ИЗУЧЕНИЕ СТРУКТУРЫ БИОМАССЫ СОСНЫ В ОСУШЕННОМ СОСНЯКЕ КУСТАРНИЧКОВО-СФАГНОВОМ ПОСЛЕ ПРОВЕДЕНИЯ РУБОК УХОДА

Зарубина Лилия Валерьевна кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры лесного хозяйства

ФГБОУ ВПО «Вологодская государственная молочнохозяйственная академия имени Н.В.Верещагина»

The study of the spruce biomass structure in drained spruce stand of shrubbery-sphagnum after handling cuts performance

Zarubina L.V., Can. of Sciences (Agriculture), associate professor of the Forestry Management Chair

FSBEI HPE the N.V. Vereshchagin Vologda State Dairy Farming Academy

Болотные земли- уникальный природный объект, характеризующийся специфическими почвенно-гидрологическими условиями, отличающимися от суходольных местообитаний. Большие объёмы лесозаготовок и уменьшение доступных для этих целей площадей обусловило обращение внимание работников лесной отрасли на заболоченные земли с целью повышения продуктивности имеющихся древостоев и увеличения покрытой лесом площади за счёт облесения болот. Осушение заболоченных и болотных лесов- это первый этап их лесохозяйственного использования. Повышение эффективности гидромелиорации может быть достигнуто проведением различных лесохозяйственных мероприятий (рубок главного и промежуточного пользования, внесение минеральных удобрений) как по отдельности, так и в комплексе [1].

Цель работы - изучение структуры биомассы сосны в осушенных и осветленных сосновых насаждений. Экспериментальные исследования нами проводились в 2007 году в осушенном сосняке, произрастающем на торфяно-болотной почве, в Холмогорском лесхозе Архангельской области Российской Федерации, относящемся к средней подзоне тайги.

Закладка пробных площадей велась с учётом требований ОСТ 56-69-83[2]. Для изучения структуры биомассы на контрольном и опытном участках было взято по одной внешне перспективной средней модели деревьев. Надземная фитомасса деревьев сосны определялась по средним модельным деревьям согласно методике А.А. Молчанова и В.В. Смирнова [3]. Для анализа растительных образцов (хвоя, кора) составлялся смешенный образец, составленный из 8-10 индивидуальных проб определённого возраста хвои и побегов.

Оценку запасов корней сосны проводили исходя из литературных данных, согласно которым масса корней составляет 1/3-1/5 от запасов надземной части деревьев. Для расчета сухого вещества в углерод использовали стандартную рекомендацию Маттхевса – 0,45 для зеленых частей и 0,50 для древесины [4]. Обработка полевых материалов осуществлялась общепринятыми в лесоводстве и таксации методами.

Влияние рубок ухода изучалось в 52-летнем сосняке кустарничково-сфагновом V класса бонитета. Участок осушен в 1968 г. Осушение выполнено системой открытых каналов с расстоянием 140 м между ними. Осушение выполнено системой мелкой мелиорации. Расстояние между осушителями около 50 м, глубина осушителей 0,3 м. Все осушители (канавы) в хорошем состоянии. Рубки ухода на изучаемом участке проведены в 1988 г. вручную сотрудниками Архангельского института леса и лесохимии путем равномерной вырубки тонкомерной (угнетенной) части древостоя и фаутных деревьев. Опытные и контрольные участки в 52-летнем сосняке располагались в зонах интенсивного (10-15 м) и экстенсивного (50-60 м) осушения. Краткая лесоводственно - таксационная характеристика изучаемых участков дана в таблице 1.

Таблица 1- Лесоводственная характеристика объектов исследования

Объект исследования	Расстояние до осушителя, м	Состав древостоя	Средние показатели		Относитель- ная полнота	Запас, м³/га	Процент выборки (%)
Объект исследования	Расстояние до осушителя, м	Состав древостоя	Д, см	Н, м	Относитель- ная полнота	Запас, м³/га	по количеству стволов	по запасу
Контроль	10-20	10СедБ	6,0	7,5	0,91	68	-	-
Контроль	50-60	10СедБ	3,9	6,6	0,90	64	-	-
Опыт	10-20	10С+Б	7,6	8,9	0,89	76	54	22
Опыт	50-60	10С+Б	6,0	7,3	0,88	71	56	30

По данным таблицы видно, что в центре межканальной зоны высота сосны на контроле (без рубок ухода) равнялась 6,6 м, диаметр – 3,9 см, на участке с рубками эти показатели возросли до 7,3 м и 6,0 см.

Согласно данным таблицы 2 видно, что за 34 года, прошедших после осушения, масса деревьев сосны вблизи осушителей увеличилась более чем в 2 раза, а масса хвои возросла на 90%, в том числе 1-2-летней хвои на 85% по сравнению с контролем. Осушение оказало заметное влияние также на соотношение между отдельными фракциями хвои. Так, среди общей массы хвои масса молодой физиологически наиболее активной 1-2-летней хвои за период осушения (34 года) у деревьев в интенсивно осушенной части насаждения возросла на 13,5%, а масса хвои 3-5-года жизни, напротив, сократилась на 13,2%.

В результате улучшения очищаемости ствола от сучьев у сосны вблизи каналов заметно уменьшилась доля скелетных ветвей (на 8,0%), а также масса сухих сучьев (на 2,5%) в общей биомассе деревьев. Масса ствола за период осушения увеличилась на 4,6%. В то же время осушение не повлияло на соотношение между фракциями древесины и коры. У опытных и контрольных деревьев отношение между этими фракциями составляло (в %) как 84,3:15,7 или объем древесины ствола превышал объем коры в 5,4 раза.

Рубки ухода, увеличив освещенность, оказали стимулирующее действие на рост и развитие молодых деревьев сосны. Однако, неравномерность степени осушения на всей территории межканавного пространства значительно снизила положительный эффект для всего фитоценоза от данного лесохозяйственного мероприятия. Из данных таблицы 2 видно, что молодое поколение сосны, осветленное в 1988 г. в возрасте 40 лет, в результате проведения рубок ухода (интенсивность 22%), за истекший период (19 лет) увеличило массу средних деревьев вблизи осушительных каналов в 2,2 раза, на расстоянии 60 м от них лишь в 1,6 раза. По отношению к общему контролю, где рубки ухода не проводились, а осушение было малоэффективным, общая масса средних деревьев вблизи каналов возросла в 5 раз. Результаты, близкие к этим показателям, были получены нами в осушаемых сосняках и на других экспериментальных участках [5].

Под влиянием рубок ухода у деревьев существенно изменяется также объем ассимилирующей массы. Так, вблизи осушительных каналов крона каждого среднего дерева после проведения рубок ухода стала содержать в 2 раза больше хвои, чем на осушенном, но неухоженном участке. Следует отметить, что и в средней части межканального пространства разреживание полога также способствовало у сосны более интенсивному наращиванию ассимилирующей массы, чем в неразреженном участке. Можно полагать, что за счет увеличения ассимилирующей массы, деревья в осушенных и особенно в осушенных и ухоженных сосновых молодняках получают дополнительную возможность больше поглощать лучистой энергии, используя ее на биосинтез важнейших продуктов и ростовые процессы.

Исследования показали, что, увеличивая общую биомассу растений и ее отдельных фракций, рубки ухода в то же время слабо влияют на соотношение между ее фракциями. Можно лишь отметить некоторое сокращение у опытных деревьев массы скелетных ветвей и сучьев среди общей биомассы. Доля фракции стволовой древесины у деревьев на участках с рубками ухода вблизи каналов сохранилась на уровне контрольных деревьев, на удалении 60 м от них незначительно (на 2,0%) возросла. Из этих данных следует, что в осушенных и разреженных молодняках сосна повсеместно обладает лучшими показателями роста, чем в неосушенных и неухоженных насаждениях.

Расчеты запасов углерода показали, что основная часть углерода (от 77,3 до 81,9%) у сосны аккумулирована в древесине ствола и корнях. В зеленой фитомассе содержится: у деревьев вблизи осушителей не более 6,6, на расстоянии 60 м от них – 1,9%, в живых ветвях 7,6 и 14,4% (в том числе текущего года 2,0 и 0,3% соответственно), в сухих сучьях 3,9 и 6,4%, в корнях 20% углерода. За период осушения (34 года) общая масса депонированного углерода у деревьев, растущих вблизи осушительных каналов, возросла до 41,2 т/га или увеличилась на 2,2 раза. У деревьев в слабо осушенной части насаждения она оказалась в два раза меньше (20,3 т/га).

Через 19 лет после рубок ухода аккумуляция углерода деревьями сосны увеличилась: на участке вблизи осушителей на 51, на расстоянии 60 м от них на 44%. Из общего количества углерода, аккумулированного в растениях, на формирование нового ассимиляционного аппарата на участках с рубками ухода в зависимости от интенсивности осушения шло от 2,4% у деревьев вблизи осушителей до 0,4% на расстоянии 60 м от них (в контрольных насаждениях 2,0 и 0,3% соответственно), в стволовой древесине соответственно 61,9 и 57,3%, в живых ветвях 7,5 и 14,6%, ( в том числе текущего года 0,6 и 0,1% ), в сухих сучьях - 3,2 и 6,1%, в корнях 20% углерода. Исследования показали, что, увеличивая общую биомассу растений и ее отдельных фракций, рубки ухода в то же время слабо влияют на соотношение между ее фракциями. Можно лишь отметить некоторое сокращение у опытных деревьев массы скелетных ветвей и сучьев среди общей биомассы. Доля фракции стволовой древесины у деревьев на участках с рубками ухода вблизи каналов сохранилась на уровне контрольных деревьев, на удалении 60 м от них незначительно (на 2,0%) возросла.

При пересчете данных на 1 га выяснено, что у деревьев, растущих на прилегающей к каналам территории, общая масса депонированного углерода на участке с рубками ухода составила 39,7 т/га и была близка к показателям контроля (41,2 т/га). У таких же деревьев в слабо осушенной части насаждения она оказалась почти в три раза меньше (14,4 т/га) и значительно ниже контроля (20,3 т/га). Следовательно, за прошедший после рубок ухода период (19 лет) у деревьев вблизи осушителей исходный запас древесины успел полностью восстановиться и в последующие годы началось его активное наращивание. В средней части межканавной зоны переувлажнение почвы не способствовало активной аккумуляции атмосферного углерода сосной несмотря на улучшение светового режима. По сравнению с общим контролем, где осушение и рубки ухода не проводились, баланс депонированного углерода у деревьев сосны около каналов на участке с рубками ухода оказался в 2 раза выше.

Следовательно, рубки ухода в сосновых молодняках на осушаемых землях не только улучшают морфоструктуру деревьев сосны, но также значительно усиливают аккумуляцию ими атмосферного углерода, направляя значительную часть его на формирование нового ассимиляционного аппарата.

Таким образом, недостаток тепла, острая конкуренция за элементы питания и свет в осушаемых сосновых молодняках на болотных почвах отрицательно воздействуют на СО₂-газообмен сосны. Интенсивность потенциального фотосинтеза у деревьев в 1,5-2,2 раза ниже, чем в условиях хорошего освещения. В то же время известно [6], что растения с низкой интенсивностью фотосинтеза имеют и низкий прирост биомассы. Ослабление деятельности аттрагирующих центров задерживает отток из хвои и утилизацию деревом продуктов текущего фотосинтеза, приводит к затовариванию ими корневых систем, снижает количество депонированного из атмосферы углерода.

Рубки ухода, улучшая для сосны условия роста и сохраняя среду, усиливают отток из хвои продуктов фотосинтеза, их метаболизацию в корнях и обратный возврат в надземные органы дерева, ускоряют рост и развитие молодых деревьев. В конечном итоге это ведет к увеличению общей биологической массы деревьев и в целом способствует дальнейшему повышению продуктивности осушаемых лесов и увеличению депонирования ими фотосинтетически связываемого углерода. Однако, неравномерность степени осушения на всей территории межканавного пространства при существующей практике осушения, значительно снижает положительный эффект от данного лесохозяйственного мероприятия для всего фитоценоза.

Литература

1.Саковец В.И. Мониторинг осушенных лесов в Карелии/ В.И. Сковец, В.Н. Гаврилов, В.А. Матюшкин, И.А. Бердников// Лесопользование и гидромелиорация: Материалы Всероссийского симпозиума. СПб.-Вологда: СевНИИЛХ, 2007.-Ч.2. С.-29-44.

2. ОСТ-56-69-83 Площади пробные лесоустроительные. Метод закладки.

3. Молчанов А.А., Смирнов В.В. Методика изучения прироста древесных растений/ А.А. Молчанов, В.В. Смирнов. М.: Наука, 1967.-100с.

4. Швиденко А.З. Опыт проведения агрегированной оценки основных показателей биопрдукционного процесса и углеродного бюджета наземных экосистем/ А.З. Швиденко и др.// Экология, 2000.№6. С.403-410.

5.Коновалов В.Н. Влияние рубок ухода на морфологическое состояние сосновых молодняков на осушаемых землях/ В.Н.Коновалов, А.М.Тараканов// Глобальное потепление и леса Поволжья: материалы междунар. науч.- тех. Семинара. Йошка-Ола, 2001. С.82-86.

6.Вознесенский Л.В. Об углекислотном газообмене растений/ Л.В. Вознесенский// Физиология растений. 1986. Т.33. Вып. 2. С.305-311.

Таблица 2 Количество углерода (г сухой массы на 1 дерево), депонированного в биомассе сосны

в 50-летнем сосняке кустарничково-сфагновом на участке с рубками ухода

Показатели	10-20 м до осушителя						50-60 м до осушителя
	контроль			рубки ухода			контроль			рубки ухода
	масса, г	масса углеро да, г	в % к био- массе	масса, г	масса уг лерода, г	в % к био-массе	масса, г	масса уг- лерода, г	в % к био- массе	масса, г	масса углеро- да, г	в % к био- массе
Хвоя: 1 года	204,5	92,0	2,0	525,6	236,5	2,4	11,9	5,4	0,3	27,1	12,2	0,4
2 года	220,3	99,1	2,0	523,7	235,7	2,4	22,8	10,3	0,6	46,9	21,1	0,7
прочих лет	256,0	115,2	2,4	478,0	215,1	2,2	33,8	15,2	0,9	57,2	25,7	0,9
отмершая	27,4	12,3	0,2	54,8	24,6	0,2	4,9	2,1	0,1	6,9	3,1	0,1
Итого:	708,2	318,6	6,6	1582,1	711,8	7,2	73,2	33,0	1,9	138,1	62,1	2,1
Побги:1года	51,0	25,5	0,5	109,5	54,7	0,6	5,9	3,0	0,2	7,9	4,0	0,1
2года	50,9	25,5	0,5	134,8	67,4	0,7	9,0	4,5	0,3	13,8	6,9	0,2
прочих лет	126,5	63,3	1,3	241,2	120,6	1,2	23,6	11,8	0,6	41,8	20,9	0,6
Ветви скелетные	498,3	249,2	5,3	991,4	495,7	5,0	505,8	252,9	13,3	778,9	389,5	11,6
Сучья	374,1	187,1	3,9	639,5	319,7	3,2	240,0	120,0	6,4	409,2	204,6	6,1
Ствол	5928,5	2964,3	61,9	12269,3	6134,6	62,1	2160,0	1080,0	57,3	3972,0	1986,0	59,3
Масса корней:	1934,4	958,4	20,0	3991,9	1976,1	20,0	754,4	376,3	20,0	1340,4	668,5	20,0
Итого;	8963,7	4473,3	93,4	18377,4	9168,4	92,8	3698,7	1848,5	98,1	6564,0	3280,3	97,9
Всего:	9671,9	4791,9	100	19959,5	9880,6	100	3771,9	1881,5	100	6702,1	3342,4	100
Масса, т/га	84,04	41,21		80,18	39,69		40,74	20,32		28,82	14,37
Деревья, шт/га	8600			4017			10800			4300