |
|
7 |
39 |
15,91 |
22,94 |
44,18 |
|
8 |
41 |
16,56 |
20,10 |
21,39 |
|
9 |
46 |
18,11 |
20,88 |
15,30 |
|
Диаметры, см |
||||
|
1 |
6 |
2,97 |
2,18 |
-26,65 |
|
2 |
6 |
2,97 |
2,24 |
-24,47 |
|
3 |
15 |
6,66 |
7,98 |
19,73 |
|
4 |
21 |
9,05 |
10,48 |
15,76 |
|
5 |
21 |
9,05 |
12,02 |
32,81 |
|
6 |
24 |
10,22 |
11,66 |
14,08 |
|
7 |
39 |
15,87 |
18,72 |
17,95 |
|
8 |
41 |
16,59 |
20,96 |
26,29 |
|
9 |
46 |
18,38 |
24,34 |
32,44 |
Для биогрупп в более молодом возрасте (6 лет, ПП1,ПП2) отмечены меньшие чем для рядовых культур значения средних диаметров и высот. Это связано с большей дифференциацией деревьев биогрупп по классам роста Крафта (что в свою очередь обусловлено действием конкурентных механизмов). При лесовосстановлении биогруппами действие конкурентных механизмов начинается раньше, поскольку смыкание крон в пределах одной куртины происходит в возрасте 7-8 лет.
В более старшем возрасте деревья биогрупп преобладают в росте как по высоте, так и по диаметру. Максимальное опережение деревьями биогрупп по высоте и диаметру составляет соответсвенно 44,18 % (ПП7 возраст 39 лет) и 26,29% (ПП8 возраст 41 год) (табл.1).
Таким образом, деревья биогрупп характеризуются большей силой роста и имеют более высокий экологический потенциал (процент опережения изменяется с годами и максимален в среднем в 40 лет).
Биогруппы и рядовые посадки характеризуется одинаковой направленностью биологических процессов. Однако скорость течения этих процессов неодинакова, и зависит от потенциала экосистемы в целом и ее составных частей в частности. Как известно, сукцессионный процесс невозможно остановить. Возможно лишь его замедлить внешними возмущающими факторами (Левченко, 1994).
На основании полученных данных (таблица 1) построены модели роста деревьев биогрупп по диаметрам и высотам в зависимости от возраста (рис.3,4).
Рисунок 3 – Модель хода роста деревьев биогрупп по высоте
Зависимость высоты от возраста носит вид полиномиальной зависимости с высоким коэффициентом аппроксимации (R2=0,9636) (рис.3).
Рисунок 4 – Модель хода роста деревьев биогрупп по диаметру
Зависимость диаметра от возраста- также полиномиальная, коэффициент аппроксимации близок к единице (рис.4).
В результате статистической обработки получены следующие уравнения, описывающие развитие лесных культур сосны обыкновенной по диаметрам и высотам:
Для бороздных культур:
Для биогрупп:
Полученные функции имеют общий вид (Пискунов, 1996):
Где производная от 
является показателем скорости роста насаждения.
Таким образом, энергия роста больше для лесных культур сосны обыкновенной, созданных биогруппами.
Выводы:
1.Лесные культуры сосны обыкновенной в биогруппах, начиная с момента смыкания крон (7-8 лет) имеют более высокую скорость роста. Об этом свидетельствуют данные об опережении культурами в биогруппах рядовых посадок по диаметрам и высотам. Чем больше возраст культур, тем выше процент опережения.
2. Деревья сосны обыкновенной в биогруппах характеризуются большим экологическим потенциалом и как следствие большей энергией роста (энергия роста определяется его скоростью).
3.Модели роста лесных культур имеют вид полиномиальной зависимости, следовательно лесные культуры сосны обыкновенной по бороздам и в биогруппах характеризуются одинаковым течением биологических процессов, но разной их скоростью.
4.Полученные модели роста могут быть использованиы при прогнозировании развития культур в биогруппах.
Рецензенты:
Арефьев Ю.Ф., д.б.н., профессор, профессор кафедры экологии, защиты леса и лесного охотоведения Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Воронежской государственной лесотехнической академии», г.Воронеж.
Харченко Н.А., д.б.н., профессор, профессор кафедры экологии, защиты леса и лесного охотоведения Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Воронежской государственной лесотехнической академии», г.Воронеж.